Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
наблюдается максимум соответствующего пика ТСД, Рассмотрение более
универсальных моделей, учитывающих также взаимодействия типа "диполь -
неассоциированный ион примеси", "диполь - кластер" и др., представляет
пока значительную трудность, так как сложно однозначно определить вклад
различных взаимодействий из-за неопределенности соотношения концентраций
возможных дефектов.
Для свободно движущихся зарядов в образце ток ТСД равен
/ AGffi +М?0/2'
'"¦ " ч
где Q - плотность заряда на электродах, полученная в результате
поляризации, остальные обозначения обычные. В случае объемно-зарядовой
поляризации из токов ТСД можно получить ту же информацию, что и при
измерении электропроводности [11, 12].
Как уже отмечалось, в основе метода ТСД лежит неизотермическая
электрическая релаксация, поэтому он дает непосредственную информацию о
механизме электрической релаксации, термодинамических и кинетических
параметрах электрически активных дефектов в ТЭЛ. С его помощью можно
идентифицировать релаксационные процессы, обусловленные переносом
дефектов ионной и электронной природы на микрорасстояния или реориен-
тацией дипольных образований. При этом в случае объемно-зарядовой
поляризации по данным ТСД можно определить энергию активаций переноса,
концентрацию ионных и элек-
t(T) = Q-expj
6Sq
J1) ( о0 Yr ( AGm +&G0!2\
109
тронных ловушек и время их релаксации, а также энергию активации
равновесной проводимости и частотный фактор диффузионно-дрейфовой
релаксации. В случае днпольной релаксации находятся энергия активации и
время релаксации, концентрация диполей и их ди-польный момент, параметр
диполь^дипольного взаимодействия.
Поскольку метод ТСД оказывается чувствительным к структурным и фазовым
превращениям, процессу агрегации дефектов и диссоциации комплексов
дефектов, механическим напряжениям и деформациям, воздействию различных
видов облучения, адсорбции и десорбции газов и т. д., то он несет также
важную информацию о разных физико-химических явлениях, оказывающих
заметное влияние на процесс электрической релаксации широкого класса
твердых тел - ионных кристаллов, ТЭЛ, молекулярных кристаллов, стекол,
цеолитов и т.д.
Различные ионные процессы, наблюдаемые методом ТСД, могут быть условно
разбиты по температурной шкале на три области. В диапазоне от температуры
жидкого гелия до температуры жидкого азота в ионных кристаллах
наблюдается главным образом релаксация молекулярных центров и (^центров
(центров смещения) - например, релаксация ионов малого радиуса Си+ в KCJ
[3], От температуры жидкого азота до комнатной температуры основную роль
играет дипольная релаксация, и при температурах выше комнатной -
релаксация объемного, или пространственного, заряда. На рис. III.6.2
представлены спектры токов ТСД, иллюстрирующие все перечисленные выше
ионные процессы.
Рис. Ш. 6. 2, Спектры ТСД различных дипольных комплексов 1,2 -
релаксация: молекулярных ионов (NalNCO), 2 - о^-центров (KCLCu); -
дипольная релаксация: 3 - UF;Mg, 4 - KCI Se.
При изучении спектров ТСД, как и в любой спектроскопии, одним из важных
этапов интерпретации полученных результатов является идентификация пиков
ТСД. Для идентификации природы пиков, отвечающих за дилольную релаксацию
либо перераспределение свободных носителей заряда, в каждом отдельном
случае обычно предпринимается исследование влияний условий поляризации на
поведение температуры максимума, Tms и интенсивности линий ТСД. Согласно
теории Кеслера [13-15] в случае дштольной релаксации положение Тм не
зависит от условий поляризации, а определяется релаксационными парамет-
110
рами дефектов, обладающих дипольньтм моментом, в то время как положение
лика ТСД, связанного с релаксацией объемного заряда, является зависимым
от напряженности поля и температуры поляризации*
На рис, Щ.б.З представлены спектры ТСД системы CaF2 - NdF3 (0,01 мол*%)
при различных ус* ловиях поляризации, Анализ приведенных спектров
показывает, что пик ТСД с Тт = 145,3 К имеет дипольную природу, поскольку
положение его максимума не зависит от Ер и наблюдается пропорциональная
зависимость амплитуды максимума тока от величины напряженности поля.
Высокотемпературный пик отвечает за релаксацию объемного заряда, так как
Т# этого пика существенно зависит от напряженности поля и температуры
поляризации. Дополнительным свидетельством корректности соотнесения этого
пика с перераспределением свободных носителей заряда является совпадение
энергии релаксации, полученной из анализа пика ТСД, и энергии активации
миграции, определенной из данных по электропроводности, исследованной на
этих же образцах в данной области температур.
14 13
МО , А /10 ,А
Т, К
Рис 11163 Спектры ТСД CaFsNdF*(0,01 мол %) (7>-273 К, tP- 10 мин)
/ - Ер ~ 20 кВ/см, 2 Ер = 15 кВ/см, 5 - Ер- 10 кВ/см
Наиболее успешно метод ТСД используется для изучения дипольной релаксаций
и связанных с ней различных физико-химических процессов в ТЭЛ на основе
гетеровалентных твердых растворов ре].
