Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
35 Aktra S. Shmroh S /П Appl Phys Japan 1975 Vol 14, N 18 P 1237
36 HochmoH, YanagiyaH, ShtmojiM It J Chem Soc Faraday Trans 1974 Vol 70 P
281
37 Oyama Y, Kawatnura J If Abstr of 8th Intern conf on solid state ionics
(Canada) 1991 P E38
38 AngetiC A, ZhouJ //Solid State Ionics 1989 Vol 34,N 1 P 243
39 Duclot Mt Henault M Grmcouet Y, Bouquet JL it Extend Abstr of 9th
Intern conf on solid state ionics The Hague, 1993 P 704
40 Johnson RT, Qutnn Rod К It) NomCryst Sol 1978 Vol 28 P 273
41 ХаркацЮИ //Электрохимия 1979 T 15,№4 С 600
42 SeccoEA, SeccoRA //Abstr of 10th Intern conf on solid state lomcs
Singapore, 1995 P 402
§ 6. Термостимулированная деполяризация
Метод термостимулированной деполяризации (ТСД), появившийся в середине
60-х годов, является одним из методов термоактивированной спектроскопии
[1, 2] Его сущность заключается в следующем [3, 4]. Исследуемый объект
предварительно поляризуется внешним электрическим полем напряженностью zp
при температуре Тр> при которой время релаксации (т) подвижных носителей
заряда достаточно мало (те заряженные дефекты в образце имеют высокую
подвижность)- При этом создается пространственно неоднородное
распределение носителей заряда и (или) анизотропная ориентация полярных
молекул или квазихимических дипольных комплексов (гетеровалентный ион
примеси - локальный компенсатор) Затем заполяризованный образец (без
снятия ер) охлаждается до более низкой
107
температуры 70 (например, до температуры жидкого азота), в результате
чего поляризован* кое состояние "замораживается", т*е* время релаксации
этого состояния значительно возрастает. Если поляризованное состояние
системы является метастабильным, то последующее снятие электрического
поля и закорачивание электродов не приводят к заметной деполяризации
образца* Можно считать, что образец в данном случае представляет собой
термоэлектрет, Далее объект нагревается по определенному закону (обычно
применяется режим линейного нагрева) и при этом наблюдается ток ТСД или
за счет изменения индуцированного заряда на электрода*, или обусловленный
"вытеканием" освободившихся избыточных носителей заряда из образца. Схема
эксперимента приведена на рис III ,б 1*
Рис Ш б 1 Схема эксперимента ТСД
Т - температура, ЕР - напряженность электрического поля, 1 - плотность
тока, Тр - температура поляризация, Ь - скорость нагрева
В случае невзаимодействующих диполей, обладающих временем релаксации х -
Тоехр(?УА7), и в предположении, что скорость реориентации диполей можно
описать уравнением маномолекулярной реакции, ток ГСД может быть выражен
следующим уравнением:
т
1(7) = С0 х;' ехр(-?/А:7>хрНЮ'1 fexp(-E/№')&'], (1)
о
где
С0 = Njol[i2 ?раЛ/кТра. (2)
Здесь b - dT/dt - линейная скорость нагрева, Nj- концентрация диполей, р
- дипольныйь момент, - напряжение поляризации, приложенное к образцу, Л -
эффективная поверхность образца, d - толщина образца, Тр - температура
поляризации, а - геометрический фактор, зависящий от возможных способов
ориентации диполя в кристаллической решетке* Так, например, в случае
тисонитовых матриц а - 1/6
Уравнение (1) представляет асимметричную кривую Первая экспонента в (1)
доминирует в низкотемпературной области и ответственна за начальный
подъем тока деполяризации с температурой. Вторая экспонента доминирует
при высоких температурах, замедляя постепенно возрастание тока и
впоследствии приводит к резкому его уменьшению Ряд авторов [5-8]
наблюдали систематическое отклонение экспериментально полученных спектров
ТСД от рассчитанных по уравнению (1)* Так, при изучении токов ТСД в CaF2>
легированных NaF, было установлено упщрение релаксационных пиков в
спектрах ТСД при увеличении концентрации диполей, и это явление было
объяснено дипольным взаимодействием [9]* Для согласования
экспериментальных данных было предложено учитывать гауссовское
108
распределение энергии реориентации в результате электростатического
взаимодействия между диполями и вклада, даваемого упругой деформацией
кристаллической решетки [10], Таким образом, если P(E,T)d? есть
поляризация образца при температуре Ту то благодаря диполям с энергиями
реориентации между Е и Е +dE
Р(Е; T)dE = P{T)D{E)dE, (3)
где D{E) - распределение Гаусса с шириной с, Реориентация таких диполей
дает вклад в токи ТСД следующим образом:
т
I(TS E)dE = Р^?,(Г) dE exp(-? t кТ) ехр[-1/М0 [exp(-ElkT')dT']. (4)
т° о
Общий ток ТСД при температуре Т может быть определен интегрированием
уравнения
(4), используя
+ю
С0 = \P{E,Q)dE (5)
-ой
н выражение для гауссовского распределения энергии в форме
В(Е) = ~1^ехрГ(?~?о)2]. (6)
<Тл/2 % 2<Г
В этом случае 1(Т) может быть выражен в виде
Г1 +Я) 1 ^
/(Г) = <)- f ехр(-? / кТ) ехр[-(? - Е0 )2
/ 2а2 ] exppi fexp(-? / kT)dT']dEa. (7)
т0ол/2л _i Ьт i
Заметим, что для систем МР2 - L11F3 (М = Са, Sr, Ва, Ln - лантаноид) при
концентрации диполей 5Т01(r) см"3 параметр уширения с составляет 5Т0"3 эВ,
т.е. порядка половины величины кТ при равной Температуре, при которой
