[发明专利]电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法及装置

说明书

本发明公开了一种电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法及装置，其中，方法包括：制备栅极电压可控的固体绝缘样品，并获取固体绝缘样品的微观形貌图，以得到绝缘材料的局域态分布特性；对固体绝缘样品进行极化处理，以在去极化过程得到探针上的静电力梯度及电势分布信息，并获取固体绝缘样品的样品表面电势分布特性；根据样品表面电势分布特性反演得到微观界面表面电荷密度分布特性，并且根据微观界面表面电荷密度分布特性和局域态分布特性反推得到绝缘材料的迁移率和陷阱深度。该方法具有操作简便、精确度高、且可为纳米复合材料微区界面表征和定向精准调控提供新技术和新方法等优点。

技术领域

本发明涉及固体电介质材料性能测试技术领域，特别涉及一种电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法及装置。

背景技术

纳米电介质因其界面效应以及独特的功能性，为解决高电压等级的电缆绝缘问题带来了希望。纳米-聚合物界面影响因素复杂，规律尚不明确，加之测量手段和方法的限制，极大制约了纳米电介质工业应用化的发展。相应地，纳米-聚合物界面的表征技术与方法成为纳米电介质发展的重要瓶颈之一。

越来越多的学者开始关注纳米微区界面的表征。研究者通过透射电镜，X射线散射，拉曼光谱，动态力学分析仪等高精度光学仪器观测纳米复合材料微观界面。然而，相应的技术虽能用以观测纳米界面的微观形貌，但其无法直观反映微观界面的荷电行为。此外，研究者通过热刺激电流、空间电荷以及Zeta电位等测试手段关注纳米复合材料的陷阱分布等特性，但也仍然只是宏观上的电荷和陷阱表征。

近几年来，扫描探针显微镜被广泛应用于材料微观性能表征，而通过在扫描探针上施加电压极化样品，可同时获得纳米尺度下的形貌高度图像和静电力特征图像，从而反应出纳米尺度下的微区电学特性，为纳米微区表征提供了新的思路。

然而，目前已有的纳米探针技术，仅能间接反应微观界面的电学性能。曾有研究者尝试通过引入已知电荷密度的金属球等方法，对微观界面的电荷特性和介电特性进行标定，然而其仍无法定量表征微观界面的陷阱特性。因此，仍需要对设备和测量方法等进行进一步的设计和优化，从而进一步计算材料微观界面的陷阱特性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法，该方法具有操作简便、精确度高、且可为纳米复合材料微区界面表征和定向精准调控提供新技术和新方法等优点。

本发明的另一个目的在于提出一种电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法，包括以下步骤：制备栅极电压可控的固体绝缘样品，并获取所述固体绝缘样品的微观形貌图，以得到绝缘材料的局域态分布特性；对所述固体绝缘样品进行极化处理，以在去极化过程得到探针上的静电力梯度及电势分布信息，并获取所述固体绝缘样品的样品表面电势分布特性；根据所述样品表面电势分布特性反演得到微观界面表面电荷密度分布特性，并且根据所述微观界面表面电荷密度分布特性和所述局域态分布特性反推得到绝缘材料的迁移率和陷阱深度。

本发明实施例的电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法，利用纳米探针平台，有效设计栅极电压可控的固体绝缘样品，采用有限元分析法、二维傅里叶变换和维纳滤波器的联合反演算法，可定量计算纳米界面动态荷电，从而进一步反算出纳米微观界面的陷阱分布特性，进而具有操作简便、精确度高、且可为纳米复合材料微区界面表征和定向精准调控提供新技术和新方法等优点。

另外，根据本发明上述实施例的电介质微观界面荷电及陷阱特性的定量表征方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述制备栅极电压可控的固体绝缘样品，进一步包括：对所述绝缘材料进行切片得到预设厚度、且表面平整的所述固体绝缘样品。