¿Qué es la constante dieléctrica? Aplicaciones de la constante dieléctrica
La constante dieléctrica es el producto de la permitividad relativa y la permitividad absoluta en el vacío. Entonces, ¿cuánto sabes sobre la constante dieléctrica? Lo siguiente es lo que he recopilado sobre qué es la constante dieléctrica. ¡Espero que te guste!
Introducción a la constante dieléctrica
. Se agrega el medio Cuando se produce un campo eléctrico, se generarán cargas inducidas para debilitar el campo eléctrico. La relación entre el campo eléctrico externo original (en el vacío) y el campo eléctrico en el medio es la permitividad relativa o constante dieléctrica, también conocida. como constante dieléctrica, que está relacionada con la frecuencia. La constante dieléctrica es el producto de la permitividad relativa y la permitividad absoluta en el vacío. Si un material con una constante dieléctrica alta se coloca en un campo eléctrico, la intensidad del campo eléctrico disminuirá considerablemente dentro del dieléctrico. Aunque la constante dieléctrica relativa de un conductor ideal es infinita, la profundidad de la piel es cero debido a la conductividad infinita, por lo que la intensidad del campo interno es siempre cero, formando un escudo electromagnético.
Constante dieléctrica (también llamada permitividad), representada por ?, ?=?r*?0, ?0 es la constante dieléctrica absoluta del vacío, ?0=8.85*10^(-12)F / metro. Es importante enfatizar que el valor de la constante dieléctrica de un material está estrechamente relacionado con la frecuencia de las pruebas.
Cuando la placa de un condensador se llena con una sustancia con una constante dieléctrica de ?, la capacitancia se vuelve ?r veces mayor. Los dieléctricos tienen la propiedad de hacer que un espacio sea más grande o más pequeño que su tamaño real. Por ejemplo, cuando se coloca un material dieléctrico entre dos cargas, se reduce la fuerza que actúa entre ellas, como si se separaran.
Cuando una onda electromagnética pasa a través de un dieléctrico, la velocidad de la onda se reduce y tiene una longitud de onda más corta.
La polaridad de los materiales poliméricos se puede determinar en función de la constante dieléctrica de la sustancia. Generalmente, las sustancias con una constante dieléctrica relativa superior a 3,6 son sustancias polares; las sustancias con una constante dieléctrica relativa en el rango de 2,8 a 3,6 son sustancias débilmente polares; las sustancias con una constante dieléctrica relativa inferior a 2,8 son sustancias no polares.
Método de medición de la constante dieléctrica
La constante dieléctrica relativa?r se puede medir usando un campo electrostático de la siguiente manera: Primero, pruebe el capacitor cuando haya vacío entre las dos placas. Condensador C0. Luego, mida la capacitancia Cx usando la misma distancia entre las placas del capacitor pero agregando un dieléctrico entre las placas. Entonces la permitividad relativa se puede calcular usando la siguiente fórmula
?r=Cx/C0
Bajo presión atmosférica estándar, ¿la permitividad relativa del aire seco sin dióxido de carbono?r=1.00053. Por lo tanto, cuando se usa la capacitancia Ca en aire de esta configuración de electrodo en lugar de C0 para medir la permitividad relativa ?r, tiene suficiente precisión. (Referencia GB/T 1409-2006)
Para campos electromagnéticos variables en el tiempo, la constante dieléctrica de un material está relacionada con la frecuencia, lo que generalmente se denomina coeficiente dieléctrico.
Aplicación de la constante dieléctrica
En los últimos diez años, la industria de los semiconductores ha realizado cada vez más investigaciones sobre materiales de baja constante dieléctrica, y los tipos de materiales también son diversos. Sin embargo, la velocidad a la que se pueden aplicar estos materiales de baja constante dieléctrica en los procesos de producción de circuitos integrados es mucho menos rápida de lo que la gente imagina. La razón principal es que muchos materiales de baja constante dieléctrica no pueden cumplir con los requisitos de las aplicaciones de procesos de circuitos integrados. La Figura 2 muestra el pronóstico de la industria de semiconductores sobre la aplicación de materiales de baja constante dieléctrica en procesos de circuitos integrados en diferentes momentos.
Ya en 1997, se creía que en 2003, la constante dieléctrica (valor k) de los materiales aislantes que se utilizarían en procesos de circuitos integrados alcanzaría 1,5. Sin embargo, con el paso del tiempo, esta estimación optimista se fue actualizando constantemente. En 2003, el Plan Internacional de Tecnología de Semiconductores (ITRS 2003) preveía la aplicación de materiales de baja constante dieléctrica en circuitos integrados en los próximos años, y su rango de constante dieléctrica se ha convertido en 2,7 ~ 3,1.
La razón de una diferencia tan grande entre las expectativas de las personas y la realidad es que en el proceso del circuito integrado, los materiales de baja constante dieléctrica deben cumplir muchas condiciones, tales como: suficiente resistencia mecánica (resistencia MECÁNICA) para soportar múltiples capas. Estructura cableada, alto módulo de Young, alto voltaje de ruptura (voltaje de ruptura gt; 4MV/cm), baja fuga (corriente de fuga; 10-9 a 1MV/cm), alta estabilidad térmica (estabilidad térmica gt; 450oC), buena fuerza de adhesión, baja absorción de humedad, baja tensión de la película, alta planarización, bajo coeficiente de expansión térmica y compatibilidad con el proceso CMP, etc. Los materiales perfectos con baja constante dieléctrica que cumplan con las características anteriores no son fáciles de conseguir. Por ejemplo, la constante dieléctrica de una película suele ser inversamente proporcional a su conductividad térmica. Por lo tanto, las características de los materiales de baja constante dieléctrica afectan directamente la facilidad de integración del proceso.