介电材料最终版课件.pptVIP

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通常所说的电现象都是以材料中存在的电子、离子和空穴等载流子在电场作用下产生长程迁移而形成的。与此不同，存在另一类材料，即所谓的介电材料，它们是绝缘体，并不存在其中载流子在电场作用下的长程迁移，但仍然有电现象。这种电现象的产生，是因为材料中也存在荷电粒子，尽管这些荷电粒子被束缚在固定的位置上，但可以发生微小移动。这种微小移动起因于材料中束缚的电荷，在电场作用下，正负束缚的电荷重心不再重合，从而引起电极化，如此将电荷作用传递开来。

介电材料又称电介质，是以电极化为特征的材料，是电的绝缘材料。分类：气体、液体、固体三大类。气体：天然电介质：空气非极性电介质：N,He,O,H,CH等2224极性电介质：HCl,NO液体：非极性：苯，CCl4极性：乙醇，水固体：非极性：金刚石、硫磺，聚四氟乙烯极性：晶体，聚氯乙烯

u介电材料具有很高的电阻系数，主要的应用是作为电的绝缘体与电容器。u绝缘体：用来隔绝电荷在电路中的传导，如高压输电方面用的陶瓷碍子（bell）u电容器：用来储存从电路中接收到的电荷的电子元件。

1、在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的极化。单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是一个矢量，用P表示，其单位为C/m2。表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数，用ε表示，无量纲。

电极化：在电场作用下分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象在电场作用下，介电材料产生电偶极矩μ

u材料中原子核外电子云畸变产生的电子极化；u分子中正、负离子相对位移造成的离子极化;u分子固有电矩在外电场作用下转动导致的转向极化。

介电材料本身不荷电荷，但将其置于电场中，在其体积内部和表面会感应出一定量的电荷。这种现象称作电极化现象。这种极化现象可以分为4类，如右图所示。电子极化：任何材料都是由原

离子极化：离子化合物是由正负离子按照一定堆积方式形成的，正负离子之间依靠静电引力形成离子键。离子晶体中，正负离子没有平动和转动，只有振动，粒子间距离虽有微动，但其方向和大小都是随机的。因此，整体上正电和负电重心是重合在一起的，保持电中性。在电场作用下，正、负离子分别沿着不同电场方向取向，趋向于与外电场一致的方向，产生的极化称作离子极化。

极化强度P：介电材料的极化强度是单位体积内电偶极矩的矢量和极化效应的大小通常用单位体积内的电偶极矩或其介质表面的极化电荷密度来衡量，称作电极化强度P，相应电场强度为E，那么有：P=αE式中α定义为介电晶体的电极化率，决定于介电物质的本质。电极化率可以分解为电子极化率α、离子极化率α、偶极极化率α，总极eideid

这3种极化作用并非在任何类型的介电材料中都等额地存在。在一种类型的材料中，往往只有一种或二种极化起主导地位。一般说来，电子极化存在于一切类型的固体物质中，离子极化主要存在于离子晶体中，偶极极化主要存在于具有永久偶极的物质中，空间极化则主要存在于那些结构非理想的、内部可以发生某种长程电荷迁移的介电物质中。例如氯化钠晶体中存在阴离子空位时，阳离子可以优先向负极方向迁移，因此在电极-NaCl界面处建立了一个双电层。当然，这类效应显著时，则形成了导体或快离子导体，而不再是介电质了。另外，上述4种极化率的大小程度也不相同，一般大小次序为：eid

介电常数：表征介质在外电场作用下极化程度的物理量，介电常数代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强。用ε表示，其单位是F·m-1介电常数的大小：用于衡量绝缘体储存电能的性能.它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容量之比。

08.85×10-12F/m动态介电常数实际上，介电常数并不是一个不变的数，在不同的条件下，其介电常数也不相同。在交变电场作用下，介质的介电常数是复数，虚数部分反映了介质的损耗）。

介电损耗在交变电场中，在每秒内，每立方米电介质消耗的能量称介电损耗。击穿电压电介质承受的电压超过一定值后，就丧失了电介质的绝缘性，这个电压叫做击穿电压。

1.4高介电常数材料和低介电常数材料介电常数k比SiN(k7)大的材料称为高介电常数材34料，而其k值比SiO（k3.9）小的材料称为低介电常2数材料。k的最小值为1(空气中)，最大k值材料（铁DRAM(动态随机存取存储器)上单个电容器的面积在急剧减小，解决这一问题的办法是使用较薄的传统电介质－SiO和SiN。2随着存储器芯片（速度）超过64M（位），这一方法不再有效，因为欲达到所需元件电容量，材料需薄至1nm以下，这样，它们（随着现代存储器芯片工作电压的下降）就会产生不