Electrical field-effect of polyvinylidenefluoride (PVF₂)

Summary

By means of modified field-effect measurements the properties of space charge distribution in polymers at the polymer-metal interface have been investigated. In general, these properties are due to excess charge and/or dipole orientation. The superposition of both effects is investigated in PVF₂ (phase-II) in order to show whether the conformational PVF₂ properties in the crystalline or in the noncrystalline regions control the space charge distribution. In the temperature region 60 °C <T < 90 °C and for times greater than 60 sec the space charge properties are significant influenced by additional dipole relaxations which result from the beginning chain mobility within the crystallites of PVF₂. In the time interval 1 sec <t < 60 sec charge carrier injection at the PVF₂-gold contact can be described by the Richardson-Schottky theory. Based on this theory, a plot of reduced current versus reduced field is presented displaying all experimental data obtained at various temperatures and field-strength on a single curve. No clear distinction can be given in this case between bulk-limited and electrode-limited processes.

Zusammenfassung

Die Raumladungseigenschaften an einem Polymer-Metall-Kontakt lassen sich mit Hilfe von modifizierten Feldeffekt-Messungen untersuchen. Im allgemeinen werden diese Eigenschaften durch Excess-Ladungsträger und/oder Orientierung von Dipolen bestimmt. Die Überlagerungen beider Effekte werden am Beispiel von PVF₂ (α-Modifikation) untersucht, um zu zeigen, inwieweit die Raumladungseigenschaften durch die Eigenschaften kristalliner oder nichtkristalliner Bereiche kontrolliert werden. Im Temperaturbereich 60–90 °C (t > 60 sec) werden die elektrischen Eigenschaften von PVF₂ zusätzlich durch die beginnende Kettenbeweglichkeit in den Kristalliten beeinflußt. Der Mechanismus der Ladungsträgerinjektion läßt sich im Zeitintervall 1 sec <t < 60 sec mit Hilfe der Richardson-Schottky Theorie beschreiben. Die Annahme eines Richardson-Schottky Mechanismus wird durch die Auftragung reduzierter Ströme in Abhängigkeit reduzierter Feldstärken gestützt, wobei alle experimentellen Daten für verschiedene Temperaturen und Feldstärken auf einer Geraden zusammenfallen. Eine klare Trennung zwischen volumen- und elektrodenkontrollierten Prozessen kann anhand unserer Ergebnisse nicht gemacht werden.