高介电常数电介质资料
电介质的介电常数
电介质的介电常数温度() 温度()石英玻璃电学性能石英玻璃具有很高的介电强度，很低的电导率折电损失，即使在高温时，其电导率与介电损失也较一般材料低，特别适合高温高机械应力条件下作高频和电压绝缘材料。
电导率在20o C时，透明石英玻璃的电导率为10-17-10-16西/米，不透明石英玻璃的电导率为10-14-3.2×10-13西/米，其值与石英玻璃的纯度有关。
介电常数在常温和0-106赫兹频率下，透明石英玻璃的介电常数为3.70；不透明石英玻璃为3.50，温度升高，介电常数略有增加，到450o C以后，介电常数显著增加。
介电损失石英玻璃的介电损失与温度的关系是随温度的升高，介电损失增加，在350o C 以上，介电损失随温度的升高而增加更为显著。
石英玻璃的介电损失击穿强度在200o C时，透明石英玻璃的击穿电压约为普通玻璃的三倍， 500o C时为普通玻璃的十倍。
石英光学玻璃我厂生产的光学石英光学玻璃窗口片，能耐高温和高压，主要应用于：特种光源，光学仪器，光电子，军工，冶金，半导体，光通讯等领域。
它能实验温度：1200度，软化温度为：1730度，具体参数如下。
1．JGS1（远紫外光学石英光学玻璃）它是用高纯度氢氧熔化的光学石英光学玻璃。
具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185mμ处的透过率可达90％，是185—2500mμ波段范围内的优良光学材料。
2．JGS2（紫外光学石英光学玻璃）它是用氢氧熔化的光学石英光学玻璃。
它是透过220—2500mμ波段范围内的良好材料。
3．JGS3：（红外石英光学玻璃）它是具有较高的透红外性能，透过率高达85％以上，其应用波段范围260—3500mμ的光学材料。
石英光学玻璃物理性能高硼硅3.3耐热冲击浮法平板玻璃——一种真正全能、广泛应用的材料！高硼硅3.3耐热冲击浮法平板玻璃是使用浮法工艺生产的，以氧化钠（Na2O)、氧化硼（B2O3)、二氧化硅（SiO2）为基本成份的一种平板玻璃。
High-K和Low-K电介质材料
High-K和Low-K电介质材料不同电介质的介电常数k 相差很大，真空的k 值为1，在所有材料中最低；空气的k值为1.0006；橡胶的k值为2.5～3.5；纯净水的k值为81。
工程上根据k值的不同，把电介质分为高k(high-k)电介质和低k(low-k)电介质两类。
介电常数k ＞3.9 时，判定为high-k；而k≤3.9时则为low-k。
IBM将low-k标准规定为k≤2.8，目前业界大多以2.8作为low-k电介质的k 值上限。
一、High-K电介质材料随着集成电路的飞速发展，SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET，器件高集成度的要求，需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2。
[1]所谓High-K电介质材料，是一种可取代二氧化硅作为栅介质的材料。
它具备良好的绝缘属性，同时可在栅和硅底层通道之间产生较高的场效应（即高-K）。
两者都是高性能晶体管的理想属性。
High-K电介质材料应满足的要求：：(1) 高介电常数,≤50 nm CMOS 器件要求k >20；(2)与Si 有良好的热稳定性；(3)始终是非晶态，以减少泄漏电流；(4)有大的带隙和高的势垒高度，以降低隧穿电流；(5) 低缺陷态密度/ 固定电荷密度，以抑制器件表面迁移率退化。
[2]最有希望取代SiO2栅介质的高K材料主要有两大类：氮化物和金属氧化物。
1.氮化物氮化物主要包括Si3N4，SiON等。
Si3N4介电常数比SiO2高，作栅介质时漏电流比SiO2小几个数量级，Si3N4和Si的界面状态良好，不存在过渡层。
但Si3N4具有难以克服的硬度和脆性，因此Si3N4并非理想的栅介质材料。
超薄SiOxNy可代替SiO2作为栅介质，这主要是由于SiOxNy的介电常数比SiO2要高，在相同的等效栅氧化层厚度下，SiOxNy的物理厚度大于SiO2，漏电流有所降低。
在SiO2-Si界面附近含有少量的氮，这可以降低由热电子引起的界面退化，而且氮可以阻挡硼的扩散。
高介电常数电介质
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正反电滞的出现：BaTiO3晶体层状对称性， 反向电场(-E)使电子偏向Ti-O-Ti层另一侧 的Ba层，表现为反向的电滞（-Pr）。 Pr的出现使电滞回线不再沿开始的极化曲 线返回原点
lg( I 2 I 1 ) lg(V2 V1 )
TO 巨介电常数及压敏特性的解释机理
IBLC阻挡层模型
BaTiO3的居里温度：铁电体向顺电体转变的温度。
对居里点得解释：
电子的能量也可以依靠热运动来 获得。一定的温度使得Ba的外层 电子轨道无法再俘获外来的电子， 使得极化不再出现，这一温度叫 居里点。利用经典的方法：
10000
8000
10kHz Heating 10kHz Cooling
6000
'
二、电介质的介电常数
平行板电容器示意图
无介质
Q0 C0 V
有介质
C Q0 Q' V
r
C C0
A C 0 r d
介电常数：表征电介质极化能力的参数
理想电容器加上交变电压
V V0
回路电流： I
it
= iωC0V
实际情况：
物理意义： 相对介电常数（实部和虚部）随所加电场的频率而变化。
离子位移极化
BaTiO3 的电子构型
Ba正离子: 1S 2 2S 2 2 P 6 3S 2 3P 6 3d 10 4S 2 4 P 6 4d 10 5S 2 5P 6 2 2 6 2 6 1 S 2 S 2 P 3 S 3 P Ti正离： 1S 2 2S 2 2P 6 O负离子：
高介电常数电介质资料课件
03
在风力发电领域，高介电常数电介质可以作为绝缘和润滑材料
，提高风力发电设备的效率和可靠性。
05
高介电常数电介质的未来发展
新材料与新技术的研发
新型高介电常数电介质材料
随着科技的发展，新型高介电常数电介质材料不断涌现，如聚合物复合材料、陶 瓷复合材料等，这些材料具有更高的介电常数和更好的电气性能，为高介电常数 电介质的应用提供了更多可能性。
封装材料
在电子封装领域，高介电常数电介质可以作为封 装材料，保护电子元件免受外界环境的影响。
在新能源领域的应用
太阳能电池
01
高介电常数电介质可以用于制造太阳能电池，提高光电转换效
率和稳定性。
储能装置
02
在新能源储能领域，高介电常数电介质可以作为储能介质，提
供较高的能量密度和较快的充放电速度。
风力发电
通过掺杂改性，可在较宽的频率和温度范围内保持高介电常数和低损耗。
钛酸锶钡（Ba1-xSrxTiO3）
通过调整锶的含量，可调节介电常数和温度稳定性，在高温环境下具有较好的稳定性。
有机高分子材料
聚烯（PE）
具有高介电常数和良好的绝缘性能，常用于制造电缆 绝缘层。
聚苯乙烯（PS）
具有高介电常数和低介电损耗，广泛应用于电子元件 的绝缘材料。
高介电常数电介质用于制造各种传感器， 如湿度传感器、压力传感器等，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
02
高介电常数电介质的特性
介电常数与介质损耗
介电常数定义
介电常数是衡量电介质储存电荷 能力的物理量，与电介质内部自 由电荷和束缚电荷的分布及电场 强度有关。
介电常数的影响因
素
介电常数随温度、频率和电场强 度的变化而变化，不同电介质具 有不同的介电常数。
gnc3004介电常数
gnc3004介电常数GNC3004是一种高介电常数的材料，通常被用于电子设备中作为介质材料。
介电常数是指电介质在单位电场下的极化程度，高介电常数意味着材料在电场下能够更容易地极化。
以下是关于GNC3004介电常数的2500字介绍：GNC3004是一种高性能的介质材料，广泛应用于各种电子设备中。
其高介电常数使得它在许多应用中表现出优异的性能。
本文将详细介绍GNC3004的介电常数及其影响因素。
一、介电常数的定义与意义介电常数是指电介质在单位电场下的极化程度，是衡量电介质在电场作用下极化能力的物理量。
介电常数的大小决定了电介质存储电能的能力，也直接影响到电子设备的性能。
在高频电子设备中，如微波器件、高速数字电路等，介电常数对于设备的性能和稳定性具有至关重要的影响。
二、GNC3004的介电常数GNC3004是一种具有高介电常数的材料，其介电常数高达10以上。
这意味着在相同电场下，GNC3004的极化程度比普通介质材料更高，能够更好地存储电能。
因此，GNC3004在高频电子设备中具有优异的性能表现。
三、影响介电常数的因素介电常数的大小受到多种因素的影响，包括材料本身的性质、温度、湿度以及频率等。
下面分别对这几个因素进行详细分析：1. 材料性质不同材料的介电常数是不同的。
一些材料具有较高的介电常数，如钛酸钡、硅酸盐等；而另一些材料则具有较低的介电常数，如空气、玻璃等。
因此，在选择介质材料时，需要根据实际应用的需求来选择具有适当介电常数的材料。
2. 温度温度对于介电常数的影响较小，但仍然不可忽视。
随着温度的升高，部分材料的介电常数会有所降低。
这是由于高温下材料内部的离子或分子活动加剧，导致极化能力下降。
因此，在考虑电子设备的性能时，需要考虑到工作温度对其可能产生的影响。
3. 湿度湿度对于介电常数的影响较大。
在潮湿环境下，部分材料的介电常数会明显降低。
这是由于水分子的介入破坏了材料内部的极化结构，导致极化能力下降。
第5课-电介质极化与介电常数
产生极化的地方、 特征等 任何物质的原子中 离子组成的物质 极性分子组成的物质 复合介质的交界面
到达平衡 的时间 10-15秒 10-13秒 10-10 ~ 10-2秒 数秒 ~ 数日
发生极化的原因
束缚电荷的位移
自由电子的移动
几种介电质的介电常数
材料类别 气体介质（标准大气条件）
弱极性
名称
空 气 变压器油 硅有机液体 蓖麻油 氯化联苯 丙 酮 酒 精 水 石 蜡 聚苯乙烯 聚四氯乙烯 松 香 沥 青 纤维素 胶 水 聚氯乙烯 沥 青
Cl2
中性共价键
﹒ ﹒﹒ ﹒ ﹒ Cl ﹒ Cl ﹒ ﹒ ﹒ ﹒ ﹒ ﹒ ﹒ ﹒
极性共价键
﹒ ﹒ ﹒ Cl H﹒+ ﹒ ﹒ ﹒ ﹒
=
﹒ ﹒ ﹒ ﹒ Cl H﹒ ﹒ ﹒ ﹒
一、电子的位移极化
特点：
1、电子位移极化存在于一切气体、 液体及固体介质中 2、具有弹性，当外电场去掉后， 依靠正、负电荷间的吸引力， 作用中心又马上会重合，对 外不显电性 3、极化速度快，10--14~10--15秒， 在各种频率的交变电场下均 能产生，与频率无关 4、极化强度与电矩的大小成正比， 且随着外电场的增强而增大 5、与温度无关 6、不引起能量损耗
三、极性分子的转向极化
极化机理：
E=0 E + + +
(a)无外电场
-+-+ -+ - + -+ -+ -+ -+ -+ -+ (b)有外电场
在外电场作用下，原来杂乱分布的极性分子顺电场方向定向排 列，对外显示出极性，称极性分子的转向极化
特点：
1、有弹性，可恢复 2、与频率有关，极化完成时间约为 l0-6-10-2s，甚至更长， 有可能跟不上交变电场的变化，使极化率减小 3、与外加电场有关，外电场越强，极性分子的转向排列就 越整齐，转向极化就越强 4、与温度有关，对于极性气体介质：温度高时，分子热 运动加剧，妨碍极性分子沿电场方向取向，使极化减弱。 对于液体、固体介质：则温度过低时，由于分子间联系 紧(例如粘度很大)，分子难以转向．极化较弱。所以极 性液体、固体介质在低温下先随温度的升高极化加强， 以后当热运动变得较强烈时，极化又随温度上升而减小 5、有能量损耗
介电常数
介电常数介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity)，又称诱电率，与频率相关。
如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
电介质经常是绝缘体。
其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。
有些液体和气体可以作为好的电介质材料。
干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。
蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。
介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。
如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降，理想导体内部由于静电屏蔽场强总为零，故其介电常数为无穷。
一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。
电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。
例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。
当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。
相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量：首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。
然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。
然后相对介电常数可以用下式计算εr=Cx/C0。
真空介电常数：ε0＝8.854187817×10-12F／m。
ε0和真空磁导率μ0以及电磁波在真空传播速率c之间的关系为。
真空平行板电容器的电容为，若取S为单位面积，d为单位距离，则C＝ε0，真空电容率的名称即源于此。
介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米。
需要强调的是，一种材料的介电常数值与测试的频率密切相关。
介电常数愈小，说明此介质产生的感应电荷削弱原外加电场的能力愈小（有可能此介质在外加电场时产生的感应电荷少），即原外加电场减少的愈少，原外加电场与削弱后的原外加电场的比值愈小，此介质的绝缘性愈好，导电性愈弱。
一般电介质的介电常数
-氟里根/氟里昂
-棕榈油
3
1.9…2.5
-波特兰水泥
-石膏
-矿物油
-燃油
4
2.5…4
-谷物种籽
-碎头
-河砂
-苯，苯乙烯，甲苯
-呋喃
-萘
5
4…7
-天然潮湿的石头，矿石
-食盐
-氯苯，氯仿
-纤维素液体
-异氰酸盐、苯胺
6
> 7
-金属粉
-碳黑
-煤粉
-水溶液
-酒精
-氨水
一些溶剂的介电常数（摘自）
物质
介电常数
电介质的介电常数
介质
温度(C)
相对介电常数
介质
温度(C)
相对介电常数
水蒸汽
140～150
1.00785
固体氨
-90
4.01
气态溴
180
1.0128
固体醋酸
2
4.1
氦（气态）
0
1.000074
石腊
-5
2.0～2.1
氢（气态）
0
1.00026
聚苯乙烯
20
2.4～2.6
氧（气态）
0
1.00051
无线电瓷
16
苯甲腈
265
乙醚
4.34
乙醇
25.8
丙酸
3.2
氯乙醇
25.8
二硫化碳
2.65
乙酰丙酮
23
乙苯
2.48
丙醇
22.2
甲苯
2.29
丙酮
21.45
四氯化碳
2.23
氯乙酸
20～21
苯
2.23