Электрическое разрушение полимерных диэлектрических пленок в условиях подавления частичных разрядов

• Автор: Сударь, Николай Тобисович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 302 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень условных обозначений

Перечень сокращений названий полимерных материалов

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ВОЗДЕЙСТВИЕ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПО-

ЛЕЙ НА ПОЛИМЕРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Особенности электронных состояний в органических

молекулярных твердых телах

1.2 Экспериментальные закономерности электрического разрушения толстопленочпых полимерных диэлектриков в условиях подавления частичных разрядов.
1.2.1 Электрическая долговечность
1.2.2 Кратковременная электрическая прочность
1.2.3 Деструкция полимеров при воздействии электрического поля
1.2.4 Особенности формирования потенциального барьера на границе электрод - полимер. Роль материала электродов
1.2.5 Гипотезы о физических механизмах пробоя полимерных диэлектриков
1.2.5.1 Особенности развития теплового пробоя
1.2.5.2 Ударная ионизация в полимерных диэлектриках
1.2.5.3 Роль объемного заряда в процессах электрического старения и пробоя
1.2.5.4 Электролюминесценция полимеров
1.2.5.5 Электромеханический пробой полимеров
1.2.6 Возможные механизмы распада макромолекул в электрических полях
1.3 Пробой полимерных пленок субмикронной толщины
1.3.1 Экспериментальные закономерности
1.3.2 Современные представления о механизмах электрического пробоя полимерных пленок субмикронной толщины

1.3.3 Разогрев и термическая деструкция канала пробоя
1.3.4 Транспорт носителей заряда в полимерах в условиях
сильного электрического поля
Выводы к главе 1. Постановка задач настоящей работы
Глава 2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
2.1 Методические аспекты определения электрической
прочности полимерных пленок
2.2 Методы подавления частичных разрядов в полимерных
пленках
2.3 Электродные системы, используемые при проведении
электрических испытаний полимерных диэлектрических пленок
2.3.1 Толстопленочные полимерные диэлектрики
2.3.2 Полимерные диэлектрические пленки субмикронной
толщины
2.4 Особенности анализа результатов электрических испытаний на пробой
2.4.1 Вероятностный характер электрической прочности диэлектриков
2.4.2 Статистический анализ результатов испытаний
2.4.2 Объем выборки, необходимый для состоятельных оценок
2.5 Регистрация электролюминесценции полимерных пленок
2.6. Измерение толщины пленок
2.7. Методика изучения структуры канала пробоя в пленках
субмикронной толщины
2.7.1 Регистрация пробоя и визуализация канала пробоя
2.7.2 Рамановские спектрометрические измерения
2.8 Общие сведения об исследуемых полимерных пленках
2.9 Перечень публикаций по теме главы

Глава 3 НАКОПЛЕНИЕ ОБЪЁМНОГО ЗАРЯДА И ЕГО
ВЛИЯНИЕ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ПОЛИМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ.
3.1 Локальное усиление поля микроостриями
3.1.1 Численное моделирование распределения электрического поля около острий гауссовой формы
3.2 Инжекция зарядов в полимеры из металлических электродов в сильных электрических ПОЛЯХ
3.3 Влияние объёмного заряда на распределение полей в
полимерах
3.4 Модель острия в виде сферического концентрического
конденсатора
3.4.1 Обоснование модели для описания полей вблизи мик-
роострий
3.4.2 Система уравнения для описания распределения полей
и зарядов
3.4.3 Стационарное распределение поля и заряда
3.4.3.1 Постановка задачи
3.4.3.2 Результаты расчетов распределения поля и заряда при
термоактивационном опустошении ловушек без учета влияния электрического поля
3.4.3.3 Результаты расчетов распределения поля и заряда при
термоактивационном опустошении ловушек с учетом влияния электрического поля
3.4.4 Нестационарное распределение поля и заряда
3.4.4.1 Постановка задачи
3.4.4.2 Алгоритм расчета

тра, что, как полагают авторы [65], связано с появлением низкомолекулярных продуктов распада макромолекул. В образцах ПП при длительном воздействии на них электрического поля было зарегистрировано уменьшение степени кристалличности и возрастание доли свободного объема.
Таким образом, имеющиеся литературные данные указывают на то, что на стадии подготовки пробоя, определяющей долговечность полимерного образца в электрическом поле, происходит деградация материала, образование полости или разрыхленной области, в которой может происходить ударная ионизация молекул, и, следовательно, возможно возникновение электронных лавин. Считается, что после образования полости эрозия полимерного материала под действием разрядов приводит к быстрому прорастанию проводящего канала сквозь образец, т.е. к его пробою [62, 67, 68]. Поэтому авторы [65] рассматривают степень структурной деградации полимерного диэлектрика, как меру электрического старения. В работе [69] процесс электрического старения полимеров представляется в виде последовательности стадий. На первой стадии, когда в полимерном диэлектрике отсутствуют какие-либо нарушения сплошности, (исключения составляют лишь изначально присущие ему элементы свободного объема) возможен только инициированный электрическим полем распад макромолекул, приводящий к образованию наноразмерных полостей. На второй стадии происходит их увеличение до микронных размеров. На третьей стадии становится возможным возникновение 4P, развитие дендридного разряда и, в конечном итоге, пробой диэлектрика. Отметим здесь, что в пленочных полимерных диэлектриках пробой образцов происходит уже на второй стадии.
1.2.4 Особенности формирования потенциального барьера на границе электрод - полимер. Роль материала электродов
В условиях слабых электрических полей большинство полимеров (по крайней мере, полимеры с насыщенными связями) являются хорошими изоляторами. Способность пропускать электрический ток и накапливать 03 они