[工学]Dielectric-1temp介电性.pdf

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[工学]Dielectric-1temp介电性

材料的介电性质 电介质及其极化 交变电场下的电介质(介质损耗) 电介质在电场中的破坏 压电性 铁电性 主要参考资料 [1] 田莳主编《材料物理性能》北京航空航天大学出版社2004 [2] 方俊鑫、陆栋主编《固体物理学(下)》上海科学技术出版社1981 [3] 钟维烈著《铁电体物理学》科学出版社2000 [4] 郑州大学,蔡彬《材料物理性能》课件 引言 电介质:在电场作用下,能建立极化的一切物质。通常是指电阻 率大于 1010Ω·cm 的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电 学性能的物质。 陶瓷电介质的主要应用:电子电路中的电容元件、电绝缘体、谐 振器。某些具有特殊性能的材料,如:具有压电效应、铁电效应、热 释电效应等特殊功能的电介质材料在电声、电光等技术领域有着广泛 的应用前景。 电介质的主要性能参数:介电常数、介电损耗因子、介电强度。 按相对介电常数进行分类: (1)高介电常数:大容量电容器,微波通信领域,如近年来出现的 汽车电话、卫星通信,储能器件 (2 )低介电常数:降低集成电路漏电电流,降低导线间电容效应, 降低集成电路发热 高介电常数应用领域 微波领域:介质陶瓷是指在 300MHz~300GHz 的微波频率范围内具 有极好介电性能的陶瓷材料。 • 高的介电常数,ε 在20~l00 之间,稳定性好 r -6 • 在−50~+100 ℃温区,频率温度系数要小,保证其在30×10 /℃ 以内 • 在微波频段,介质损耗小,tg -4 δ≤ 10 ,品质因数高,Q ≥ 1000 电容领域 • 用于制作陶瓷电容器的材料介电常数越大,电容量越高 • 当相同容量时,电容器的体积便可以做得更小 总之,要求电容器陶瓷材料的相对介电常数越高越好。 低介电常数应用领域 低介电常数材料或称low-K 材料是当前半导体行业研究的热门话 题。传统半导体使用 SiO2 作为介电材料,介电常数约为4 。目前低介 电常数材料的研究还是同高分子材料密切相关的。在未来几年集成电 路应用中,介电常数将为2.7~3.1 。 • 随着线宽不断减小,低介电常数材料在超大规模集成电路中的应用 逐渐成为半导体集成电路一个重要分支。 • 在集成电路工艺中,有着极好热稳定性、抗湿性的 SiO2 一直是主 要绝缘材料。而金属铝则是芯片中电路互联导线的主要材料。当器件 尺寸250 nm时,克服阻容迟滞而引起的信号传播延迟、线间干扰以 及功率耗散等,就成为集成电路工艺技术发展不可回避的课题。 • 铜的电阻率比铝的电阻率低约40% ,因而用铜线替代传统的铝线就 成为集成电路工艺发展的必然方向。同时,低介电常数材料替代传统 绝缘材料SiO2 也成为集成电路工艺发展的又一必然选择。 常用电介质相对介电常数 §1 电介质及其极化 一、电容与电介质 电容定义为使导体升高单位电势所需的电量。 孤立导体的电荷Q ∝导体的电势U Q/U=C 孤立导体球的电容C=4πεR 0 R :导体球半径,ε :真空介电常数 0 单位:法拉(F )、微法拉(μF )、皮法拉(pF )

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