第一原理計算及び分子動力学計算による有機絶縁材料への電荷注入シミュレーシヨン

摘要

本稿では、第一原理計算、分子動力学計算、動的モンテ力ルロ計算によって電荷注入に関係するミクロな物理量を求めることで絶縁材料への電荷注入に適用できそうなモデルを検討した。その結果、電荷ホッピングサイト間距離が電荷注入障壁の厚みと比べて小さいこと、およびサイトェネルギー乱れが電荷注入障壁の1/10程度であるにも関わらず注入電流に与える影響が大きいことから、乱れた系へのホッビングを介した電荷注入モデルが最も適当であることがわかった。乱れた系へのホッピングを介した電荷注入モデルを用いてPE，PET,PS,PTFEへの注入電流を求めた結果、PEはバンドギヤップが大きく、大きな双極子をもつ官能基を分子内に持たないことからサイトのエネルギー乱れが小さいため、実用的な電界領域(＜500kV/mm)では、不純物や化学的欠陥を含まないような「理想的な」PE材料に電荷が注入されないことがわかった。また、このことからPEへの電荷注入にはPEのバンドギヤップ内の不純物準位および、不純物によるサイトエネルギー乱れの増大によって促進されていることが示唆された。また、非晶と結晶が混在する系における電荷注入が電極と非晶領域の界面で起きることがわかった。