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高压铝阳极氧化膜的陷阱浓度与隧穿导电交直流电源

时间:2022年12月13日

高压铝阳极氧化膜的陷阱浓度与隧穿导电

高压铝阳极氧化膜的陷阱浓度与隧穿导电 2011:   中图分类号:TN604;TM535  文献标识码:A  文章编号:1002-2028(1999)06-0011-03  用阳极氧化法形成的氧化膜用作电解电容器的电介质,已经具有百年以上的历史。随着电子工业的发展,对电解电容器的自谐频率提出105~106 Hz或更高的要求。面对如此高的工作频率,人们将工作电解液改为如聚吡咯之类固体电解质,使其等效串联电阻降到MLC的水平,相应自谐频率也得以提高,而固体电解质的修补能力远不及工作电解液。鉴于氧化膜的漏电流是限制其工作电压的重要因素,对阳极氧化膜导电机理进行研究,以降低氧化膜缺陷度及漏电流、提高工作电压。  高桥英明等人用透射电镜,对阳极氧化形成的氧化膜的不同膜层作了仔细的观察,并得到一些形成条件对膜层物化性能有影响的重要结论。Alwitt等人对氧化膜中空隙的形成及对介电性能的影响也作了很有价值的研究,Mead和Diggle对金属和半导体的阳极氧化性能研究后认为在几兆伏/厘米以上,氧化膜中存在电子隧穿现象,早先Young等人认为阳极氧化膜中主要存在着离子的跃迁式导电。我们的工作是在对阳极氧化膜中不同场强的导电类型认识的基础上,研究其中杂质及氧缺位对氧化膜隧穿起始场强的影响。根据不同形成条件对不同场强区段导电进行研究,以了解不同形成条件对导电机制的影响因素。1 实验  样品取自商品化高压阳极腐蚀箔,按JCC 375 V测试,比容为(0.95~0.99)×10-6F/cm2,铝箔纯度为99.98%,w(Cu)为40×10-6,w(Fe)为30×10-6,w(Si)为25×10-6,w(Mg)为54×10-6,去离子水电阻率为4×106 Ω.cm。样品制作过程和生产线相同。漏电流测试采用JCC方法。所用试剂为分析纯,在新配形成液和不连续使用形成液均先采用净化处理,直到经验认为符合对应比容的升压速度。化成前,中级用己二酸铵加五硼酸铵,后级用壬二酸加五硼酸铵,前、中级pH值调在4.0~5.2之间,后级pH值调在5.0~6.7之间。修补级热处理分前后两级,前级温度440~560℃,后级400~480 ℃,测试前(形成最后级)用ADP进行钝化处理。其样品的UW为330 V。2 结果分析与讨论2.1 高压阳极氧化膜中不同场强E下的导电  图1给出高压阳极氧化膜的I-V曲线,将所测电流和宏观电场关系数据取对数后,发现其中间段不符合lgi=lgi0+βE的线性关系。将此曲线分段考虑时,在欧姆区,考虑局域能级势阱深度为W,相邻势阱间距a,离子载流子(或杂质电子)的电荷量为q,载流子浓度为N,迁移之前在势阱中载流子振动频率为v,则离子导电(或电子跳跃导电)形成的漏电可用跳跃导电式表示〔1〕:  (1)  由公式(1)可知,低电场下:qaEkT,sinh≈qaE/2kT,所以显示出欧姆特性:在电场作用增加为高强场时,满足qaEkT,则I≈qNave-W/kTeqaE/2kT∝eqaE/kT即在强场作用下,lgI∝V,如图1中I区所示。图1 R(O∶Al)为1.47的Al2O3膜的I-V实验曲线(由隧穿过渡到击穿,样品导电由空间电荷过饱和导电和隧穿导电构成)  在Ⅲ区,由于在势垒顶部电子漂移和扩散的有效速度Vd,开始大于势垒顶的复合速度Vr,在Ⅲ区的电流受复合的影响开始减弱,而以热发射电流占主导〔2〕,服从  (2)式中:是电子的平均热速度;E是平均电场强度;W是势垒高度;N是载流子浓度;k是玻尔磁曼常数。lgI和E在温度T不变时,为一

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