Depolarization behaviour of solution-grown thin polyvinylchloride films

Abstract

Thermally stimulated discharge (TSD) current behaviour of polyvinylchloride (PVC) films grown by the isothermal immersion technique has been studied as a function of film thickness (1000 to 7500 Å), polarizing field (3000 to 10000 V/cm) and iodine doping concentration (0.5 to 0.9 per 100 cm3 solution of PVC). Polarized PVC films exhibit TSD with both peak current and total charge being linearly proportional to the film thickness and the polarizing field. These observations suggest dipolar behaviour of PVC. The TSD peak above room temperature corresponds to an activation energy of about 0.67 eV and a relaxation time of about 1.4 × 104 s at 300° K which is attributed to the molecular motion of dipoles. On doping with iodine, the unpolarized films show TSD which decrease rapidly to zero with increasing polarizing field and increasing temperature. Further, the TSD peak current and total stored charge increase with increasing iodine concentration. The activation energy for molecular motion decreases down to 0.17 eV and then increases with increasing iodine concentration above 0.9 g/100cm3 of solvent. These results and also the results of EPR studies on iodine doped PVC films indicate that iodine is either located interstitially or trapped between the folded chains, and forms charge complexes. The charge complexes may be formed with iodine accepting an electron from a monomer or transferring an electron from one monomer to another. The electrostatic interactions between the charge complexes can explain the observed polarization behaviour of iodine doped PVC films. Das Verhalten thermisch stimulierter Entladungsströme (TSD) von Polyvinylchlorid (PVC)-Schichten, die mit der isothermen Immersionstechnik gezüchtet wurden, wurde in Abhängigkeit von der Schichtdicke (1000 bis 7500 Å), dem Polarisationsfeld (3000 bis 10000 V/cm) und der Jod-Dotierungskonzentration (0,5 bis 0,9 g/100 cm3 Lösung von PVC) untersucht. Die polarisierten PVC-Schichten zeigen TSD, wobei sowohl das Strommaximum als auch die Gesamtladung linear proportional zur Schichtdicke und dem Polarisationsfeld sind. Diese Beobachtungen weisen auf ein Dipolverhalten von PVC hin. Das TSD-Maximum oberhalb Zimmertemperatur entspricht einer Aktivierungsenergie von etwa 0,67 eV und einer Relaxationszeit von etwa 1,4 × 104 s bei 300° K, die der molekularen Bewegung der Dipole zugeordnet wird. Nach der Dotierung mit Jod zeigen die unpolarisierten Schichten TSD, die schnell auf Null abnehmen mit steigendem Polarisationsfeld und steigender Temperatur. Zusätzlich nimmt das TSD-Strommaximum und die gesamte gespeicherte Ladung mit steigender Jodkonzentrationzu. Die Aktivierungsenergie für molekulare Bewegung geht auf 0,17 eV zurück und steigt dann mit zunehmender Jodkonzentration oberhalb 0,9 g pro 100 cm3 der Lösung. Diese Ergebnisse und auch die Ergebnisse von EPR-Untersuchungen an Jod-dotierten PVC-Schichten zeigen, daß Jod entweder auf Zwischengitterplatz lokalisiert ist oder zwischen den gefalteten Ketten eingefangen ist und Ladungskomplexe bildet. Der Ladungskomplex kann gebildet werden, indem Jod ein Elektron von einem Monomer einfängt oder ein Elektron von einem Monomer zu einem anderen transferiert. Die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Ladungskomplexen können das beobachtete Polarisationsverhalten der Jod-dotierten PVC-Schichten erklären.