EP1399747A1 - Method for charging a structure comprising an insulating body - Google Patents

Method for charging a structure comprising an insulating body

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Publication number
EP1399747A1
EP1399747A1 EP02760363A EP02760363A EP1399747A1 EP 1399747 A1 EP1399747 A1 EP 1399747A1 EP 02760363 A EP02760363 A EP 02760363A EP 02760363 A EP02760363 A EP 02760363A EP 1399747 A1 EP1399747 A1 EP 1399747A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
potential
faraday cage
electrons
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02760363A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Janick Bigarre
Patrick Hourquebie
Jérôme MATALLANA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1399747A1 publication Critical patent/EP1399747A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/305—Contactless testing using electron beams

Definitions

  • the present invention relates to a method of charging a structure comprising an insulating body as well as a device for charging such a structure.
  • the control of the conditions of load of an insulating body ie the knowledge of the quantity of load and the distribution of the charges then makes it possible to study the phenomenon of decline in potential, from its origin, and the return of potential in time after discharge of the structure.
  • These studies make it possible to determine the electrical properties of the body such as the electronic mobility of the insulating material, its conductivity, its dielectric constant. Knowledge of these properties is essential to determine the suitability of new insulating materials for industrial use, for example in the field of capacitors, electric cables, semiconductors, electronic tubes for example.
  • the charge can be directly injected by the use of a high energy electron beam.
  • atson in document [4] was able to characterize the energy level of the traps in which the injected charges are found.
  • Coelho et al. In the patent document [8] have developed a device which makes it possible to measure the mobility of the charges injected into an insulating material. This technique is based on using the beam of an electron microscope to charge the sample.
  • Coelho in document [9] also proposed to use the electrostatic mirror method which is described in patent document [10] for a local study of the potential decline on films of a few tens of micrometers.
  • the effective energy of the beam decreases as the potential of the electrode increases.
  • the number of electrons actually remaining on the electrode depends directly on the energy of the beam. Consequently, the current of the electron beam can no longer be considered to be constant and can vary significantly during the injection until it is canceled out.
  • the initial conditions for the potential decline are therefore not precisely known.
  • the purpose of the charging method according to the invention is to overcome the drawbacks mentioned above so as to control the quantity and the load distribution at the end of the charge and therefore at the start of the potential decline.
  • the process which is the subject of the invention is a process for charging a structure formed by an insulating body sandwiched between two electrodes. It includes the following steps:
  • a Faraday cage is placed in contact with one of the electrodes of the structure, the other electrode being brought to a reference potential; - Electrons are introduced from a controlled electron emission device into the Faraday cage, the electrons reaching the electrode with which it is in contact, so as to charge the structure.
  • Faraday in a vacuum enclosure in particular to avoid recombination of electrons participating in the charge with ions of the atmosphere prevailing around the structure.
  • the potential of the electrode in contact with the Faraday cage can be measured.
  • the present invention also relates to a method for discharging a structure formed of an insulating body sandwiched between two electrodes having been previously charged by the preceding charging method, this discharging method comprising a step of short-circuiting the structure.
  • the potential of the electrode in contact with the Faraday cage can be measured over time after the complete discharge of the structure.
  • the present invention also relates to a device for charging a structure formed by an insulating body sandwiched between two electrodes, characterized in that it comprises a device for the controlled emission of electrons for injecting electrons into a cage. Faraday in contact with one of the electrodes of the structure, the other electrode being brought to a reference potential.
  • the device for the controlled emission of electrons it can be placed outside the enclosure.
  • the device may include a potential probe to measure, without contact, the potential of the electrode in contact with the Faraday cage.
  • the Faraday cage may have a solid side wall, a solid bottom in contact with the electrode of the structure and, opposite the bottom, a cover equipped with an opening to allow the passage of electrons from the controlled emission device. electron. It is preferable to provide a secondary electron detection device, to detect any secondary electrons emerging from the Faraday cage through the opening.
  • the height of the cage from the bottom to the cover is advantageously greater than each of its other dimensions to prevent the electrons from going up towards the diaphragm. This thus improves the trapping efficiency of the Faraday cage.
  • the surface occupied by the Faraday cage on the electrode is advantageously less than the surface of the electrode.
  • the charging device may be able to charge a structure in which the electrode in contact with the Faraday cage is coupled with a guard electrode, in this configuration it preferably includes means for bringing the guard electrode to the same potential that the electrode in contact with the Faraday cage.
  • a heating and / or cooling device can be provided to adjust the temperature in the vicinity of the structure.
  • the charging device can be adapted to ensure the discharge of the structure, in this configuration it includes means for short-circuiting the structure.
  • the short-circuiting means can make an electrical connection between the Faraday cage and the mass of the controlled emission device which corresponds to the reference potential.
  • the device can then include a device for measuring the current caused by the discharge of the structure.
  • FIG. 1 schematically shows a device for charging a structure formed of an insulating body sandwiched between two electrodes, according to the invention
  • FIG. 2 shows a section of a Faraday cage used in the device of Figure 1;
  • FIG. 3 shows the evolution of the potential of the first electrode as a function of the quantity of charges deposited on the electrode;
  • FIG. 4 shows the change in the quantity of electrons lost as a function of the potential of the first electrode;
  • FIG. 5 represents the evolution of the potential of the first electrode as a function of the decay time;
  • FIG. 6 represents the evolution of the rate of decline as a function of the time of decline;
  • Figure 1 schematically shows a charging device 10 of a structure 1 formed of an insulating body 2 sandwiched between a first electrode 3 and a second electrode 4.
  • the material of the insulating body 2 can be chosen from polymers , ceramics based on oxides, nitrides, borides, carbides for example, glasses, these materials being taken alone or in combination.
  • the insulating body 2 can be in the form of a thick block, a film or a thin layer, its thickness is chosen so as to obtain an electric field sufficient to inject charges into the insulator.
  • the electrodes 3, 4 can be metallic or semiconductor.
  • the structure can be produced by known techniques, for example, the insulating body can be obtained by molding, machining, pressing of granules, the electrodes can be produced by pressing, bonding, painting, by chemical vapor deposition, physical vapor deposition or others.
  • the structure 1 illustrated in FIG. 1 makes a planar capacitor but it could make a capacitor of more complex geometry, a wound capacitor for example.
  • the planar capacitor may include an additional electrode 17 called the guard electrode which is coupled to one of the electrodes. It is located on the same face of the insulating body 2 as the electrode with which it is coupled. Here the guard electrode surrounds the first electrode 3. This guard electrode 17 makes it possible to limit the edge effects.
  • the first electrode 3 of the structure 1 is in contact with a Faraday cage 9 which will be described in detail later with reference to FIG. 2.
  • the structure 1 and the Faraday cage 9 are, in the example described, placed inside an enclosure 5.
  • the structure 1 is located on a sample holder 8 in the enclosure 5.
  • the second electrode 4 rests on the sample holder 8, it is brought to a reference potential, generally the potential of the enclosure 5 which is the ground.
  • a potential measuring device 11 is provided for measuring the potential of the first electrode 3.
  • This device 11 can take the form of a potential probe which makes it possible to make a non-contact measurement of the surface potential of the first electrode 3
  • the potential probe 11 is located at near the first electrode 3.
  • a potential probe with vibrating capacitor is suitable.
  • the Faraday cage 9 cooperates with a controlled electron emission device 6.
  • This controlled electron emission device 6 is intended to produce an electron beam 7 controlled inside the Faraday cage 9.
  • the electron-controlled emission device 6 is located outside the enclosure 5. It is integral with it.
  • the electron beam 7 is injected into the enclosure 5 before reaching the Faraday cage 9.
  • the electron beam 7 is preferably focused to control the dimensions of the area bombarded by the electrons and its intensity is adjustable.
  • Faraday 9 can no longer come out of it by conventional broadcast. They are led by the conductive material from the Faraday cage 9 to the first electrode 3 with which it is in contact and can thus be distributed over the entire surface of the first electrode 3 and charge the structure 1.
  • the Faraday cage 9 traps the electrons and transmits them to structure 1 almost entirely. It is then easy to know the quantity of charges deposited on the first electrode 3 from the value of the current of the electron beam 7 and the injection time in the Faraday cage 9. If the electrons had bombarded directly the electrode 3, a non-negligible part of these would have been re-emitted in enclosure 5, this part would therefore not have participated in the charge of structure 1.
  • This device for the controlled emission of electrons 6 can be produced by a scanning electron microscope, a Castaing microprobe or any other assembly having an electronic gun. It is also preferable to provide a system for calibrating the electronic current and a system for controlling the time of emission of the electrons in the enclosure 5, these systems are not shown.
  • the maximum charge potential is only limited by the maximum energy of the electron beam 7 and by the maximum reading voltage of the potential probe 11.
  • Charging can be done instantaneously continuously or in the form of charge packets, the repetition frequency and the quantity of charges can be varied.
  • the enclosure 5 is a vacuum enclosure, which in particular makes it possible to avoid, once the charge is completed, combinations between the electrons and the ions found in the enclosure 5.
  • the Faraday cage 9 has a side wall 9-1, for example cylindrical, solid with on one side a solid bottom 9-2 intended to come into electrical contact with the first electrode 3 and on the other a cover 9-3 provided a 9-4 opening to let the electrons enter the Faraday cage.
  • the opening is small to prevent the electrons that have entered the Faraday cage from coming out.
  • Faraday's cage is metallic, it can be made from non-magnetic stainless steel for example.
  • the height H of the Faraday cage is greater than each of its other dimensions: length, width or diameter D in the case of a cylindrical shape as in FIG. 2.
  • the surface occupied by the Faraday cage 9 on the first electrode 3 is much smaller than that of the first electrode 3 so as to be negligible.
  • a device 13 for detecting a possible secondary emission It could be caused by electrons bombarding the cover at the opening 9-4 when the electron beam 7 is not sufficiently focused.
  • the detection device 13 can comprise a pierced plate 13-1 made of a conductive material and means 13-2 for measuring an electric current in this plate 13-1.
  • the plate 13-1 is arranged in the enclosure 5 so as to be crossed by the electron beam 7 and is located between the device for the controlled emission of electrons 6 and the Faraday cage 9.
  • a heating and / or cooling device 14 can be provided to adjust the temperature in the vicinity of the structure 1. It is then possible to carry out measurements at controlled temperature.
  • guard electrode 17 When using a guard electrode 17, it is brought to the same potential as the electrode with which it is coupled, here the first electrode 3 in contact with the Faraday cage. We establishes a zero electric field between them. Means 12 are provided so that they have the same potential. A voltage generator 12 delivers to the guard electrode 17 the same potential as that detected by the potential probe 11, it is connected to the guard electrode 17 and is controlled by the potential measured by the probe 11.
  • Measuring the evolution of the potential of the first electrode 3 makes it possible to determine the static capacity of the capacitor thus charged, the dielectric constant of the insulating material of the body 2 and the injection field.
  • the potential decline can be measured as a function of time using the potential probe 11.
  • the discharge can start when the potential of the first electrode 3 no longer changes.
  • the structure is discharged by shorting it.
  • the Faraday cage can be brought into contact with the mass of the enclosure 5 or of the electron-controlled emission device 6, which is equivalent.
  • the two electrodes of structure 1 are then substantially at the same potential.
  • the charging device can be equipped with means 16 for discharging the structure.
  • One can make an electrical connection 16-1 provided with a switch 16-2 to electrically connect the Faraday cage 9 with the mass of the controlled emission device 6 of electrons.
  • This switch 16-2 is in the open position during charging and in the closed position during discharge.
  • a resistor R and a current measuring device 16-3 can be placed in series with the switch 16-2 to measure, during this short-circuiting, the discharge current through the resistor R.
  • the variation of the potential over time, at the level of the first electrode 3, is measured using the potential probe 11, this variation reflecting the potential return of the structure 1.
  • Example 1 Loading of a polyethylene film and calculation of the static dielectric constant and of the injection field.
  • a 46 micrometer thick polyethylene film was obtained from pellets placed in a mold and hot pressed using an 80 mm diameter conductive plate which will serve as a second electrode. It is she who will be put in contact with the sample carrier. A sheet of Kapton was placed at the bottom of the mold so as to facilitate the release of the film. The other side of the film was metallized with gold over a diameter of 50 millimeters so as to form the first electrode which will carry the Faraday cage. A guard electrode was not produced. The film thus metallized was placed in an enclosure similar to that shown in FIG. 1. The electrons were deposited in packs of 5 nC.
  • FIG. 3 represents the evolution of the potential V as a function of the quantity of charges Qa deposited on the first electrode.
  • V Q d / C ⁇ 2 ⁇
  • the charging device therefore makes it possible to determine the static capacity of a capacitor from the law ⁇ 2 ⁇ since the quantity of electrons deposited Q is known with precision.
  • the value of the capacitance measured from the original slope is 871 pF which corresponds to a static dielectric constant of 2.31.
  • the slope is plotted in dotted lines while the variation curve is in solid line in Figure 3.
  • the injection potential Vi corresponds to the potential from which Q p is no longer zero.
  • the value of the field of injection Ei by the relation:
  • the evolution of the quantity of lost electrons Q p is represented as a function of the potential V of the first electrode.
  • the injection potential Vi is around 1200 V, which corresponds to an injection field E of 26 kV / mm.
  • the charging device according to the invention therefore makes it possible to determine the value of the injection field, a quantity which depends on the nature of the first electrode and of the insulating body.
  • Example 2 Measurement of the potential decline and calculation of the mobility of the charges and the conductivity depending on the field.
  • a 114 micrometer thick polyethylene film is used, obtained according to the procedure described in Example 1.
  • An electronic charge of 1 microCoulomb was deposited on the first electrode as in Example 1.
  • the decline in potential of the first electrode is then measured as a function of time.
  • FIG. 5 represents the evolution of the potential V as a function of the decay time t.
  • the rate of decline dV / dt is more often expressed as a function of time, in particular because it can make it possible to determine the transit time T of the charge injected from the first electrode to the second electrode.
  • dV / dt is considered constant as can be seen in Figure 6.
  • V ⁇ . E ⁇ 7 ⁇
  • h being the thickness of the polyethylene film
  • ⁇ 0 the intrinsic conductivity at zero field
  • ⁇ PF the Poole-Frenkel constant
  • k the Boltzman constant
  • T the temperature of the structure expressed in Kelvin.
  • A is a constant and h, the thickness of polyethylene film, is expressed in micrometers.
  • the conductivity of the insulating material of the film was estimated according to the relationship ⁇ l ⁇ . We can see that over a large part of the curve in Figure 7, Poole Frenkel's law is remarkably verified (the experimental slope is 0.07). Thus, in this zone, the variation of the intrinsic conductivity of the insulator is obtained as a function of the electric field applied to the structure.
  • Example 3 Measurement of potential return.
  • Figure 8 a representation of the potential return measured on a 120 micrometer polyethylene film obtained according to the process described in Example 1.
  • the structure of which is part of the film was initially brought to 2084 volts according to the charging process explained in example 1.
  • After a certain period of potential decline which brought the structure to a potential of 1565 volts (see example 2) we run -circuit the latter so as to cancel the potential of the upper electrode then we measure, with the potential probe, the new evolution of this potential as a function of time.
  • the advantage of the charging and discharging method thus described is that it makes it possible, from the same test, to determine the injection field of the loads and their mobility.
  • the initial parameters of the decline that is to say the quantity and the distribution of the charges, are perfectly controlled, which makes it possible to correctly use the measurements of decline and return of potential.
  • the charges being injected via an electrode it is possible to study an insulating body in a very thin layer.

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Abstract

The invention concerns a method for charging a structure (1) consisting of an insulating body (2) sandwiched between two electrodes (3, 4). Said method comprises the following steps: placing a Faraday cage (9) in contact with one of the electrodes (3) of the structure (1), the other electrode (4) being brought to a reference potential, introducing the electrodes from a controlled electron emitting device (6) in the Faraday cage (9), the electrons reaching the electrode (3) with which it is contacted, so as to charge the structure (1). The invention is useful in particular for determining the properties of insulating materials.

Description

PROCEDE DE CHARGE D'UNE STRUCTURE COMPORTANT UN CORPS ISOLANTMETHOD FOR LOADING A STRUCTURE COMPRISING AN INSULATING BODY
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL FIELD DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de charge d'une structure comportant un corps isolant ainsi qu'un dispositif de charge d'une telle structure. La maîtrise des conditions de charge d'un corps isolant, c'est à dire la connaissance de la quantité de charge et la répartition des charges permet ensuite d'étudier le phénomène de déclin du potentiel, dès son origine, et le retour de potentiel dans le temps après décharge de la structure. Ces études permettent de déterminer les propriétés électriques du corps telles que la mobilité électronique du matériau isolant, sa conductivité, sa constante diélectrique. La connaissance de ces propriétés est indispensable pour déterminer l'aptitude de nouveaux matériaux isolants à une utilisation industrielle par exemple dans le domaine des condensateurs, des câbles électriques, des semi-conducteurs, des tubes électroniques par exemple.The present invention relates to a method of charging a structure comprising an insulating body as well as a device for charging such a structure. The control of the conditions of load of an insulating body, ie the knowledge of the quantity of load and the distribution of the charges then makes it possible to study the phenomenon of decline in potential, from its origin, and the return of potential in time after discharge of the structure. These studies make it possible to determine the electrical properties of the body such as the electronic mobility of the insulating material, its conductivity, its dielectric constant. Knowledge of these properties is essential to determine the suitability of new insulating materials for industrial use, for example in the field of capacitors, electric cables, semiconductors, electronic tubes for example.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE L'état de l'art est illustré par les documents [1] à [12] listés en fin de description.STATE OF THE PRIOR ART The state of the art is illustrated by the documents [1] to [12] listed at the end of the description.
Dans le cadre de 1 ' étude du comportement des matériaux isolants soumis à des champs forts, la compréhension des phénomènes d'injection de charges dans le volume du matériau et des mécanismes de transport associés est essentielle. Pour caractériser ces propriétés transitoires, un grand nombre de travaux proposent de charger une face d'un échantillon de matériau isolant à un certain potentiel électrique puis de suivre l'évolution de ce potentiel au cours du temps. La décroissance observée, appelée « déclin de potentiel » , est un phénomène naturel mettant en jeu plusieurs processus physiques tels que l'injection de charges en volume, la polarisation ou la conduction comme décrit dans les documents [1] et [2] . Dans ce cas, il est particulièrement important de disposer d'un procédé permettant de parfaitement maîtriser les conditions initiales du déclin (quantité et nature des charges, répartition spatiale) de manière à correctement rendre compte de l'injection et de la mobilité des charges.As part of the study of the behavior of insulating materials subjected to strong fields, the understanding of charge injection phenomena in the volume of the material and the mechanisms of associated transportation is essential. To characterize these transient properties, a large number of works propose to charge a face with a sample of insulating material at a certain electrical potential and then to follow the evolution of this potential over time. The observed decrease, called "potential decline", is a natural phenomenon involving several physical processes such as the injection of charges in volume, polarization or conduction as described in documents [1] and [2]. In this case, it is particularly important to have a process allowing to perfectly master the initial conditions of the decline (quantity and nature of the charges, spatial distribution) so as to correctly account for the injection and the mobility of the charges.
Pour effectuer une expérience de déclin de potentiel, les échantillons doivent être préalablement chargés. On considère généralement que cette charge est initialement située au voisinage de la surface de l'échantillon. Le respect de cette condition est très critique dans le but d'étudier le déclin du potentiel dès son origine, c'est à dire pour un champ maximum. De ce fait, le temps de charge doit être quasi instantané au regard du temps de déclin. La mesure du potentiel s'effectue dans la plupart des cas à l'aide d'une sonde de potentiel asservie (mesure sans contacts) . Différentes techniques de mise en charge ont déjà été utilisées: par effet corona, par exemple décrite dans le document [3], par un faisceau d'électrons, par exemple décrite dans le document [4] ou par contact, par exemple décrite dans le document [5] .To carry out a potential decline experiment, the samples must be loaded beforehand. It is generally considered that this charge is initially located in the vicinity of the surface of the sample. Compliance with this condition is very critical in order to study the decline in potential from its origin, that is to say for a maximum field. Therefore, the charging time must be almost instantaneous with regard to the decay time. The measurement of the potential is carried out in most cases using a servo-controlled potential probe (measurement without contacts). Different charging techniques have already been used: by corona effect, for example described in document [3], by an electron beam, for example described in document [4] or by contact, for example described in document [5].
Les études menées à partir de décharges corona ont permis à Ieda et al., dans le document [6], puis à d'autres auteurs par la suite, par exemple dans le document [7] , de confirmer par des effets indirects l'existence d'une injection de charges dans le volume à champ électrique élevé. L'utilisation de l'effet corona est cependant délicate dans la mesure où elle fait intervenir de nombreux processus d' ionisation du gaz et de dépôt d'ions à la surface de l'échantillon. La nature de la charge déposée et sa répartition sont alors difficiles à contrôler. Seul le potentiel de surface peut être imposé avec précision sans garantie sur la nature et la répartition des charges. En effet, des combinaisons différentes de ces paramètres peuvent aboutir au même potentiel de surface. De plus, l'expérience se déroulant souvent en atmosphère ambiante, la recombinaison des charges de surface avec les ions de l'air contribue au déclin, ce qui complique l'exploitation de l'expérience.Studies carried out from corona discharges have enabled Ieda et al., In document [6], and then to other authors subsequently, for example in document [7], to confirm by indirect effects the existence of an injection of charges into the volume at high electric field. The use of the corona effect is however delicate insofar as it involves numerous processes of ionization of the gas and deposition of ions on the surface of the sample. The nature of the charge deposited and its distribution are therefore difficult to control. Only the surface potential can be imposed precisely without guarantee on the nature and distribution of the charges. Indeed, different combinations of these parameters can result in the same surface potential. In addition, since the experiment often takes place in an ambient atmosphere, the recombination of the surface charges with the air ions contributes to the decline, which complicates the operation of the experiment.
La charge peut directement être injectée par l'utilisation d'un faisceau électronique de forte énergie. Par ce type de technique, atson dans le document [4] a pu caractériser le niveau d'énergie des pièges dans lesquels se trouvent les charges injectées. Plus récemment, Coelho et al., dans le document de brevet [8] ont mis au point un dispositif qui permet de mesurer la mobilité des charges injectées dans un matériau isolant. Cette technique est basée sur l'utilisation du faisceau d'un microscope électronique pour charger l'échantillon. Coelho dans le document [9] a également proposé d'utiliser la méthode du miroir électrostatique qui est décrite dans le document de brevet [10] pour une étude locale du déclin de potentiel sur des films de quelques dizaines de micromètres.The charge can be directly injected by the use of a high energy electron beam. By this type of technique, atson in document [4] was able to characterize the energy level of the traps in which the injected charges are found. More recently, Coelho et al., In the patent document [8] have developed a device which makes it possible to measure the mobility of the charges injected into an insulating material. This technique is based on using the beam of an electron microscope to charge the sample. Coelho in document [9] also proposed to use the electrostatic mirror method which is described in patent document [10] for a local study of the potential decline on films of a few tens of micrometers.
L'utilisation d'un faisceau électronique permet de bien contrôler la quantité et le type de porteurs mis en jeu. Toutefois, la charge ne se trouve pas réellement en surface mais distribuée sur une épaisseur qui dépend fortement des conditions d'injection des électrons (énergie, courant, focalisation...). Cette épaisseur est difficile à maîtriser.The use of an electron beam makes it possible to properly control the quantity and the type of carriers involved. However, the charge is not really located on the surface but distributed over a thickness which strongly depends on the conditions of injection of the electrons ( energy, current, focus ...). This thickness is difficult to control.
De plus, la pénétration des électrons impose l'utilisation d'échantillons dont l'épaisseur est largement supérieure à la profondeur d'arrêt des électrons. Par conséquent, cette technique ne peut être appliquée pour l'étude de couches minces.In addition, the penetration of electrons requires the use of samples whose thickness is much greater than the stopping depth of the electrons. Therefore, this technique cannot be applied for the study of thin layers.
Enfin, une émission électronique secondaire trop élevée peut conduire a des répartitions complexes entre charges positives et négatives. L'utilisation de cette technique nécessite donc une connaissance approfondie des phénomènes de piégeage de charges dans les isolants, ce qui n'est pas toujours facile à appréhender.Finally, too high a secondary electronic emission can lead to complex distributions between positive and negative charges. The use of this technique therefore requires an in-depth knowledge of charge trapping phenomena in the insulators, which is not always easy to grasp.
Pour remédier au problème de la pénétration des électrons, il est possible d'injecter des charges par contact avec une électrode chargée (à l'aide d'un faisceau électronique ou d'un générateur de tension). La charge doit alors franchir une barrière énergétique avant de pénétrer dans le matériau. Il en résulte des déclins de potentiels plus lents comme le décrit le document [6] . Coelho, dans le document [11] , a proposé un modèle permettant de décrire ce phénomène. Cette technique présente l'avantage de prendre en compte l'influence de l'interface électrode isolant dans le processus d'injection. Cette configuration est plus représentative des applications électrotechniques. Elle permet également d'étudier des couches minces.To remedy the problem of electron penetration, it is possible to inject charges by contact with a charged electrode (using an electron beam or a voltage generator). The load must then cross an energy barrier before entering the material. This results in slower potential declines as described in document [6]. Coelho, in document [11], proposed a model allowing to describe this phenomenon. This technique has the advantage of taking into account the influence of the insulating electrode interface in the injection process. This configuration is more representative of electrotechnical applications. It also makes it possible to study thin layers.
Cependant, lorsque le faisceau électronique est directement dirigé sur l'électrode, l'énergie effective du faisceau diminue en fonction de l'augmentation du potentiel de l'électrode. Or, le nombre d'électrons restant effectivement sur l'électrode dépend directement de l'énergie du faisceau. Par conséquent, le courant du faisceau électronique ne peut plus être considéré comme constant et peut varier de façon importante au cours de l'injection jusqu'à s'annuler. Les conditions initiales du déclin de potentiel (quantité et répartition des charges) ne sont alors pas connues avec précision.However, when the electron beam is directed directly at the electrode, the effective energy of the beam decreases as the potential of the electrode increases. However, the number of electrons actually remaining on the electrode depends directly on the energy of the beam. Consequently, the current of the electron beam can no longer be considered to be constant and can vary significantly during the injection until it is canceled out. The initial conditions for the potential decline (quantity and distribution of charges) are therefore not precisely known.
Quel que soit le mode de mise sous charge utilisé, la quantité et la nature des charges déposées restent donc difficiles à maîtriser correctement. Cela fausse l'interprétation du déclin de potentiel et par conséquent la validité des modèles de transport associés .Whatever the loading method used, the quantity and nature of the charges deposited therefore remain difficult to control properly. This distorts the interpretation of potential decline and therefore the validity of the associated transport models.
EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
Le but du procédé de charge selon l'invention est de pallier les inconvénients cités précédemment de manière à maîtriser la quantité et la répartition des charges en fin de charge et donc au début du déclin de potentiel.The purpose of the charging method according to the invention is to overcome the drawbacks mentioned above so as to control the quantity and the load distribution at the end of the charge and therefore at the start of the potential decline.
Plus précisément le procédé objet de l'invention est un procédé de charge d'une structure formée d'un corps isolant pris en sandwich entre deux électrodes. Il comporte les étapes suivantes :More precisely, the process which is the subject of the invention is a process for charging a structure formed by an insulating body sandwiched between two electrodes. It includes the following steps:
- on place une cage de Faraday en contact avec l'une des électrodes de la structure, l'autre électrode étant portée à un potentiel de référence ; - on introduit des électrons provenant d'un dispositif d'émisssion contrôlée d'électrons dans la cage de Faraday, les électrons atteignant l'électrode avec laquelle elle est en contact, de manière à charger la structure. On peut placer la structure et la cage de- A Faraday cage is placed in contact with one of the electrodes of the structure, the other electrode being brought to a reference potential; - Electrons are introduced from a controlled electron emission device into the Faraday cage, the electrons reaching the electrode with which it is in contact, so as to charge the structure. We can place the structure and the cage
Faraday dans une enceinte sous vide pour notamment éviter des recombinaisons d'électrons participant à la charge avec des ions de 1 ' atmosphère régnant autour de la structure. Pendant la charge, on peut mesurer le potentiel de l'électrode en contact avec la cage de Faraday.Faraday in a vacuum enclosure in particular to avoid recombination of electrons participating in the charge with ions of the atmosphere prevailing around the structure. During charging, the potential of the electrode in contact with the Faraday cage can be measured.
Il est préférable de mesurer une éventuelle émission secondaire d'électrons au voisinage de la cage de Faraday pour s'assurer que tous les électrons émis par le dispositif d'émission contrôlée participent bien à la charge .It is preferable to measure a possible secondary emission of electrons in the vicinity of the Faraday cage to ensure that all the electrons emitted by the controlled emission device participate in the charge.
A l'issu de la charge, on peut mesurer dans le temps, le potentiel de l'électrode en contact avec la cage de Faraday, cette variation de potentiel traduisant un déclin de potentiel. La présente invention concerne également un procédé de décharge d'une structure formée d'un corps isolant pris en sandwich entre deux électrodes ayant été préalablement chargée par le procédé de charge précédant, ce procédé de décharge comportant une étape de mise en court-circuit de la structure.At the end of the charge, the potential of the electrode in contact with the Faraday cage can be measured over time, this variation in potential reflecting a decline in potential. The present invention also relates to a method for discharging a structure formed of an insulating body sandwiched between two electrodes having been previously charged by the preceding charging method, this discharging method comprising a step of short-circuiting the structure.
On peut, pour obtenir la décharge, porter la cage de Faraday au potentiel du dispositif d'émission contrôlée d'électrons, le potentiel de référence étant sensiblement celui du dispositif d' émission.To obtain the discharge, it is possible to bring the Faraday cage to the potential of the device for electronically controlled emission, the reference potential being substantially that of the emission device.
On peut mesurer un courant provoqué par la décharge pendant la mise en court-cicuit de la structure . On peut mesurer dans le temps le potentiel de l'électrode en contact avec la cage de Faraday après la décharge complète de la structure.One can measure a current caused by the discharge during the short-circuiting of the structure. The potential of the electrode in contact with the Faraday cage can be measured over time after the complete discharge of the structure.
La présente invention concerne également un dispositif de charge d'une structure formée d'un corps isolant pris en sandwich entre deux électrodes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'émission contrôlée d'électrons pour injecter des électrons dans une cage de Faraday en contact avec l'une des électrodes de la structure, l'autre électrode étant portée à un potentiel de référence.The present invention also relates to a device for charging a structure formed by an insulating body sandwiched between two electrodes, characterized in that it comprises a device for the controlled emission of electrons for injecting electrons into a cage. Faraday in contact with one of the electrodes of the structure, the other electrode being brought to a reference potential.
Il est préférable de placer la structure et la cage de Faraday à l'intérieur d'une enceinte sous vide .It is preferable to place the structure and the Faraday cage inside a vacuum enclosure.
Quant au dispositif d'émission contrôlée d'électrons, il peut être placé à l'extérieur de 1' enceinte . Le dispositif peut comporter une sonde de potentiel pour mesurer, sans contact, le potentiel de l'électrode en contact avec la cage de Faraday.As for the device for the controlled emission of electrons, it can be placed outside the enclosure. The device may include a potential probe to measure, without contact, the potential of the electrode in contact with the Faraday cage.
La cage de Faraday peut comporter une paroi latérale pleine, un fond plein en contact avec l'électrode de la structure et à l'opposé du fond un couvercle équipé d'une ouverture pour laisser passer les électrons en provenance du dispositif d'émission contrôlée d'électrons. II est préférable de prévoir un dispositif de détection d'électrons secondaires, pour détecter d'éventuels électrons secondaires ressortant de la cage de Faraday par l'ouverture.The Faraday cage may have a solid side wall, a solid bottom in contact with the electrode of the structure and, opposite the bottom, a cover equipped with an opening to allow the passage of electrons from the controlled emission device. electron. It is preferable to provide a secondary electron detection device, to detect any secondary electrons emerging from the Faraday cage through the opening.
La hauteur de la cage depuis le fond jusqu'au couvercle est avantageusement supérieure à chacune de ses autres dimensions pour éviter que les électrons ne remontent vers le diaphragme .On améliore ainsi l'efficacité de piégeage de la cage de Faraday.The height of the cage from the bottom to the cover is advantageously greater than each of its other dimensions to prevent the electrons from going up towards the diaphragm. This thus improves the trapping efficiency of the Faraday cage.
La surface occupée par la cage de Faraday sur l'électrode est avantageusement inférieure à la surface de l'électrode .The surface occupied by the Faraday cage on the electrode is advantageously less than the surface of the electrode.
Le dispositif de charge peut être apte à charger une structure dans laquelle l'électrode en contact avec la cage de Faraday est couplée avec une électrode de garde, dans cette configuration il comporte de préférence, des moyens pour porter l'électrode de garde au même potentiel que l'électrode en contact avec la cage de Faraday.The charging device may be able to charge a structure in which the electrode in contact with the Faraday cage is coupled with a guard electrode, in this configuration it preferably includes means for bringing the guard electrode to the same potential that the electrode in contact with the Faraday cage.
Un dispositif chauffant et/ou refroidissant peut être prévu pour ajuster la température au voisinage de la structure. Le dispositif de charge peut être adapté pour assurer la décharge de la structure, dans cette configuration il comporte des moyens de mise en court- circuit de la structure. Les moyens de mise en court-circuit peuvent réaliser une liaison électrique entre la cage de Faraday et la masse du dispositif d'émission contrôlée qui correspond au potentiel de référence.A heating and / or cooling device can be provided to adjust the temperature in the vicinity of the structure. The charging device can be adapted to ensure the discharge of the structure, in this configuration it includes means for short-circuiting the structure. The short-circuiting means can make an electrical connection between the Faraday cage and the mass of the controlled emission device which corresponds to the reference potential.
Le dispositif peut alors comporter un dispositif de mesure du courant provoqué par la décharge de la structure .The device can then include a device for measuring the current caused by the discharge of the structure.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of examples of embodiments given, purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif de charge d'une structure formée d'un corps isolant pris en sandwich entre deux électrodes, conforme à l'invention ;- Figure 1 schematically shows a device for charging a structure formed of an insulating body sandwiched between two electrodes, according to the invention;
- la figure 2 représente une coupe d'une cage de Faraday employée dans le dispositif de la figure 1 ; la figure 3 montre l'évolution du potentiel de la première électrode en fonction de la quantité de charges déposée sur l'électrode ; la figure 4 montre l'évolution de la quantité d'électrons perdus en fonction du potentiel de la première électrode ; la figure 5 représente l'évolution du potentiel de la première électrode en fonction du temps de déclin ; la figure 6 représente l'évolution du taux de déclin en fonction du temps de déclin ;- Figure 2 shows a section of a Faraday cage used in the device of Figure 1; FIG. 3 shows the evolution of the potential of the first electrode as a function of the quantity of charges deposited on the electrode; FIG. 4 shows the change in the quantity of electrons lost as a function of the potential of the first electrode; FIG. 5 represents the evolution of the potential of the first electrode as a function of the decay time; FIG. 6 represents the evolution of the rate of decline as a function of the time of decline;
- la figure 7 représente en échelle semi- logarithmique, la conductivité du matériau isolant de la structure en fonction de la racine carrée du potentiel de la première électrode ; - la figure 8 représente l'évolution du potentiel après mise en court-circuit de la structure.- Figure 7 shows in semi-logarithmic scale, the conductivity of the insulating material of the structure as a function of the square root of the potential of the first electrode; - Figure 8 shows the evolution of the potential after short-circuiting the structure.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
La figure 1 montre de manière schématique un dispositif de charge 10 d'une structure 1 formée d'un corps isolant 2 pris en sandwich entre une première électrode 3 et une seconde électrode 4. Le matériau du corps isolant 2 peut être choisi parmi les polymères, les céramiques à base d'oxydes, de nitrures, de borures, de carbures par exemple, les verres, ces matériaux étant pris seuls ou en combinaison. Le corps isolant 2 peut se présenter sous la forme d'un bloc épais, d'un film ou d'une couche mince, son épaisseur est choisie de manière à obtenir un champ électrique suffisant pour injecter des charges dans l'isolant. Les électrodes 3, 4 peuvent être métalliques ou semi- conductrices .Figure 1 schematically shows a charging device 10 of a structure 1 formed of an insulating body 2 sandwiched between a first electrode 3 and a second electrode 4. The material of the insulating body 2 can be chosen from polymers , ceramics based on oxides, nitrides, borides, carbides for example, glasses, these materials being taken alone or in combination. The insulating body 2 can be in the form of a thick block, a film or a thin layer, its thickness is chosen so as to obtain an electric field sufficient to inject charges into the insulator. The electrodes 3, 4 can be metallic or semiconductor.
La structure peut être réalisée par des techniques connues, par exemple, le corps isolant peut être obtenu par moulage, usinage, pressage de granulés, les électrodes peuvent être réalisées par pressage, collage, peinture, par dépôt chimique en phase vapeur, par dépôt physique en phase vapeur ou autres.The structure can be produced by known techniques, for example, the insulating body can be obtained by molding, machining, pressing of granules, the electrodes can be produced by pressing, bonding, painting, by chemical vapor deposition, physical vapor deposition or others.
La structure 1 illustrée sur la figure 1 réalise un condensateur plan mais elle pourrait réaliser un condensateur de géométrie plus complexe, un condensateur bobiné par exemple . Le condensateur plan peut comporter une électrode supplémentaire 17 dite électrode de garde qui est couplée à l'une des électrodes. Elle est située sur la même face du corps isolant 2 que l'électrode avec laquelle elle est couplée. Ici l'électrode de garde entoure la première électrode 3. Cette électrode de garde 17 permet de limiter les effets de bord.The structure 1 illustrated in FIG. 1 makes a planar capacitor but it could make a capacitor of more complex geometry, a wound capacitor for example. The planar capacitor may include an additional electrode 17 called the guard electrode which is coupled to one of the electrodes. It is located on the same face of the insulating body 2 as the electrode with which it is coupled. Here the guard electrode surrounds the first electrode 3. This guard electrode 17 makes it possible to limit the edge effects.
La première électrode 3 de la structure 1 est en contact avec une cage de Faraday 9 qui va être décrite en détails ultérieurement en se référant à la figure 2.The first electrode 3 of the structure 1 is in contact with a Faraday cage 9 which will be described in detail later with reference to FIG. 2.
La structure 1 et la cage de Faraday 9 sont, dans l'exemple décrit, placées à l'intérieur d'une enceinte 5. La structure 1 se trouve sur un porte échantillon 8 dans l'enceinte 5. La seconde électrode 4 repose sur le porte échantillon 8, elle est portée à un potentiel de référence, généralement le potentiel de l'enceinte 5 qui est la masse. Un dispositif de mesure de potentiel 11 est prévu pour mesurer le potentiel de la première électrode 3. Ce dispositif 11 peut prendre la forme d'une sonde de potentiel qui permet de faire une mesure sans contact, du potentiel de surface de la première électrode 3. La sonde de potentiel 11 se trouve à proximité de la première électrode 3. Une sonde de potentiel à condensateur vibrant convient.The structure 1 and the Faraday cage 9 are, in the example described, placed inside an enclosure 5. The structure 1 is located on a sample holder 8 in the enclosure 5. The second electrode 4 rests on the sample holder 8, it is brought to a reference potential, generally the potential of the enclosure 5 which is the ground. A potential measuring device 11 is provided for measuring the potential of the first electrode 3. This device 11 can take the form of a potential probe which makes it possible to make a non-contact measurement of the surface potential of the first electrode 3 The potential probe 11 is located at near the first electrode 3. A potential probe with vibrating capacitor is suitable.
La cage de Faraday 9 coopère avec un dispositif d'émission contrôlée d'électrons 6. Ce dispositif d'émission contrôlée d'électrons 6 est destiné à produire un faisceau d'électrons 7 contrôlé à l'intérieur de la cage de Faraday 9. Dans l'exemple, le dispositif d'émission contrôlée d'électrons 6 se trouve à l'extérieur de l'enceinte 5. Il en est solidaire. Le faisceau d'électrons 7 est injecté dans l'enceinte 5 avant d'atteindre la cage de Faraday 9. Le faisceau d'électrons 7 est, de préférence, focalisé pour maîtriser les dimensions de la zone bombardée par les électrons et son intensité est réglable. Les électrons 7 introduits dans la cage deThe Faraday cage 9 cooperates with a controlled electron emission device 6. This controlled electron emission device 6 is intended to produce an electron beam 7 controlled inside the Faraday cage 9. In the example, the electron-controlled emission device 6 is located outside the enclosure 5. It is integral with it. The electron beam 7 is injected into the enclosure 5 before reaching the Faraday cage 9. The electron beam 7 is preferably focused to control the dimensions of the area bombarded by the electrons and its intensity is adjustable. The 7 electrons introduced into the cage
Faraday 9 ne peuvent plus en ressortir par émission classique. Ils sont conduits par le matériau conducteur de la cage de Faraday 9 vers la première électrode 3 avec laquelle elle est en contact et peuvent ainsi se répartir sur toute la surface de la première électrode 3 et charger la structure 1. La cage de Faraday 9 piège les électrons et les transmet à la structure 1 pratiquement en totalité. Il est alors aisé de connaître la quantité de charges déposées sur la première électrode 3 à partir de la valeur du courant du faisceau d'électron 7 et du temps d'injection dans la cage de Faraday 9. Si les électrons avaient bombardé directement l'électrode 3, une partie non négligeable de ceux-ci aurait été réémise dans l'enceinte 5, cette partie n'aurait donc pas participé à la charge de la structure 1. Ce dispositif d'émission contrôlée d'électrons 6 peut être réalisé par un microscope électronique à balayage, une microsonde de Castaing ou tout autre montage disposant d'un canon électronique. II est également préférable de prévoir un système de calibration du courant électronique et un système de commande du temps d'émission des électrons dans l'enceinte 5, ces systèmes ne sont pas représentés.Faraday 9 can no longer come out of it by conventional broadcast. They are led by the conductive material from the Faraday cage 9 to the first electrode 3 with which it is in contact and can thus be distributed over the entire surface of the first electrode 3 and charge the structure 1. The Faraday cage 9 traps the electrons and transmits them to structure 1 almost entirely. It is then easy to know the quantity of charges deposited on the first electrode 3 from the value of the current of the electron beam 7 and the injection time in the Faraday cage 9. If the electrons had bombarded directly the electrode 3, a non-negligible part of these would have been re-emitted in enclosure 5, this part would therefore not have participated in the charge of structure 1. This device for the controlled emission of electrons 6 can be produced by a scanning electron microscope, a Castaing microprobe or any other assembly having an electronic gun. It is also preferable to provide a system for calibrating the electronic current and a system for controlling the time of emission of the electrons in the enclosure 5, these systems are not shown.
Le potentiel maximal de charge est seulement limité par l'énergie maximale du faisceau d'électrons 7 et par la tension maximale de lecture de la sonde de potentiel 11.The maximum charge potential is only limited by the maximum energy of the electron beam 7 and by the maximum reading voltage of the potential probe 11.
La charge peut se faire de manière instantanée en continu ou sous la forme de paquets de charges dont on peut faire varier la fréquence de répétition et la quantité de charges.Charging can be done instantaneously continuously or in the form of charge packets, the repetition frequency and the quantity of charges can be varied.
L'enceinte 5 est une enceinte à vide, ce qui permet notamment d'éviter, une fois la charge terminée, des combinaisons entre les électrons et des ions se trouvant dans l'enceinte 5.The enclosure 5 is a vacuum enclosure, which in particular makes it possible to avoid, once the charge is completed, combinations between the electrons and the ions found in the enclosure 5.
On va voir maintenant la structure de la cage de Faraday 9 en se référant à la figure 2.We will now see the structure of the Faraday 9 cage with reference to Figure 2.
La cage de Faraday 9 comporte une paroi latérale 9-1, par exemple cylindrique, pleine avec d'un côté un fond 9-2 plein destiné à venir contact électrique avec la première électrode 3 et de l'autre un couvercle 9-3 muni d'une ouverture 9-4 pour laisser les électrons pénétrer dans la cage de Faraday. L'ouverture est de faibles dimensions pour éviter que les électrons qui ont pénétré dans la cage de Faraday n'en ressortent. La cage de Faraday est métallique, elle peut être réalisée à base d'acier inoxydable non magnétique par exemple.The Faraday cage 9 has a side wall 9-1, for example cylindrical, solid with on one side a solid bottom 9-2 intended to come into electrical contact with the first electrode 3 and on the other a cover 9-3 provided a 9-4 opening to let the electrons enter the Faraday cage. The opening is small to prevent the electrons that have entered the Faraday cage from coming out. Faraday's cage is metallic, it can be made from non-magnetic stainless steel for example.
De préférence la hauteur H de la cage de Faraday est supérieure à chacune de ses autres dimensions : longueur, largeur ou diamètre D dans le cas d'une forme cylindrique comme sur la figure 2.Preferably the height H of the Faraday cage is greater than each of its other dimensions: length, width or diameter D in the case of a cylindrical shape as in FIG. 2.
La surface occupée par la cage de Faraday 9 sur la première électrode 3 est nettement inférieure à celle de la première électrode 3 de manière à être négligeable.The surface occupied by the Faraday cage 9 on the first electrode 3 is much smaller than that of the first electrode 3 so as to be negligible.
Il est préférable de prévoir dans l'enceinte 5, un dispositif 13 de détection d'une éventuelle émission secondaire. Elle pourrait être provoquée par des électrons bombardant le couvercle au niveau de l'ouverture 9-4 lorsque le faisceau d'électrons 7 n'est pas suffisamment focalisé. Le dispositif de détection 13 peut comporter une plaque percée 13-1 en matériau conducteur et des moyens de mesure 13-2 d'un courant électrique dans cette plaque 13-1. La plaque 13-1 est disposée dans l'enceinte 5 de manière à être traversée par le faisceau d'électrons 7 et est située entre le dispositif d'émission contrôlée d'électrons 6 et la cage de Faraday 9.It is preferable to provide in enclosure 5, a device 13 for detecting a possible secondary emission. It could be caused by electrons bombarding the cover at the opening 9-4 when the electron beam 7 is not sufficiently focused. The detection device 13 can comprise a pierced plate 13-1 made of a conductive material and means 13-2 for measuring an electric current in this plate 13-1. The plate 13-1 is arranged in the enclosure 5 so as to be crossed by the electron beam 7 and is located between the device for the controlled emission of electrons 6 and the Faraday cage 9.
Un dispositif chauffant et/ou refroidissant 14 peut être prévu pour ajuster la température au voisinage de la structure 1. On peut alors effectuer des mesures à température contrôlée.A heating and / or cooling device 14 can be provided to adjust the temperature in the vicinity of the structure 1. It is then possible to carry out measurements at controlled temperature.
Lors de l'utilisation d'une électrode de garde 17, on la porte au même potentiel que l'électrode avec laquelle elle est couplée, ici la première électrode 3 en contact avec la cage de Faraday. On établit un champ électrique nul entre elles. On prévoit des moyens 12 pour qu'elles aient le même potentiel. Un générateur de tension 12 délivre à l'électrode de garde 17 le même potentiel que celui relevé par la sonde de potentiel 11, il est relié à l'électrode de garde 17 et est asservi au potentiel mesuré par la sonde 11.When using a guard electrode 17, it is brought to the same potential as the electrode with which it is coupled, here the first electrode 3 in contact with the Faraday cage. We establishes a zero electric field between them. Means 12 are provided so that they have the same potential. A voltage generator 12 delivers to the guard electrode 17 the same potential as that detected by the potential probe 11, it is connected to the guard electrode 17 and is controlled by the potential measured by the probe 11.
La mesure de l'évolution du potentiel de la première électrode 3 permet de déterminer la capacité statique du condensateur ainsi chargé, la constante diélectrique du matériau isolant du corps 2 et le champ d' injection.Measuring the evolution of the potential of the first electrode 3 makes it possible to determine the static capacity of the capacitor thus charged, the dielectric constant of the insulating material of the body 2 and the injection field.
A l'issu de la charge, on peut mesurer le déclin de potentiel en fonction du temps à l'aide de la sonde de potentiel 11.At the end of the load, the potential decline can be measured as a function of time using the potential probe 11.
Ces mesures peuvent conduire à la détermination de la mobilité des charges dans le corps diélectrique 2 et à la conductivité intrinsèque du matériau diélectrique en fonction du champ électrique auquel il est soumis.These measurements can lead to the determination of the mobility of the charges in the dielectric body 2 and to the intrinsic conductivity of the dielectric material as a function of the electric field to which it is subjected.
Lors de l'étude des propriétés électriques de telles structures, il est classique d'observer la réapparition d'un potentiel sur la structure préalablement chargée puis court-circuitée . Ce phénomène est appelé « retour de potentiel ». On peut être amené à décharger la structure 1 pour déterminer la densité de charge et la profondeur des charges dans le corps diélectrique 2.When studying the electrical properties of such structures, it is conventional to observe the reappearance of a potential on the structure previously charged and then short-circuited. This phenomenon is called "potential return". It may be necessary to unload the structure 1 to determine the charge density and the depth of the charges in the dielectric body 2.
La décharge peut débuter lorsque le potentiel de la première électrode 3 n'évolue plus. La structure est déchargée en la mettant en court-circuit. Pour cela, on peut mettre en contact la cage de Faraday avec la masse de l'enceinte 5 ou du dispositif d'émission contrôlée d'électrons 6 ce qui est équivalent . Les deux électrodes de la structure 1 sont alors sensiblement au même potentiel. Le dispositif de charge peut être équipé de moyens de décharge 16 de la structure. On peut réaliser une connexion électrique 16-1 munie d'un interrupteur 16-2 pour relier électriquement la cage de Faraday 9 avec la masse du dispositif d'émission contrôlée 6 d'électrons. Cet interrupteur 16-2 est en position ouverte lors de la charge et en position fermée lors de la décharge. On peut placer une résistance R et un dispositif de mesure de courant 16-3 en série avec l'interrupteur 16-2 pour mesurer, lors de cette mise en court-circuit, le courant de décharge à travers la résistance R.The discharge can start when the potential of the first electrode 3 no longer changes. The structure is discharged by shorting it. For this, the Faraday cage can be brought into contact with the mass of the enclosure 5 or of the electron-controlled emission device 6, which is equivalent. The two electrodes of structure 1 are then substantially at the same potential. The charging device can be equipped with means 16 for discharging the structure. One can make an electrical connection 16-1 provided with a switch 16-2 to electrically connect the Faraday cage 9 with the mass of the controlled emission device 6 of electrons. This switch 16-2 is in the open position during charging and in the closed position during discharge. A resistor R and a current measuring device 16-3 can be placed in series with the switch 16-2 to measure, during this short-circuiting, the discharge current through the resistor R.
Après la décharge complète de la structure 1, on mesure à l'aide de la sonde de potentiel 11, la variation du potentiel dans le temps, au niveau de la première électrode 3, cette variation traduisant le retour de potentiel de la structure 1.After the complete discharge of the structure 1, the variation of the potential over time, at the level of the first electrode 3, is measured using the potential probe 11, this variation reflecting the potential return of the structure 1.
On va maintenant étudier trois échantillons mis en charge avec le procédé selon l'invention.We will now study three samples loaded with the method according to the invention.
Exemple 1: Mise en charge d' un film de polyethylene et calcul de la constante diélectrique statique et du champ d' injection .Example 1: Loading of a polyethylene film and calculation of the static dielectric constant and of the injection field.
Un film de polyethylene de 46 micromètres d'épaisseur a été obtenu à partir de granulés mis dans un moule et pressés à chaud à l'aide d'une plaque conductrice de diamètre 80 mm qui servira de seconde électrode. C'est elle qui sera mise en contact avec le porte échantillon. Une feuille de Kapton a été placée au fond du moule de manière à faciliter le décollage du film. L'autre face du film a été métallisée à l'or sur un diamètre de 50 millimètres de manière à former la première électrode qui va porter la cage de Faraday. Il n'a pas été réalisé d'électrode de garde. Le film ainsi métallisé a été placé dans une enceinte similaire à cette représentée à la figure 1. Les électrons ont été déposés par paquets de 5 nC. La figure 3 représente l'évolution du potentiel V en fonction de la quantité de charges Qa déposées sur la première électrode.A 46 micrometer thick polyethylene film was obtained from pellets placed in a mold and hot pressed using an 80 mm diameter conductive plate which will serve as a second electrode. It is she who will be put in contact with the sample carrier. A sheet of Kapton was placed at the bottom of the mold so as to facilitate the release of the film. The other side of the film was metallized with gold over a diameter of 50 millimeters so as to form the first electrode which will carry the Faraday cage. A guard electrode was not produced. The film thus metallized was placed in an enclosure similar to that shown in FIG. 1. The electrons were deposited in packs of 5 nC. FIG. 3 represents the evolution of the potential V as a function of the quantity of charges Qa deposited on the first electrode.
Pour interpréter cette mesure, on suppose que la surface de la première électrode est très nettement supérieure à la surface de la cage de Faraday et que ces deux éléments sont équipotentiels . Si on considère que les électrons déposés dans la cage de Faraday restent au niveau de la première électrode, son potentiel V, mesuré par la sonde de potentiel, en fonction de la quantité d'électrons déposés Q suit la loi de la capacité:To interpret this measurement, it is assumed that the surface of the first electrode is very much greater than the surface of the Faraday cage and that these two elements are equipotential. If we consider that the electrons deposited in the Faraday cage remain at the level of the first electrode, its potential V, measured by the potential probe, as a function of the quantity of electrons deposited Q follows the law of capacity:
V=Qd/C {2}V = Q d / C {2}
Le dispositif de charge selon l'invention permet donc de déterminer la capacité statique d'un condensateur à partir de la loi {2} puisque la quantité d'électrons déposée Q est connue avec précision. Dans cet exemple, la valeur de la capacité mesurée à partir de la pente à l'origine est de 871 pF ce qui correspond à une constante diélectrique statique de 2,31. La pente est tracée en traits pointillés tandis que la courbe de variation est en trait plein sur la figure 3. Lorsque le champ électrique devient fort, une partie Qp des électrons est perdue. Le potentiel V croît alors moins vite. On peut considérer que les électrons sont injectés à travers l'interface première électrode film diélectrique. Il est possible de déterminer Qp, en utilisant la loi suivante:The charging device according to the invention therefore makes it possible to determine the static capacity of a capacitor from the law {2} since the quantity of electrons deposited Q is known with precision. In this example, the value of the capacitance measured from the original slope is 871 pF which corresponds to a static dielectric constant of 2.31. The slope is plotted in dotted lines while the variation curve is in solid line in Figure 3. When the electric field becomes strong, part Q p of the electrons is lost. The potential V then grows less quickly. We can consider that the electrons are injected through the first electrode dielectric film interface. It is possible to determine Q p , using the following law:
QP = Qd - Qc {3} avecQ P = Qd - Qc {3} with
Qd : la quantité d'électrons déposés, Qc : la quantité d'électrons nécessaire pour obtenir un potentiel V à partir de la relation {2}. Soit:Qd: the quantity of electrons deposited, Q c : the quantity of electrons necessary to obtain a potential V from the relation {2}. Is:
Qc = C . V {4}Qc = C. V {4}
Le potentiel d'injection Vi correspond au potentiel à partir duquel Qp n'est plus nulle. Dans le cas de l'utilisation d'un condensateur plan, on peut facilement en déduire la valeur du champ d'injection Ei par la relation:The injection potential Vi corresponds to the potential from which Q p is no longer zero. In the case of the use of a planar capacitor, one can easily deduce from it the value of the field of injection Ei by the relation:
Ei = Vi / h {5} dans laquelle h est l'épaisseur du film de polyethylene.Ei = Vi / h {5} in which h is the thickness of the polyethylene film.
Sur la figure 4, on a représenté l'évolution de la quantité d'électrons perdus Qp en fonction du potentiel V de la première électrode. Le potentiel d'injection Vi est d'environ 1200 V ce qui correspond à un champ d'injection E de 26 kV/mm. Le dispositif de charge selon l'invention permet donc de déterminer la valeur du champ d'injection, grandeur qui dépend de la nature de la première électrode et du corps isolant. Exemple 2: Mesure du décl in de potentiel et cal cul de la mobil i té des charges et de la conductivi té en fonction du champ .In FIG. 4, the evolution of the quantity of lost electrons Q p is represented as a function of the potential V of the first electrode. The injection potential Vi is around 1200 V, which corresponds to an injection field E of 26 kV / mm. The charging device according to the invention therefore makes it possible to determine the value of the injection field, a quantity which depends on the nature of the first electrode and of the insulating body. Example 2: Measurement of the potential decline and calculation of the mobility of the charges and the conductivity depending on the field.
On utilise un film de polyethylene de 114 micromètre d'épaisseur, obtenu suivant la procédure décrite dans l'exemple 1. Une charge électronique de 1 microCoulomb a été déposée sur la première électrode comme dans l'exemple 1. A la fin de la phase d'injection, on connaît parfaitement la quantité de charge restant à la surface de l'électrode et celle qui a été perdue par conduction lors de l'injection. On mesure alors le déclin du potentiel de la première électrode en fonction du temps.A 114 micrometer thick polyethylene film is used, obtained according to the procedure described in Example 1. An electronic charge of 1 microCoulomb was deposited on the first electrode as in Example 1. At the end of the phase injection, we fully know the amount of charge remaining on the surface of the electrode and that which was lost by conduction during the injection. The decline in potential of the first electrode is then measured as a function of time.
La figure 5 représente l'évolution du potentiel V en fonction du temps de déclin t. On exprime plus souvent le taux de déclin dV/dt en fonction du temps, notamment parce qu'il peut permettre de déterminer le temps de transit T de la charge injectée depuis la première électrode à la seconde électrode. Pendant le transit, dV/dt est considéré constant comme on peut le remarquer sur la figure 6. Au delà de Tt, le taux de déclin chute rapidement. Il est alors possible de calculer la vitesse moyenne v des charges injectées pendant le transit en utilisant la relation suivante: v= h/Tt {6} Or, la mobilité des charges μ est définie par la relation:FIG. 5 represents the evolution of the potential V as a function of the decay time t. The rate of decline dV / dt is more often expressed as a function of time, in particular because it can make it possible to determine the transit time T of the charge injected from the first electrode to the second electrode. During transit, dV / dt is considered constant as can be seen in Figure 6. Beyond T t , the rate of decline drops rapidly. It is then possible to calculate the average speed v of the charges injected during the transit using the following relation: v = h / T t {6} Now, the mobility of the charges μ is defined by the relation:
V = μ . E {7}V = μ. E {7}
On peut donc en déduire facilement la mobilité moyenne μ à partir de la vitesse moyenne v et du champ moyen durant le transit. μ=h/(Tt .1) {8} Dans l'exemple 2, le champ moyen E pendant le transit est de 20 kV/mm et le temps de transit Tt est de 2300 secondes. La mobilité moyenne μ calculée à partir de la relation {8} est alors de 2, 5.10"16 m2/V. s . Pour accéder à la conductivité intrinsèque en fonction du champ, nous proposons ici une approche qui consiste à considérer la structure comme un condensateur se déchargeant dans sa résistance de fuite. Soit le temps de relaxation τ = ε/σ avec ε la constante diélectrique du film isolant et σ sa conductivité, si τ était constant, le déclin serait exponentiel; mais comme la conductivité σ varie comme le champ électrique, τ augmente pendant la décharge. Le potentiel V de la première électrode obéit à l'équation différentielle suivante : dV/dt = - V/ τ {9} d'où l'on exprime la conductivité intrinsèque du matériau isolant: σ = - ε/V. (dV/dt) {lθ}We can therefore easily deduce the average mobility μ from the average speed v and the average field during transit. μ = h / (T t .1) {8} In Example 2, the average field E during transit is 20 kV / mm and the transit time T t is 2300 seconds. The average mobility μ calculated from the relation {8} is then 2, 5.10 "16 m 2 / V. S. To access the intrinsic conductivity as a function of the field, we propose here an approach which consists in considering the structure like a capacitor discharging in its leakage resistance. Let the relaxation time τ = ε / σ with ε be the dielectric constant of the insulating film and σ its conductivity, if τ were constant, the decline would be exponential; but as the conductivity σ varies like the electric field, τ increases during the discharge. The potential V of the first electrode obeys the following differential equation: dV / dt = - V / τ {9} from which we express the intrinsic conductivity of the insulating material : σ = - ε / V. (dV / dt) {lθ}
On peut tracer les variations de la conductivité en fonction de la tension, ce qui montre que l'enregistrement du déclin contient la même information qu'une courbe de courant en fonction de la tension classique, nettement plus laborieuse à obtenir.We can trace the variations of the conductivity as a function of the voltage, which shows that the recording of the decline contains the same information as a current curve as a function of the conventional voltage, much more laborious to obtain.
On doit cependant se poser la question de la validité de cette approche. Pour cela, on compare la conductivité expérimentale avec celle que prévoit le modèle de Poole-Frenkel :However, the question of the validity of this approach must be asked. For this, we compare the experimental conductivity with that predicted by the Poole-Frenkel model:
h étant l'épaisseur du film de polyethylene, σ0 la conductivité intrinsèque à champ nul, βPF la constante de Poole-Frenkel, k la constante de Boltzman et T la température de la structure exprimée en Kelvin. h being the thickness of the polyethylene film, σ 0 the intrinsic conductivity at zero field, β PF the Poole-Frenkel constant, k the Boltzman constant and T the temperature of the structure expressed in Kelvin.
Dans le cas du polyethylene dont la constante diélectrique relative est de 2.3, l'expression précédente peut se transformer en:In the case of polyethylene whose relative dielectric constant is 2.3, the preceding expression can be transformed into:
Log10σ(V) ≈ A ++ °0°'',888Jl.fe!— {12}Log 10 σ (V) ≈ A + + ° 0 ° '', 88 8Jl.fe! - {12}
où A est une constante et h, l'épaisseur de film de polyethylene, est exprimée en micromètres.where A is a constant and h, the thickness of polyethylene film, is expressed in micrometers.
Le modèle est confirmé si la courbe σ(V) en fonction de la racine carrée du potentiel V en coordonnées semi- logarithmiques contient une zone linéaire de pente voisine de 0,8/h1/2. La courbe est illustrée sur la figure 7. Dans le cas de notre exemple, cette pente théorique vaut 0,075.The model is confirmed if the curve σ (V) as a function of the square root of the potential V in semi-logarithmic coordinates contains a linear zone with a slope close to 0.8 / h 1/2 . The curve is illustrated in FIG. 7. In the case of our example, this theoretical slope is equal to 0.075.
La conductivité du matériau isolant du film a été estimée selon la relation {lθ}. On peut constater que sur une grande partie de la courbe de la figure 7, la loi de Poole Frenkel est remarquablement vérifiée (la pente expérimentale vaut 0,07). Ainsi, dans cette zone, on obtient la variation de la conductivité intrinsèque de l'isolant en fonction du champ électrique appliqué à la structure.The conductivity of the insulating material of the film was estimated according to the relationship {lθ}. We can see that over a large part of the curve in Figure 7, Poole Frenkel's law is remarkably verified (the experimental slope is 0.07). Thus, in this zone, the variation of the intrinsic conductivity of the insulator is obtained as a function of the electric field applied to the structure.
Exemple 3 : Mesure du retour de potentiel . Nous donnons sur la figure 8 une représentation du retour de potentiel mesuré sur un film de polyethylene de 120 micromètres obtenu suivant le procédé décrit dans l'exemple 1. La structure dont fait partie le film a été initialement portée à 2084 volts selon le procédé de charge explicité dans l'exemple 1. Après une certaine durée de déclin de potentiel qui a porté la structure à un potentiel de 1565 volts (voir exemple 2) , on court-circuite cette dernière de manière à annuler le potentiel de l'électrode supérieure puis on mesure, avec la sonde de potentiel, la nouvelle évolution de ce potentiel en fonction du temps. Dans le document [12] , il est décrit en détail l'approche théorique de ce phénomène de retour de potentiel. En considérant que les charges sont réparties dans un plan à une profondeur initiale λ, il est proposé de calculer la densité de charge q et la profondeur initiale des charges λ à l'aide des formules suivantes : v0 + v„ q = ε {13} hExample 3: Measurement of potential return. We give in Figure 8 a representation of the potential return measured on a 120 micrometer polyethylene film obtained according to the process described in Example 1. The structure of which is part of the film was initially brought to 2084 volts according to the charging process explained in example 1. After a certain period of potential decline which brought the structure to a potential of 1565 volts (see example 2), we run -circuit the latter so as to cancel the potential of the upper electrode then we measure, with the potential probe, the new evolution of this potential as a function of time. In document [12], the theoretical approach to this phenomenon of potential return is described in detail. Considering that the charges are distributed in a plane at an initial depth λ, it is proposed to calculate the charge density q and the initial depth of charges λ using the following formulas: v 0 + v „q = ε { 13} h
Avec : h: épaisseur du film isolant ε: constante diélectrique du film isolant V0 : potentiel avant mise en court-circuit V∞ : potentiel stabilisé après un temps de retour infini. Dans le cas de l'exemple 3, on obtient: q=0, 00026 Cm"2 et λ = 0,6 10"6 m.With: h: thickness of the insulating film ε: dielectric constant of the insulating film V 0 : potential before short-circuiting V ∞ : potential stabilized after an infinite return time. In the case of Example 3, we obtain: q = 0, 00026 Cm "2 and λ = 0.6 10 " 6 m.
L'avantage du procédé de charge et de décharge ainsi décrit est qu'il permet, à partir d'un même essai, de déterminer le champ d'injection des charges et leur mobilité. De plus, les paramètres initiaux du déclin, c'est à dire la quantité et la répartition des charges, sont parfaitement maîtrisés, ce qui permet d'exploiter correctement les mesures de déclin et de retour de potentiel. Enfin, les charges étant injectées par l'intermédiaire d'une électrode, il est possible d'étudier un corps isolant en couche très mince .The advantage of the charging and discharging method thus described is that it makes it possible, from the same test, to determine the injection field of the loads and their mobility. In addition, the initial parameters of the decline, that is to say the quantity and the distribution of the charges, are perfectly controlled, which makes it possible to correctly use the measurements of decline and return of potential. Finally, the charges being injected via an electrode, it is possible to study an insulating body in a very thin layer.
Bien qu'un mode de réalisation de la présente invention ait été représenté et décrit de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.Although an embodiment of the present invention has been shown and described in detail, it will be understood that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de charge d'une structure (1) formée d'un corps isolant (2) pris en sandwich entre deux électrodes (3, 4), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : on place une cage de Faraday (9) en contact avec l'une des électrodes (3) de la structure (1) , l'autre électrode (4) étant portée à un potentiel de référence ; on introduit des électrons provenant d'un dispositif d'emisssion contrôlée (6) d'électrons dans la cage de Faraday (9) , les électrons atteignant l'électrode (3) avec laquelle elle est en contact, de manière à charger la structure (1) .1. A method of charging a structure (1) formed of an insulating body (2) sandwiched between two electrodes (3, 4), characterized in that it comprises the following steps: a Faraday cage is placed (9) in contact with one of the electrodes (3) of the structure (1), the other electrode (4) being brought to a reference potential; electrons are introduced from a controlled emitting device (6) of electrons into the Faraday cage (9), the electrons reaching the electrode (3) with which it is in contact, so as to charge the structure (1).
2. Procédé de charge selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on place la structure (1) et la cage de Faraday (9) dans une enceinte (5) sous vide.2. A charging method according to claim 1, characterized in that the structure (1) and the Faraday cage (9) are placed in an enclosure (5) under vacuum.
3. Procédé de charge selon 1 ' une des revendication 1, caractérisé en ce que pendant la charge, on mesure le potentiel de l'électrode (3) en contact avec la cage de Faraday (9) .3. A charging method according to one of claim 1, characterized in that during charging, the potential of the electrode (3) in contact with the Faraday cage (9) is measured.
4. Procédé de charge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mesure une éventuelle émission secondaire d'électrons au voisinage de la cage de Faraday (9) . 4. Charging method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a possible secondary emission of electrons is measured in the vicinity of the Faraday cage (9).
5. Procédé de charge selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'issu de la charge, on mesure dans le temps, le potentiel de l'électrode (3) en contact avec la cage de Faraday (9), ce potentiel traduisant un déclin de potentiel.5. A charging method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at the end of the charge, the potential of the electrode (3) in contact with the Faraday cage is measured over time. (9), this potential reflecting a decline in potential.
6. Procédé de décharge d'une structure (1), formée d'un corps isolant (2) pris en sandwich entre deux électrodes (3, 4), ayant été préalablement chargée par le procédé de charge selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mise en court-circuit de la structure (1) .6. Method for discharging a structure (1), formed of an insulating body (2) sandwiched between two electrodes (3, 4), having been previously charged by the charging method according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a step of short-circuiting the structure (1).
7. Procédé de décharge selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on on porte la cage de Faraday (9) au potentiel du dispositif d'émission contrôlée (6) d'électrons, le potentiel de référence étant sensiblement celui du dispositif d'émission contrôlée (6) d'électrons.7. A discharge method according to claim 6, characterized in that the Faraday cage (9) is brought to the potential of the controlled emission device (6) of electrons, the reference potential being substantially that of the device d 'controlled emission (6) of electrons.
8. Procédé de décharge selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'on mesure un courant provoqué par la décharge pendant la mise en court-cicuit de la structure (1) .8. Discharge method according to one of claims 6 or 7, characterized in that a current caused by the discharge is measured during the short-circuiting of the structure (1).
9. Procédé de décharge selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on mesure dans le temps le potentiel de l'électrode (3) en contact avec la cage de Faraday (9) après la décharge complète de la structure (1) . 9. Discharge method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the potential of the electrode (3) in contact with the Faraday cage (9) is measured over time after the complete discharge of the structure (1).
10. Dispositif de charge d'une structure (1) formée d'un corps isolant (2) pris en sandwich entre deux électrodes (3, 4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'émission contrôlée (6) d'électrons pour injecter des électrons dans une cage de Faraday (9) en contact avec l'une (3) des électrodes de la structure (1), l'autre électrode (4) étant portée à un potentiel de référence.10. Device for charging a structure (1) formed of an insulating body (2) sandwiched between two electrodes (3, 4), characterized in that it comprises a controlled emission device (6) d electrons to inject electrons into a Faraday cage (9) in contact with one (3) of the electrodes of the structure (1), the other electrode (4) being brought to a reference potential.
11. Dispositif de charge selon la revendication 10, caractérisé en ce que la structure (1) et la cage de Faraday (9) sont placées à l'intérieur d'une enceinte étanche (5).11. Charging device according to claim 10, characterized in that the structure (1) and the Faraday cage (9) are placed inside a sealed enclosure (5).
12. Dispositif de charge selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif d'émission contrôlée (6) d'électrons est placé à l'extérieur de l'enceinte (5).12. Charging device according to claim 11, characterized in that the controlled emission device (6) of electrons is placed outside the enclosure (5).
13. Dispositif de charge selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde de potentiel (11) pour mesurer, sans contact, le potentiel de l'électrode (3) en contact avec la cage de Faraday (9) .13. Charging device according to one of claims 10 to 12, characterized in that it comprises a potential probe (11) for measuring, without contact, the potential of the electrode (3) in contact with the cage. Faraday (9).
14. Dispositif de charge selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la cage de Faraday (9) comporte une paroi latérale pleine ((9- 1), un fond (9-2) plein en contact avec l'électrode (3) de la structure (1) et à l'opposé du fond (9-2) un couvercle (9-3) équipé d'une ouverture (9-4) pour laisser passer les électrons.14. Charging device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the Faraday cage (9) has a solid side wall ((9-1), a solid bottom (9-2) in contact with the 'electrode (3) of the structure (1) and opposite the bottom (9-2) a cover (9-3) equipped with an opening (9-4) to let the electrons pass.
15. Dispositif de charge selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détection d'électrons secondaires (13), pour détecter d'éventuels électrons secondaires ressortant de la cage de Faraday (9) par l'ouverture (9-4) .15. Charging device according to claim 14, characterized in that it includes a secondary electron detection device (13), for detecting possible secondary electrons emerging from the Faraday cage (9) through the opening ( 9-4).
16. Dispositif de charge selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que la hauteur (H) de la cage de Faraday (9) depuis le fond16. Charging device according to one of claims 14 or 15, characterized in that the height (H) of the Faraday cage (9) from the bottom
(9-2) jusqu'au couvercle (9-3) est supérieure à chacune de ses autres dimensions.(9-2) up to the cover (9-3) is greater than each of its other dimensions.
17. Dispositif de charge selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que la surface occupée par la cage de Faraday (9) sur l'électrode (3) est inférieure à la surface de l' électrode (3) .17. Charging device according to one of claims 10 to 16, characterized in that the surface occupied by the Faraday cage (9) on the electrode (3) is less than the surface of the electrode (3).
18. Dispositif de charge selon l'une des revendications 10 à 17, apte à charger une structure (1) dans laquelle l'électrode (3) en contact avec la cage de Faraday (9) est couplée avec une électrode de garde (12), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens18. Charging device according to one of claims 10 to 17, capable of charging a structure (1) in which the electrode (3) in contact with the Faraday cage (9) is coupled with a guard electrode (12 ), characterized in that it includes means
(15) pour porter l'électrode de garde au même potentiel que l'électrode (3) en contact avec la cage de Faraday (9) . (15) to bring the guard electrode to the same potential as the electrode (3) in contact with the Faraday cage (9).
19. Dispositif de charge selon l'une des revendications 10 à 18, caractésisé en ce qu'il comporte un dispositif chauffant et/ou refroidissant (14) pour ajuster la température au voisinage de la structure (1) .19. Charging device according to one of claims 10 to 18, characterized in that it comprises a heating and / or cooling device (14) for adjusting the temperature in the vicinity of the structure (1).
20. Dispositif de charge selon l'une des revendications 10 à 19, caractérisé en ce qu'il est adapté pour assurer la décharge de la structure (1) et en ce qu'il comporte des moyens (16) de mise en court- circuit de la structure (1) .20. Charging device according to one of claims 10 to 19, characterized in that it is adapted to ensure the discharge of the structure (1) and in that it comprises means (16) for placing in short- structure circuit (1).
21. Dispositif de charge selon la revendication 20, caractérisé en ce que les moyens de mise en court-circuit (16) , réalisent une liaison électrique (16-1) entre la cage de Faraday (9) et la masse du dispositif d'émission contrôlée (6) d'électrons qui correspond au potentiel de référence.21. Charging device according to claim 20, characterized in that the short-circuiting means (16) produce an electrical connection (16-1) between the Faraday cage (9) and the mass of the device. controlled emission (6) of electrons which corresponds to the reference potential.
22. Dispositif de charge selon l'une des revendications 20 ou 21, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (16) de mesure du courant provoqué par la décharge de la structure . 22. Charging device according to one of claims 20 or 21, characterized in that it comprises a device (16) for measuring the current caused by the discharge of the structure.
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