空间电荷区
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空间电荷区
也称耗尽层.在PN结中,由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动,使PN结中间的部位(P区和N区交界面)产生一个很薄的电荷区,它就是空间电荷区.
（1）当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的PN结。
（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。
（3）P区一侧呈现负电荷，N区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。
（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。
（5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。
当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结处于动态平衡
这是PN结的特性
在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性
空间目标轨道分布特性分析实验报告 一、实验目的 1、了解空间目标轨道分布规律； 2、掌握TLE数据格式分析方法； 3、掌握空间目标高度分布特性分析方法与过程。 二、实验环境 Matlab或C语言 三、实验原理 1、空间目标及其分布 空间目标广义是指离地球表面120公里以外空间的所有目标，包括自然天体和人造天体。本研究报告中的空间目标系指环绕在地球周围数万公里内的人造天体，包括卫星、平台和运载，以及上述目标解体后形成的空间碎片。对这些人造目标进行监视属空间目标监视系统的范畴。 根据有关研究，环绕地球的空间目标数目大约为35,000,000，其中大小在1～10cm的约110,000个，大于10cm的在8000个以上。目前美国空间目标监视系统可对30cm以上的空间目标进行例行的日常观测，对10cm以上的目标可能观测到，但不能保证例行的日常跟踪。上述空间目标中，到2008年8月24日，被美国空间目标监视系统编目过的空间目标数目为33311个，其中21597个已经陨落，11714个仍在轨。 } 空间目标都有一定大小、形状，运行在一定轨道上，使得每一空间目标都有其独特的轨道特性、几何特性和物理特性。这些特性奠定了对空间目标进行定轨和识别的基础，尤其是在用航天器一般都有特定的外形、稳定的轨道、姿态、温度等特性，是空间目标识别的主要技术支撑。 空间目标监视的核心任务是对空间目标进行探测、跟踪和识别。获取空间目标的几何特征、物理特征和运动参数等重要目标信息，进而确定目标威胁度、警戒空间碰撞、提供安全告警信息，是实施防御性空间对抗和进攻性空间对抗的基础。其中在空间目标的识别过程中，空间目标的轨道特性是主要依据，而其几何特性和物理特性则是对其轨道特性的进一步补
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 摘要 纳米聚合物复合材料作为一种新材料，已经引起了越来越多的关注。通过向聚合物中填加少量的纳米填料，原有的性能将会被改善。纳米氧化镁交联聚乙烯复合介质已经被成功应用于高压直流输电系统中，这种新材料可以提升直流电压下的击穿电压。 在本论文中，将会对外国学者近年来对纳米聚合物复合材料电特性所做的研究和实验结果做总结。它们包括电导率，介电特性，局部放电，电树及空间电荷特性。还会对Toshikatsu Tanaka所提出的用于解释纳米复合材料各种性能的多核模型做介绍。 在实验部分，首先，用电声脉冲法对加入纳米MgO的复合介质做空间电荷测试。发现加入纳米粒子后，空间电荷降低。当填量大于0.5phr时，对空间电荷的抑制作用就会非常明显。 然后，通过光刺激电流法测量了XLPE和MgO/XLPE的陷阱能级。结果发现MgO/XLPE拥有更深的陷阱。 最后，对XLPE和MgO/XLPE的电致发光起始电压及发光光谱进行了测量。结果表明，复合介质提升了EL的起始电压并且降低了发光量。并且XLPE与MgO/XLPE的光谱存在很大的区别。 关键词纳米复合材料，交联聚乙烯，空间电荷，陷阱 - I -
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 Abstract Polymer nanocomposite materials have been attracting much attention as a new material because the properties of the original material can be drastically improved by adding a few percent of nano-sized filler. It has been found that nano-sized MgO-filler added into XLPE (crosslink polyethylene), which had been developed for HVDC cable insulation, improved the dc breakdown property of conventional XLPE cable. In this paper, recent topics and their important results will be reviewed on electrical properties of polymer nanocomposite materials. They include characteristics associated with electrical conduction, dielectric properties, partial discharge, electrical treeing and space charge formation. A multi-core model proposed by Toshikatsu Tanaka is discussed to understand various properties and phenomena in nanocomposite. At first, to investigate the influence of MgO nano-filler on space charge properties, we measured the space charge distributions using PEA (pulsed electro-acoustic method) system under DC electric field. In the case of LDPE with nano-filler, there is less space charge injection than LDPE. It is thought that space charge injection is drastically prevented by adding only more than 0.5phr of MgO to LDPE. Also, we measured the trap depth of conventional XLPE and MgO/XLPE by using a photo-stimulated discharge system. We found that the trap depth in MgO/XLPE is deeper than in XLPE. Space charge is expected to be closely related to the nature of carrier traps. Finally, electric field dependence, time variations and the spectra of EL - II -
目录 摘要 ..................................................................................................................................................................... I ABSTRACT ......................................................................................................................................................... I II 第一章概述.. (1) 1.1聚合物绝缘在高压直流电缆中的应用和研究意义 (1) 1.2影响聚合物绝缘性能的关键问题和研究现状 (2) 1.2.1 高场下的非线性电导特性 (2) 1.2.2 绝缘内部的空间电荷积聚 (4) 1.2.3 复合绝缘结构的界面电荷 (5) 1.3聚合物绝缘内部的电荷输运模拟和研究现状 (7) 1.3.1 单层介质的空间电荷模拟 (7) 1.3.2 双层介质的界面电荷模拟 (8) 1.4本文的主要研究内容 (9) 第二章XLPE和EPDM中高场电导特性的实验研究 (11) 2.1试样制备和实验方法 (11) 2.2介质的准稳态电流密度和电导率 (12) 2.3高场电导的电场和温度特性分析 (15) 2.3.1 高场电导的阈值电场特性 (15) 2.3.2 高场电导的温度变化特性 (19) 2.4XLPE和EPDM的电导模型研究 (24) 2.4.1 传统的跳跃电导模型拟合 (24) 2.4.2 修正的跳跃电导模型拟合 (26) 2.5本章小结 (28) 第三章XLPE和EPDM中空间电荷分布的实验研究 (29) 3.1试样制备和实验方法 (29) 3.2单层介质内部的空间电荷分布 (30)
收稿日期:1999203226;修回日期:1999211210 基金项目:国家自然科学基金资助项目(19775069);核工业基金资助项目(H7196D0121) 作者简介:陈银宝(1940—),女,浙江嘉兴人,研究员,加速器物理专业 第34卷第4期 原子能科学技术Vol.34,No.4 2000年7月Atomic Energy Science and Technology J uly 2000 空间电荷引起的非线性共振与束晕形成 陈银宝,黄志斌 (中国原子能科学研究院核技术和计算机应用研究所,北京 102413) 摘要:采用束核2单粒子模型研究强流束中由空间电荷引起的非线性共振与束晕形成的关系。借助Poincare 截面技术,对粒子在相空间的运动进行数值分析。从束核包络振荡的两个本征模出发,推导得到强流束中非线性共振范围随束流空间电荷效应变化的表达式,以及由非线性共振而激发的束晕形成的空间电荷极限的表达式,并给出相应的结果。 关键词:非线性共振;束晕形成;Poincare 截面;空间电荷极限 中图分类号:TL50115 文献标识码:A 文章编号:100026931(2000)0420289207 束晕形成机理的研究已有不少报道[1～10],并且得到一些共识。对于空间电荷占主导地位的束流,在均匀聚焦的传输管道里,初始束流的root 2mean 2square (rms )失配是束晕形成的一个重要原因;在周期性聚焦的传输系统中,rms 匹配束的电荷密度涨落也会引起束晕;混沌粒子运动和发生在束核粒子所占有的相空间边界附近的非线性共振,更是匹配束产生束晕的重要机制。不变的KAM (K olomogorov 2Arnold 2Morse )表面在约束与传播方向垂直的方向上的束晕粒子起重要作用。rms 匹配束的束晕比失配束相对要微弱些。根据Fedotov 和G lucksturn 等[6]对计入束流横向(r )和纵向(z )耦合效应的研究,以及32D 的数值模拟计算,发现两个方向的耦合效应对束晕形成有明显的影响。即使对于非常小的失配(如10%)也会引起束晕,特别是对于短束团(z /r <2),横向和纵向耦合效应更明显。 1 运动方程 采用束核2单粒子模型,首先研究束核包络在聚焦管道里的演变规律,然后再分析注入束核附近的试验粒子的行为。该模型中,束核的空间电荷效应为单粒子运动提供微扰力,并假设单粒子的运动不对束核运动产生影响。 111 束核运动方程 以X —和Y — 分别表示x 和y 方向的包络函数,它们不同于匹配半径R ,是z 的函数,束核运动满足包络方程[11]: X —″+k 20X —-2K X —+Y —-ε2X —3=0(1)
空间目标特性分析与成像仿真技术研究 英文题名 Small Target Characteristical Analysis and Imaging Under Space Clutter 关键词运动特性; 温度场; 动能拦截器; 探测距离; 信噪比; 英文关键词 movement characteristics; temperature field; EKV; detection distance; signal-to-noise ratio; 中文摘要大气层外动能拦截弹在进行弹道导弹防御以及空间对抗环境中,大量采用了可见光红外等光学成像探测器。分析与研究空间目标在光学探测器上的成像特征,是实现空间目标探测、识别以及系统评估的关键。空间目标特性分析与成像仿真技术是一项综合讨论空间目标所处环境状态、目标材料特征、目标形状特征、目标运动姿态变化特征、热辐射特征、空间辐射传输理论、探测器性能以及目标成像特点的课题,是为进行空间目标检测以及识别而开展的先导性研究。本课题立足于理论建模,对空间目标在探测器中的成像特性进行研究,最后得到包含目标以及诱饵在内的红外图像序列。论文的主要研究内容如下: 1、提出矢量分解与坐标系映射法,很好的解决了空间非圆对称凸体目标在同时受到自旋运动以及进动影响下的面元法线方向的变化建模难题。 2、提出目标中心坐标系,研究了在此坐标系中各种辐照的实时方向矢量计算方法,详细推算了太阳高度角以及方位角。采用面元分割法,分析了空间凸体目标的表面几何结构。 3、建立了矢量表示的面元热平衡方程,对方程中的多项参数计算进行了优化,大大减少了计算量。 4、研究了温度对于光谱辐射亮度的影响。为得到较高信杂比,提出最优... 英文摘要Many visiable light and infrared detectors have been adopted for Exoatomospheric Kill Vehicle(EKV) usage in Ballistic Missle Defence and Space Countermeasure. Optical characteristics’analyse and study of spacial targets in the view field of EKV is the key technology for target detection, target identification and system efficiency estimation 摘要 9-10 ABSTRACT 10 第一章绪论 11-16 1.1 课题背景 11-12 1.2 国内外研究现状 12-14 1.3 课题的主要研究内容 14-15 1.4 本文的篇章结构安排 15-16 第二章空间目标的运动特性分析 16-35 2.1 引言 16 2.2 目标中心坐标系以及面元分割16-19 2.3 空间目标的几何模型分析 19-33 2.3.1 太阳光照模型 20-24 2.3.2 目标运动模型 24- 31 2.3.3 目标辐射成像模型 31-33 2.4 小结 33-35 第三章空间目标的温度特性分析 35-59 3.1 引言 35 3.2 目标面元受热模型 35-41 3.2.1 太阳直接辐照功率 36 3.2.2 地球自身辐照功率 36-38 3.2.3 地球反射太阳光辐射功率 38-39 3.2.4 目标对外能量辐射功率 39 3.2.5 目标升温吸热内能增加 39- 40 3.2.6 目标表面各个面元温度不均引起的传热效应 40- 41 3.2.7 目标自身的内部器械产生的热能 41 3.2.8 热平衡方程 41 3.3 目标温度特性仿真 41-53 3.3.1 球形目标 42-44 3.3.2 锥形目标44-46 3.3.3 碎片目标 46-48 3.3.4 三角棱台目标 48-53 3.4 空间目标辐射成像分析 53- 57 3.4.1 目标波段因素 53-56 3.4.2 探测
第二章 重要术语解释： 雪崩击穿：电子和空穴穿越空间电荷区时，与空间电荷去内的电子发生碰撞产生电子-空穴对，在pn结内形成一股很大的反偏电流，这个过程就称为雪崩击穿。 载流子注入：外加偏压时，pn结体内的载流子穿过空间电荷区进入p区或者n区的过程。 临界电场：发生击穿时，pn结空间电荷去的最大电流密度。 扩散电容：正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。 扩散电导：正偏pn结的低频小信号正弦电流与电压的比值。 扩散电阻：扩散电导的倒数。 正偏：p区相对于n区加正电压。此时结两侧的电势差要低于热平衡的值。 产生电流：pn结空间电荷区内由于-空穴对热产生效应形成的反偏电流。 长二极管：电中性p区与n区的长度大于少子扩散长度的二极管。 复合电流：穿越空间电荷区时发生复合的电子与空穴所产生的正偏pn结电流。 反向饱和电流：pn结体内的理想反向电流。 短二极管：电中性p区与n区中至少有一个区的长度小于少子扩散长度的pn结二极管。 存储时间：当pn结二极管由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳态值变成零所用的时间。 知识点： 学完本章后，读者应具备如下能力： 描述外加正偏电压的pn结内电荷穿过空间电荷区流动的机制。 说出空间电荷区边缘少子浓度的边界条件。 推出pn结内稳态少子浓度的表达式 推出理想pn结的电流-电压关系。 描述短二极管的特点。 描述什么是扩散电阻和电容。 描述pn结内的产生和复合电流。
描述pn结的雪崩击穿机制。 描述pn结的关瞬态。 习题 1.(a)正偏工作的pn结二极管，其环境温度为T=300K。计算电流变为原来的 10倍时，电压的改变。 (b)计算电流变为原来的100倍时，电压的改变 2.计算使pn结理想反偏电流时反向饱和电流大小90%的反偏电流值，T=300K。 3.T=300K时，V D=0.65V时，硅pn结二极管的电流I=10mA。空间电荷区内电 子电流与总电流的比值为0.1，且最大电流密度不大于20A/cm2.设计满足上述条件的二极管。 4.考虑T=300K时的硅p+n结。其扩散内容-正偏电流曲线的斜率为2.5*10-6F/A。 确定空穴的寿命以及正偏电流为1mA时的扩散电容值。 (a)解释为什么在反偏时扩散电容不重要。 (b)假如正偏下Si，Ge，GaAs pn结的总电流密度相同，讨论电子与空穴电流 密度的相对值
空间电荷限制电流 半导体中的空间电荷及其相应的空间电荷效应是一个重要的基本概念。在半导体材料和器件中往往会遇到有关的问题，特别是在大电流时空间电荷可能起着决定性的作用。 （1）空间电荷： 存在于半导体内部局部区域的剩余电荷即为空间电荷。例如p-n结界面附近处的势垒区，其中就有空间电荷，并从在势垒区中产生出相应的内建电场。 空间电荷包含有电离的施主、受主杂质中心的电荷以及载流子（电子和空穴）的电荷。在载流子被内建电场驱赶出空间电荷区——耗尽的近似情况下，空间电荷就只是电离杂质中心的电荷；这时，对于n型半导体，空间电荷主要是电离施主中心的电荷（正电荷）；对于p型半导体，空间电荷则主要是电离受主中心的电荷（负电荷）。一般，空间电荷密度ρ为ρ= q(p-n+Nd-Na) 。 （2）空间电荷效应： 在偏压等外界作用下，在空间电荷区中，载流子的浓度可能超过或者少于其平衡载流子浓度。例如，对于n-p结，空间电荷区主要在p型一边（其中的空间电荷基本上都是电离受主的负电荷）；当加上正向电压时，即有大量电子注入、并通过空间电荷区，则这时在空间电荷区中的电子浓度将超过平衡电子浓度，有np>nopo=ni2；相反，当加上反向电压时，空间电荷区中的电场增强，驱赶载流子的作用更大，则这时在空间电荷区中的电子浓度将低于平衡电子浓度，有np 低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟吴建东 纳米复合介质中的陷阱分布 从早期的固态介质电导和介质击穿机理研究至今已经过了近五六十年，然而对固态介质的介电响应特性仍然很难进行定量的分析。在这期间内，当半导体物理的理论基础——能带理论刚被提出后不久，其众多概念和理论即被很快引入到固态介质研究中，特别是聚合物中与电荷输运相关的导电、击穿等领域，这在一定程度上推进了固态介质研究的发展[48,49]。载流子的局域化是基于能带理论的关键概念之一，电子和空穴在聚合物内部的局域化将直接影响载流子在聚合物内部的输运，并相应地改变聚合物的其它介电性能。能使载流子局域化的结构称为局域态中心，在众多文献中常被称为陷阱，因此，下文中用陷阱代表局域态中心[50]。描述陷阱特征的重要参数是陷阱深度和陷阱密度，对于有序结构的介质，陷阱深度可利用能带理论进行直接定义：俘获电子的局域能级（电子陷阱）与导带边沿的能级差，或俘获空穴的局域能级（空穴陷阱）与价带边沿的能级差。在内部无序的聚合物材料中，陷阱深度的定义相对复杂些，基于实际的应用，陷阱深度一般定义为载流子从局域态激发到导带能级所需的能量，需要特别指出的是导带能级并不一定与能带边沿一致[51]。 一般聚合物是由大量的分子链组成，一部分规则叠加形成晶区，另一部分无规则随机堆积形成无定形区，因此，聚合物内部结构本质上是无序的。图1-1为基于能带理论得出的无序聚合物的准能带模型[53]。以聚乙烯为例，通过对LDPE分子结构的模拟计算可知，其内部的禁带宽度约为8eV以上，无定形中的无序结构将在能带结构的边沿附近形成离散的局域态，能级差约在0.15~0.3eV[54]，这些局域态称为物理陷阱，由于能级差较低，又可称为浅陷阱。载流子在这类浅陷阱中受陷的时间数量级约为10-12s，因此，这些局域能级可认为具有局域传导性，并不对载流子产生长期的陷阱作用，文献[55]中也将这类靠近导带和价带的离散局域态称为准导带和准价带。另一种类型的陷阱为化学陷阱，主要由分子结构中的羟基、酮结构、双键和晶区内分子链错位或引入的杂质等形成。化学陷阱引入的陷阱能级范围在0.04~1.5eV[56]，这些化学陷阱中的高能级深陷阱可以长时间限制载流子，是形成空间电荷积累主要原因之一。 纳米颗粒引入到聚合物内部后，陷阱深度和陷阱密度分布都将发生明显变化，从而影响 聚乙烯表面形貌对其空间电荷特性的影响 王云杉1,周远翔1,王宁华2,孙清华1 (1.清华大学电机工程与应用电子技术系,电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室, 北京100084; 2.中国电力科学研究院,北京100085) 摘要:随着空间电荷测量技术在最近三十年的巨大进步,固体电介质空间电荷研究成为研究热点。聚乙烯的热压冷却条件会显著影响聚乙烯的形态结构。而聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料而形成不同的附生结晶层,从而具有不同的表面形貌。此附生层的形态对空间电荷特性有很大的影响。通过研究聚乙烯不同表面形貌的形成过程及其显微特征,并结合微观形态对不同表面形貌的聚乙烯进行了空间电荷测量分析,发现不同表面形貌的聚乙烯试样具有不同的空间电荷积聚特性。 关键词:空间电荷;聚乙烯;表面形貌;微观形态;P EA 中图分类号:TM201.4;TQ325.12文献标志码:A文章编号:1009-9239(2008)04-0042-04 Eff ect of Surface To p o g ra p h y on S p ace Char g e Characteristic in Pol y eth y lene WAN G Yun-s ha n1,ZHOU Yua n-xia n g1,WAN G Ni n g-hua2,SUN Qi n g-hua1 (1.S t ate Ke y L aborator y o f Cont rol an d S i m ul ation o f Pow er S y stem an d Generation E q ui p ment, De p art ment o f Elect rical En g i neeri n g,Tsi n g hua U ni versit y,Bei j i n g100084,Chi na; 2.Chi na Elect ric Pow er Research I nstit ute,Hai di an Dist rict,Bei j i n g100085,Chi na) Abstract:Wit h g r eat p r o g r ess es of s p ace cha r g e meas ur e me nt t echnolo g ies i n t he las t t hr ee decades, lots of r es ea rches we r e f ocus e d on s p ace cha r g es i n s olid dielect rics.The heat p r essi n g a nd a nneali n g condition of p ol y et h y le ne(P E)aff ect its mor p holo gy obviousl y.Duri n g t he heat p r essi n g,t he s urf ace of P E f or ms diff e r e nt s urf ace t o p o g ra p hies becaus e of diff e r e nt s ubs t rat e mat e rials.Surf ace t o p o g ra p h y has g r eat r elation t o t he e p it axial c r y s t allization la y e r a nd i nfl ue nces t he s p ace cha r g e cha ract e ris tic of P E dra maticall y.The f or mation p r ocess of diff e r e nt s urf ace t o p o g ra p hies a nd t hei r mic r o g ra p hic cha r2 act e rs i n low de nsit y p ol y et h y le ne(L D P E)was s t udie d i n t his p a p e r.P EA met hod was us e d t o mea2 s ur e t he s p ace cha r g e dis t ribution of s a m p les wit h diff e r e nt s urf ace t o p o g ra p hies a nd mor p holo g ies i n L D P E.It’s f ound out t hat t he va rie d s urf ace t o p o g ra p hies have diff e r e nt accumulation cha ract e ris tics of s p ace cha r g e. K e y words:s p ace cha r g e;p ol y et h y le ne;s urf ace t o p o g ra p h y;mic r o-mor p holo gy;p uls e d elect r o-acous tic (P EA) 1前言 聚乙烯由于其优异的绝缘性能和力学性能而在电气绝缘领域被广泛应用。聚乙烯材料的研究目前非常关注空间电荷问题,空间电荷问题已经成为制约高压电介质材料发展的重要问题。电介质材料中的空间电荷分布可以改变介质内部的局部电场分布,从而影响介质材料的电导和击穿等过程[1～3],影响材料的性能和寿命[4]。 聚乙烯的热压冷却条件显著影响聚乙烯的形态结构[5]。事实上,聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料,而形成不同的附生结晶(E p itaxial cr y stallization)层[6～8],而此附生层的形态对空间电荷特性有很大的影响。 附生结晶是一种物质在另一种物质(基底,Sub2 st rate)上的取向生长,实际上是一种表面诱导的取向结晶现象。研究聚合物在无机盐类离子上的附生结晶始于20世纪50年代后期,聚合物-聚合物间附生结 收稿日期:2008-06-25 基金项目:国家自然科学基金项目(NSFC50437030、NSFC50277023、NSFC50347010) 作者简介:王云杉(1983-),男,陕西人,博士研究生,研究方向为固体电介质的空间电荷特性及测量技术;周远翔(1966-),男,福建蒲田人,教授,博士生导师,从事高电压与绝缘技术的教学与科研工作,(电子信箱)zhou-y x@t sin g https://www.doczj.com/doc/23830479.html,。 空间电荷效应 半导体中的空间电荷及其相应的空间电荷效应是一个重要的基本概念。在半导体材料和器件中往往会遇到有关的问题，特别是在大电流时空间电荷可能起着决定性的作用。 （1）空间电荷： 存在于半导体内部局部区域的剩余电荷即为空间电荷。例如p-n结界面附近处的势垒区，其中就有空间电荷，并从在势垒区中产生出相应的内建电场。 空间电荷包含有电离的施主、受主杂质中心的电荷以及载流子（电子和空穴）的电荷。在载流子被内建电场驱赶出空间电荷区——耗尽的近似情况下，空间电荷就只是电离杂质中心的电荷；这时，对于n型半导体，空间电荷主要是电离施主中心的电荷（正电荷）；对于p型半导体，空间电荷则主要是电离受主中心的电荷（负电荷）。一般，空间电荷密度ρ为ρ= q(p-n+Nd-Na) 。 （2）空间电荷效应： 在偏压等外界作用下，在空间电荷区中，载流子的浓度可能超过或者少于其平衡载流子浓度。例如，对于n-p结，空间电荷区主要在p型一边（其中的空间电荷基本上都是电离受主的负电荷）；当加上正向电压时，即有大量电子注入、并通过空间电荷区，则这时在空间电荷区中的电子浓度将超过平衡电子浓度，有np>nopo=ni2；相反，当加上反向电压时，空间电荷区中的电场增强，驱赶载流子的作用更大，则这时在空间电荷区中的电子浓度将低于平衡电子浓度，有np 空间电荷区 编辑 空间电荷区 也称耗尽层.在PN结中,由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动,使PN结中间的部位(P区和N区交界面)产生一个很薄的电荷区,它就是空间电荷区. （1）当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的PN结。 （2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。 （3）P区一侧呈现负电荷，N区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。 （4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。 （5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结处于动态平衡 这是PN结的特性 在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性 2008年9月电工技术学报Vol.23 No. 9 第23卷第9期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Sep. 2008 固体电介质空间电荷研究进展 周远翔王宁华王云杉孙清华梁曦东关志成 （清华大学电机系电力系统国家重点实验室北京 100084） 摘要随着空间电荷测量技术在近30年的巨大进步，固体电介质空间电荷研究成为国际研究热点。本文论述了固体电介质空间电荷检测技术从有损发展到无损的过程，分析对比了目前应用较普遍的压力波法和电声脉冲法的原理及特点，介绍了国内空间电荷测量技术研究的发展特点。 在此基础上，从预电压效应、形态效应、空间电荷包现象、空间电荷的动态测量等方面论述了空间电荷效应对电介质电气性能的综合影响，对利用空间电荷进行固体电介质陷阱深度等性能参数的研究进行了探讨，强调了空间电荷在电介质材料的开发和评估中的重要作用以及不同应用领域对空间电荷特性的不同要求。指出空间电荷测量技术的进步为固体电介质的研究提供了新的有力手段，但仍需更多的深入研究，以完善电介质理论和促进空间电荷的工程应用。 关键词：空间电荷固体电介质预电压形态陷阱深度 中图分类号：TM215 Review of Research on Space Charge in Solid Dielectrics Zhou Yuanxiang Wang Ninghua Wang Yunshan Sun Qinghua Liang Xidong Guan Zhicheng （The State Key Laboratory of Power System Tsinghua University Beijing 100084 China） Abstract With great progress of space charge measurement technologies in the last three decades, lots of researches are focused on space charge in solid dielectrics. The space charge measurement technology for solid dielectrics has developed from destructive ways to non-destructive ways. Pressure wave propagation method and pulsed electro-acoustic method are two kinds of most popular methods nowadays. Theories and features of these two methods are compared and analyzed. Development of space charge measurement technologies in China is introduced. Based on above reviews, the influences of space charge effects on electrical properties are reviewed by prestressing effects, morphology effects, space charge phenomena and space charge dynamics, etc. Studies of some features of solid dielectrics by using space charge, such as trap depth, are discussed. The important role of space charge in developments and evaluations is emphasized. It’s also emphasized that different space charge characteristics are needed for applications in different areas. Progresss of space charge measurement technology provide new powerful ways for researches on solid dielectrics. However, more detail work should be carried out to improve dielectric theories and industrial applications of space charges. Keywords：Space charge, solid dielectrics, prestressing, morphology, trap depth 1引言 宏观固体物质通常可划分为一些相同的结构单元，一般来讲，每个结构单元应该是电中性的，如果在一个或多个这样的结构单元内正负电荷不能互相抵消，则多余的电荷称为相应位置上的空间电荷[1]。 空间电荷的存在、转移和消失会直接导致电介质内部电场分布的改变，对介质内部的局部电场起 教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-04-0095），国家自然科学基金（NSFC50437030、NSFC50277023、NSFC50347010）资助项目。收稿日期 2007-05-16 改稿日期 2007-11-29 北京市职住空间关系特征及变化研究——基于第五和六次人口普查和2001和2008年经济 普查数据的实证分析 张纯易成栋宋彦 【摘要】职住空间的不断分离成为全球大都市的发展趋势，并对城市的生产、生活、交通、资源和环境产生深远的影响。本文以北京作为计划经济向市场经济转型的大都市典型案例，运用第五次、六次人口普查分街道的居住人口数据，以及2001年基本单位普查和2008年经济普查分街道的就业人口数据，分析了北京居住空间关系、就业空间关系、职住空间关系的特征及其变化。分析结果显示从2001年到2010年，市区和郊区的居住密度都增加，并从中心向外递减，同时呈现出多中心化特征，近郊和远郊出现新的居住次中心；就业岗位分布向城市中心区的已有就业中心集中，近郊就业密度增长最慢，远郊就业次中心初步发育，但仍不足以形成多中心就业的格局；而就业-居住空间关系变化显示，城市中心区已有就业中心的JHB指数升高，近郊的JHB指数降低，反映了更多居民居住在郊区而到城市中心就业，职住错位进一步加剧；而一些远郊城区中心的JHB指数略有提高，反映了远郊就业次中心对周边地区一定的就业吸纳能力。北京的案例研究表明，在现阶段转型大城市居住不断分散的同时，就业却更加集中，呈现出居住在郊区、就业依然集中在城市中心这种不同于西方城市的职住错位模式。因此本研究不仅丰富了基于西方城市化背景下的职住错位理论和提供了新的实证案例，也为通过制定土地利用和交通政策来提升居民的就业可达性提供了政策依据。 【关键词】职住平衡；职住空间错位；可达性；北京 1.引言 城市职住关系是长期以来城市规划领域关注的话题，注重探讨居住单元和就业岗位在数量和类型上的匹配关系[1,2]。理想的职住关系状态是居住平衡（Job Housing Balance），即居住地和就业地之间的相互接近[1]，这也是城市居民、规划者和政策制定者共同追求的目标。然而，虽然人们有着追求职住“平衡”的良好愿景，全球范围内大都市普遍观察到现象的却是职住空间的不断分离，即职住错位（Job-Housing Mismatch）现象[3-5]。 职住错位的理论假设最初由John Kain于1968年提出，用来描述美国二战后，当企业不断从城市中心向城市郊区外迁的同时，由于住房隔离，非裔的低技术劳工仍然留在城市中心区的现象[6-8]。这导致了这些城市中心的黑人没办法接近体面的工作，这被认为进一步剥夺了有色人种的未来发展机会[9,10]。近年来的实证研究也不断证实了“职住错位”现象的存在。例如，美国的交通调查表明，在过去的三十年之中人们驾车出行的距离渐行渐远，其中以就业为目的的通勤是所有出行中距离最远的[11]。这种职住关系不平衡的变化趋势与美国城市二十世纪纳米复合介质中的陷阱分布与空间电荷机理
聚乙烯表面形貌对其空间电荷特性的影响
空间电荷
空间电荷区
固体电介质空间电荷研究进展
039北京市职住空间关系特征及变化研究——基于第五和六次人口普查和2001和2008年经济普查数据的实证分析
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