[发明专利]一种改进型热刺激电流测量装置

说明书

技术领域

本发明属于介质物理测量技术领域，特别涉及一种固体绝缘材料表面介电特性的测量设备。

背景技术

热刺激理论及其研究方法是在介质物理与半导体物理的基础上发展起来的，由于可以简单有效的测量某些材料的微观参数，逐渐引起了人们广泛的重视，现已成为一种研究介电材料、绝缘材料、半导体材料等的有效手段。与以往方法不同，热刺激法是在非等温条件下的测量。由于材料中的荷电粒子的微观参数不同，而热刺激电流与材料的这些参数密切相关，用热刺激法就能方便的将材料中不同的荷电粒子分离开来，进而准确的求出各粒子的相关参数。

热刺激电流是热刺激过程研究中的一种，其他的热刺激研究方法还有热刺激电荷衰减、热刺激发光和热刺激表面电位等。目前热刺激电流测量已得到了广泛的应用，其理论和方法逐渐成熟并完善起来，可比较方便地研究介质材料中陷阱电荷、偶极子和可动离子的性质，准确的测量介质材料的活化能、电荷量和和松弛时间等微观参数。

热刺激电流测量装置即是利用热刺激电流技术制作的实验测量设备，将样品经过施加极化电压、冷却、短路、升温测量等步骤得到热刺激电流曲线，进而计算得到相应微观参数。目前的热刺激电流设备侧重于聚合物材料的研究，实验电极结构较小，采用单面导热、内部制冷的方式，降温及升温速度较慢，其测量范围有限，施加极化电压较低（小于2kV），适用于测量厚度较薄（几um到几十um）尺寸较小（直径小于20cm）的样品，难以满足大尺寸介电材料的测量。因此需要设计一种新型热刺激电流测量装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种改进型热刺激电流测量装置，该装置测量空间足够大，电极连接紧密，密封性及电磁屏蔽效果良好，可以对尺寸大、厚度厚的样品进行有效测量。测试样品可以是半导体材料、绝缘材料以及聚合物等多种材料。

为实现以上要求，本发明的测量装置主要包括密封室，高压源，静电计，温控仪与计算机；密封室内放置固定有上电极、下电极和测量样品的支架，高压源和静电计分别通过带有开关的电缆接入密封室内与上电极、下电极连接成环路，温控仪测量并控制密封室内的温度，静电计和温控仪分别与计算机连接，将测量的电流信号和温度信号采集并存储。

该装置还可包括装有液氮的杜瓦瓶，所述密封室放于杜瓦瓶内，液氮将密封室冷却，进而冷却密封室内的样品。

所述密封室主要包括上盖、连接环和下部空腔，；在下部空腔内安装有由上支架和支柱组成的固定支架，在固定支架上固定有上、下电极，测量样品置于上、下电极之间；上盖、连接环和下部空腔之间的连接处使用密封圈加法兰结构密封；外部的加热带通过热传导作用向内部导热，使电极和测量样品升温。

所述装置还包括设置在密封室下部空腔外的加热带，用来给密封室加热。

所述上支架通过支柱与下电极连接，上支架通过在支柱上下移动来调节高度。

所述上电极与上支架之间采用弹簧结构连接，以保证电极与样品能均匀压紧。

所述温控仪的测温探头放置于上电极和下电极内，所测温度更接近样品的表面温度。

所述高压接头与测量接头供用，放置在上电极上。

本发明的特点及有益效果：

该装置测量空间足够大，电极连接紧密，密封性及电磁屏蔽效果良好，可以对尺寸大、厚度厚的样品进行有效测量。测试样品可以是半导体材料、绝缘材料以及聚合物等多种材料。

该测量装置可以施加极化电压最高达30kV，测量样品厚度1mm以上，样品尺寸最大80*80mm，加热速率最高3℃/min，温度测量范围-195℃～180℃，测量电流精度0.1pA。

附图说明

图1为热刺激电流测量装置的原理图。图1中的符号表示：11-密封室；12-上电极；13-测量样品；14-下电极；15-直流高压电源；16-静电计；17-温度仪；18-计算机。

图2为密封室的详细结构图。图2中的符号表示：21-杜瓦瓶；22-上盖；23-连接环；24-下部空腔；25-上支架；26-支柱；27-加热带；28-弹簧。

具体实施方式

本发明的测量装置主要包括密封室11，高压源15，静电计16，温控仪17与计算机18，如图1所示；密封室11内放置固定有上电极12、下电极14和测量样品13的支架，高压源15和静电计16分别通过带有开关S1、S2和S3的电缆接入密封室11内与上电极12、下电极14连接成环路，温控仪17测量并控制密封室11内的温度，静电计16和温控仪17分别与计算机18连接，将测量的电流信号和温度信号采集并存储。