低介電系數(shù)電介質(zhì)薄膜材料課案

低介電系數(shù)電介質(zhì)薄膜材料課案第1頁/共15頁介電系數(shù)及其影響因素極化電介質(zhì)在電場作用下發(fā)生極化時(shí)其極化程度的量度介電系數(shù)ε在外電場的作用下分子中電荷分布所發(fā)生的相應(yīng)變化第2頁/共15頁特點(diǎn)：不隨溫度變化，僅取決于分子中電子云的分布情況電子極化

分子極化類型電子極化：在外電場作用下每個(gè)原子中

價(jià)電子云相對于原子核的位移原子極化：外加電場所引起的原子核之間的相對位移原子極化取向極化電子極化原子極化變形極化（亦稱誘導(dǎo)極化）介電系數(shù)及其影響因素第3頁/共15頁介電系數(shù)及其影響因素具有永久偶極矩的極性分子置于均勻外電場時(shí)除誘導(dǎo)極化外，還能發(fā)生取向極化。特點(diǎn)：偶極子的取向與溫度有關(guān)分子的熱運(yùn)動(dòng)總是使偶極子取向趨于雜亂

取向極化：偶極子沿電場方向進(jìn)行排列第4頁/共15頁

高分子材料的極化在外電場作用下高分子鏈內(nèi)偶極基團(tuán)沿外電場方向排列取向(a)無電場時(shí)(b)有電場時(shí)高分子鏈內(nèi)偶極子在外電場中取向示意圖介電系數(shù)及其影響因素均相聚合物的極化——偶極極化第5頁/共15頁界面兩邊的組分介電系數(shù)和導(dǎo)電率不同引起電荷在兩相界面處聚集——界面極化非均相聚合物體系均質(zhì)高聚物中含有雜質(zhì)或缺陷晶態(tài)高聚物中，晶區(qū)與非晶區(qū)存在界面發(fā)生界面極化的條件：界面極化所需時(shí)間長，一般發(fā)生在低頻下（0.001~1000Hz)

非均相聚合物的極化

介電系數(shù)及其影響因素偶極極化界面極化第6頁/共15頁非極性介質(zhì)——以電子極化為主離子晶體——以離子極化為主強(qiáng)極性介質(zhì)——以偶極子取向極化為主電介質(zhì)材料組分、結(jié)構(gòu)不同，其極化類型不同極化程度影響因素：電介質(zhì)組分、結(jié)構(gòu)溫度外電場頻率低介電常數(shù)的測試頻率通常是1MHz介電系數(shù)及其影響因素第7頁/共15頁降低材料介電系數(shù)的理論途徑降低材料電子密度1減少材料離子鍵數(shù)目2減少材料極性基團(tuán)數(shù)量3降低材料密度4第8頁/共15頁1、降低構(gòu)成材料中偶極子的極化率降低材料介電系數(shù)的方法降低材料介電系數(shù)的方法2、降低單位體積內(nèi)偶極子的密度第9頁/共15頁

在材料中引入空氣氣隙電介質(zhì)和空氣隙形成多孔復(fù)合材料——獲得超低介電系數(shù)材料的重要途徑電介質(zhì)理論在均勻介質(zhì)中通過降低偶極子的極化率

使介電系數(shù)降低的程度是有限的降低材料介電系數(shù)的方法采用復(fù)合材料是降低材料介電系數(shù)的可能途徑空氣的介電系數(shù)k＝1第10頁/共15頁有機(jī)高分子類低介電系數(shù)材料

降低聚合物介電常數(shù)的方法和原理

降低聚合物材料介電常數(shù)常用方法——增加聚合物材料的自由體積——引入氟原子——生成納米微孔材料第11頁/共15頁

有機(jī)高分子類低介電系數(shù)材料

降低聚合物介電常數(shù)的方法和原理增加聚合物材料的自由體積介電系數(shù)降低原理——

聚合物的自由體積增大可以降低單位體積內(nèi)極化基團(tuán)的數(shù)量◆

增加聚合物材料自由體積方法——

短的側(cè)鏈——

柔性的橋結(jié)構(gòu)——

能限制鏈間相互吸引的大的基團(tuán)

第12頁/共15頁有機(jī)高分子類低介電系數(shù)材料

降低聚合物介電常數(shù)的方法和原理引入氟原子介電系數(shù)降低原理——C-F較C-H鍵有較小偶極和較低的極化率同時(shí)氟原子還能增加自由體積

◆氟原子引入方法——

利用含氟單體合成聚合物——

在聚合物鏈上引入含氟側(cè)基第13頁/共15頁有機(jī)高分子類低介電系數(shù)材料

降低聚合物介電常數(shù)的方法和原理制備納米微孔材料介電系數(shù)降低原理

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空氣介電系數(shù)最低ε＝