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介電常數
鎖定
介電常數是反映壓電材料電介質在靜電場作用下介電性質或極化性質的主要參數,通常用ε來表示。不同用途的壓電元件對壓電材料的介電常數要求不同。當壓電材料的形狀、尺寸一定時,介電常數ε通過測量壓電材料的固有電容CP來確定。
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根據物質的介電常數可以判別高分子材料的極性大小。通常,相對介電常數大於3.6的物質為極性物質;相對介電常數在2.8~3.6範圍內的物質為弱極性物質;相對介電常數小於2.8為非極性物質。
介電常數測量方法
相對介電常數εr可以用靜電場用如下方式測量:首先在兩塊極板之間為真空的時候測試電容器的電容C0。然後,用同樣的電容極板間距離,但在極板間加入電介質後測得電容Cx。然後相對介電常數可以用下式計算:
εr=Cx/C0。
在標準大氣壓下,不含二氧化碳的乾燥空氣的相對電容率εr=1.00053。因此,用這種電極構形在空氣中的電容Cair來代替C0來測量相對電容率εr時,也有足夠的準確度。(參考GB/T 1409-2006)
介電常數常見溶劑
附常見溶劑的相對介電常數,條件為室温下,測試頻率為1KHz。
HCOOH (甲酸) 58.5
HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7
CH3OH (甲醇) 32.7
C2H5OH (乙醇) 24.5
CH3COCH3 (丙酮) 20.7
n-C6H13OH (正己醇)13.3
CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15
C6H6 (苯) 2.28
CCl4 (四氯化碳) 2.24
n-C6H14 (正己烷)1.88
介電常數電介質
氣體 | 相對介電常數 | 固體 | 相對介電常數 |
水蒸汽 氣態溴 氦 氫 氧 氮 氬 氣態汞 空氣 硫化氫 真空 乙醚 液態二氧化碳 甲醇 乙醇 水 液態氨 液態氦 液態氫 液態氧 液態氮 液態氯 煤油 松節油 苯 油漆 甘油 | 1.00785 1.0128 1.000074 1.000264 1.00051 1.00058 1.00056 1.00074 1.000585 1.004 1 4.335 1.585 33.7 25.7 81.5 16.2 1.058 1.22 1.465 2.28 1.9 2~4 2.2 2.283 3.5 45.8 | 固體氨固體醋酸 石蠟 聚苯乙烯 無線電瓷 超高頻瓷 二氧化鋇 橡膠 硬橡膠 紙 幹砂 15%水濕砂(金剛石) 木頭 琥珀 冰 蟲膠(紫膠) 賽璐珞 玻璃 黃磷 硫 碳 雲母 花崗石 大理石 食鹽 氧化鈹 聚氯乙烯 | 4.01~4.1 2.0~2.3 2.4~2.6 6~6.5 7~8.5 106 2~3 4.3 2.5 2.5 約2~8 2.8 2.8 3~4 3.3 4~11 5~10 4.2 5.5~16.5 6~8 6~8 8.3 6.2 7.5 9 3.1~3.5 |
介電常數相關解釋
“介電常數”在工具書中的解釋:
1. 又稱電容率或相對電容率,表徵電介質或絕緣材料電性能的一個重要數據,常用ε表示。它是指在同一電容器中用同一物質為電介質和真空時的電容的比值,表示電介質在電場中貯存靜電能的相對能力。空氣和二硫化碳的ε值分別為1.0006和2.6左右,而水的ε值較大,10℃ 時為 83.83。
2. 介電常數是物質相對於真空來説增加電容器電容能力的度量。介電常數隨分子偶極矩和可極化性的增大而增大。在化學中,介電常數是溶劑的一個重要性質,它表徵溶劑對溶質分子溶劑化以及隔開離子的能力。介電常數大的溶劑,有較大隔開離子的能力,同時也具有較強的溶劑化能力。介電常數用ε表示,一些常用溶劑的介電常數見下表:
“介電常數”在學術文獻中的解釋:
1. 介電常數是指物質保持電荷的能力,損耗因數是指由於物質的分散程度使能量損失的大小。理想的物質的兩項參數值較小。
2. 其介質常數具有複數形式,實數部分稱為介電常數,虛數部分稱為損耗因子。通常用損耗角的正切值 tan θ(損耗因子與介電常數之比)來表示材料與微波的耦合能力。損耗正切值越大,材料與微波的耦合能力就越強。
3. 介電常數是指在同一電容器中用某一物質為電介質與該電容器在真空中的電容的比值。在高頻線路中信號傳播速度的公式如下:v=k。
介電常數應用
近十年來,半導體工業界對低介電常數材料的研究日益增多,材料的種類也五花八門。然而這些低介電常數材料能夠在集成電路生產工藝中應用的速度卻遠沒有人們想象的那麼快。其主要原因是許多低介電常數材料並不能滿足集成電路工藝應用的要求。圖2是不同時期半導體工業界預計低介電常數材料在集成電路工藝中應用的前景預測。
早在1997年,人們就認為在2003年,集成電路工藝中將使用的絕緣材料的介電常數(k值)將達到1.5。然而隨着時間的推移,這種樂觀的估計被不斷更新。到2003年,國際半導體技術規劃(ITRS 2003[7])給出低介電常數材料在集成電路未來幾年的應用,其介電常數範圍已經變成2.7~3.1。
造成人們的預計與現實如此大差異的原因是,在集成電路工藝中,低介電常數材料必須滿足諸多條件,例如:足夠的機械強度(MECHANICAL strength)以支撐多層連線的架構、高楊氏係數(Young's modulus)、高擊穿電壓(breakdown voltage>4MV/cm)、低漏電(leakage current<10^(-9) at 1MV/cm)、高熱穩定性(thermal stability>450oC)、良好的粘合強度(adhesion strength)、低吸水性(low moisture uptake)、低薄膜應力(low film stress)、高平坦化能力(planarization)、低熱漲係數(coefficient of thermal expansion)以及與化學機械拋光工藝的兼容性(compatibility with CMP process)等等。能夠滿足上述特性的低介電常數材料並不容易獲得。例如,薄膜的介電常數與熱傳導係數往往就呈反比關係。因此,低介電常數材料本身的特性就直接影響到工藝集成的難易度。