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专利号: 2025103978654
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,包括:将待测聚酰亚胺材料进行偏压热刺激电流试验获取陷阱特性,所述陷阱特性包括热刺激电流曲线与介电谱测试结果;

根据热刺激电流曲线与介电谱测试结果,将不同能级的陷阱电荷区分得到不同性质电荷峰,所述不同性质电荷峰包括偶极子转向极化峰、热离子极化峰和陷阱电荷脱陷峰;

根据所述陷阱电荷脱陷峰对脱陷电流进行拟合,得到脱陷电流拟合曲线,进而通过阿伦尼乌斯公式得到陷阱能级、通过对所述脱陷电流拟合曲线进行积分得到陷阱密度;

通过蒙特卡洛方法得到电子入射轨迹和电子能量沉积分布,并计算电子沉积深度分布;

根据陷阱参数与所述电子沉积深度分布,通过电荷基本运动规律、电荷守恒定律、空穴的产生与复合机制,以及,多应力变化对热运动速度、陷阱参数与捕获截面影响机制,构建聚酰亚胺电荷行为精细化模型;所述陷阱参数包括陷阱能级与陷阱密度。

2.根据权利要求1所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,所述将待测聚酰亚胺材料进行偏压热刺激电流试验获取陷阱特性,所述陷阱特性包括热刺激电流曲线与介电谱测试结果的步骤,包括:对待测聚酰亚胺材料两端施加不同极性和幅值的偏置电压;

连续采集并记录热刺激电流随温度变化的数据,获取在不同极性和幅值电压下的热刺激电流曲线;

通过平板电容法进行介电谱测试,得到待测聚酰亚胺材料电容值与介电常数。

3.根据权利要求1所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,所述根据热刺激电流曲线与介电谱测试结果,将不同能级的陷阱电荷区分得到不同性质电荷峰,所述不同性质电荷峰包括偶极子转向极化峰、热离子极化峰和陷阱电荷脱陷峰的步骤,包括:根据介电谱测试结果,通过Origin软件将热刺激电流曲线进行分峰拟合;

计算分峰拟合后各个电荷峰的释放电荷量,得到不同偏压下各个电荷峰的释放电荷量;

根据不同偏压下各个电荷峰的释放电荷量,得到各个电荷峰的释放电荷量随偏压变化的变化关系;

根据各个电荷峰的释放电荷量随偏压变化的变化关系,得到各个电荷峰对应的电荷性质。

4.根据权利要求1所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,所述根据所述陷阱电荷脱陷峰对脱陷电流进行拟合,得到脱陷电流拟合曲线,进而通过阿伦尼乌斯公式得到陷阱能级、通过对所述脱陷电流拟合曲线进行积分得到陷阱密度的步骤,包括:根据所述陷阱电荷脱陷峰,在所述热刺激电流曲线选取脱陷电流数据,通过第一公式对电流公式进行拟合,得到脱陷电流拟合曲线;所述第一公式为 ,其中, 为脱陷电流随时间的变化函数, 为初始脱陷电流,为脱陷时间常数;

改变温度进行多次热刺激电流实验,得到不同温度下的最大脱陷电流,通过阿伦尼乌斯公式得到不同温度下的最大脱陷电流函数,其中,最大脱陷电流公式为:,其中, 为最大脱陷电流,为频率因子, 为松弛活化能, 为气

体常数,为绝对温度;

将最大脱陷电流公式两端取自然对数后,将 与 进行线性拟合,通过拟合直线的斜率计算出松弛活化能,再通过所述松弛活化能得到所述陷阱能级;其中,所述拟合直线的斜率为 ;

对所述脱陷电流拟合曲线进行积分,通过第二公式得到陷阱密度,所述第二公式为,其中,为自然常数, 为脱陷电流拟合曲线的积分,为体积,为电子电量。

5.根据权利要求1所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,所述通过蒙特卡洛方法得到电子入射轨迹和电子能量沉积分布,并计算电子沉积深度分布的步骤,包括:采用两体碰撞描述入射电子与材料靶原子核碰撞;其中,两次所述两体碰撞之间入射电子与材料中电子作用连续且均匀地损失能量;

在Geant4仿真软件中设定待测聚酰亚胺材料与入射电子的仿真参数;其中,待测聚酰亚胺材料的仿真参数包括原子种类、密度与晶格结构,入射电子的仿真参数包括初始能量与入射角度;

通过Geant4仿真软件模拟入射电子在待测聚酰亚胺材料中的运动,获取电子入射轨迹与电子在待测聚酰亚胺材料中电子能量沉积分布;

将待测聚酰亚胺材料沿深度方向划分深度区间,判断电子在各个深度区间内的能量沉积量或电荷量,建立坐标系,得到电子沉积深度分布。

6.根据权利要求1所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,所述根据陷阱参数与所述电子沉积深度分布,通过电荷基本运动规律、电荷守恒定律、空穴的产生与复合机制,以及,多应力变化对热运动速度、陷阱参数与捕获截面影响机制,构建聚酰亚胺电荷行为精细化模型的步骤,包括:根据电荷在电场中的基本运动规律,得到电荷电流密度与电场、电荷浓度及迁移率的基本关系,再通过迁移率会受到温度、机械应力、辐照剂量率的影响而发生变化,得到动态电荷输运方程,所述动态电荷输运方程为 ;其中,为电荷电流密度,为电子电量,为电子浓度,为电荷迁移率,为电场强度,为绝对温度,为机械应力,为辐照剂量率;

在材料内部任意微小体积元内,根据电荷守恒定律得到电子浓度变化率方程,所述电子浓度变化率方程为 ;其中,, ; 为热激发产生电子‑空穴对速率, 为

辐照电离产生率, 为动态复合率,为电子浓度,为空穴浓度,为电场强度,为载流子寿命, 为室温带隙, 为温度系数,为玻尔兹曼常数, 为电子沉积深度分布;

再根据空穴的产生与复合机制,得到空穴浓度变化率方程,所述空穴浓度变化率方程为 ;

根据热应力变化引起热运动速度改变、机械应力与辐照改变陷阱密度与捕获截面和电场使陷阱能级变化促进电荷脱陷,建立电荷捕获释放动态方程,所述电荷捕获释放动态方程,包括电子捕获率动态方程与电子释放率动态方程,其中,所述电子捕获率动态方程为,所述电子释放率动态方程为 ;其中,为电子捕获率,为热运动速度, 为陷阱密度, 为捕获截面, 为电子释放率, 为释放截面, 为陷阱能级;

构建聚酰亚胺电荷行为精细化模型;所述聚酰亚胺电荷行为精细化模型,包括:。

7.根据权利要求1所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,通过联合测试平台进行所述偏压热刺激电流试验,所述联合测试平台包括温度控制模块、电极模块、电容模块、信号采集模块和分析模块;其中,所述温度控制模块用于控制温度,所述电极模块用于施加偏置电压,以及,测量热刺激电流;所述电容模块用于采集电容数据;所述信号采集模块用于采集电流数据、温度数据、电容数据、极板面积与极板间距,并传输至所述分析模块;所述分析模块用于根据所述电流与温度数据计算在不同极性和幅值电压下的热刺激电流曲线,以及,用于根据电容数据、极板面积与极板间距计算介电常数。

8.根据权利要求4所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,根据第三公式计算所述陷阱能级,所述第三公式为:;其中,为动力学级数, 为初始温度,为频率因子,

为升温速率。

9.根据权利要求4所述多应力作用聚酰亚胺电荷行为精细化模型建立方法,其特征在于,所述陷阱参数还包括陷阱分布与陷阱填充速度;其中,通过电子能量损失谱或二次离子质谱得到所述陷阱分布、通过所述脱陷电流拟合曲线的脱陷时间常数计算所述陷阱填充速度。

10.一种多应力协同作用下聚酰亚胺劣化分析系统,其特征在于,所述系统用于执行如权利要求1~9任意一项所述的方法,所述系统包括:偏压热刺激模块,用于将待测聚酰亚胺材料进行偏压热刺激电流试验获取陷阱特性,所述陷阱特性包括热刺激电流曲线与介电谱测试结果;

电荷峰区分模块,用于根据热刺激电流曲线与介电谱测试结果,将不同能级的陷阱电荷区分得到不同性质电荷峰,所述不同性质电荷峰包括偶极子转向极化峰、热离子极化峰和陷阱电荷脱陷峰;

脱陷电流拟合模块,用于根据所述陷阱电荷脱陷峰对脱陷电流进行拟合,得到脱陷电流拟合曲线,进而通过阿伦尼乌斯公式得到陷阱能级、通过对所述脱陷电流拟合曲线进行积分得到陷阱密度;

运动仿真模块,用于通过蒙特卡洛方法得到电子入射轨迹和电子能量沉积分布,并计算电子沉积深度分布;

模型建立模块,用于根据陷阱参数与所述电子沉积深度分布,通过电荷基本运动规律、电荷守恒定律、空穴的产生与复合机制,以及,多应力变化对热运动速度、陷阱参数与捕获截面影响机制,构建聚酰亚胺电荷行为精细化模型;所述陷阱参数包括陷阱能级与陷阱密度。