Permittivitet og Dielektrisk konstant k
Dielektrisk konstant, k
de dielektriske egenskaber ved de forskellige materialer, der anvendes til fremstilling og emballering af halvledere, spiller en vigtig rolle for at opnå den ønskede ydelse af integrerede kredsløb. En grundlæggende forståelse af dielektriske egenskaber er derfor nødvendig af de fleste ingeniører, der arbejder i halvlederindustrien.
en vigtig egenskab ved et dielektrisk materiale er dets permittivitet. Permittivitet (KRP) er et mål for et materiales evne til at blive polariseret af et elektrisk felt.
det er dog lettere at forstå begrebet permittivitet ved først at diskutere en
nært beslægtet ejendom, kapacitans (C). Kapacitans er et mål for et materiales evne til at holde ladning, hvis der påføres en spænding på tværs af det, og modelleres bedst af et dielektrisk lag, der er klemt mellem to parallelle ledende plader.
Hvis en spænding V påføres over en kondensator med kapacitans C, er ladningen, som den kan holde, direkte proportional med den anvendte spænding V, med kapacitansen C som proportionalitetskonstanten
. Måleenheden for kapacitans er farad (coulomb per volt).
kapacitansen af en kondensator afhænger af permittiviteten
krit
af det dielektriske lag, såvel som kondensatorens område A og separationsafstanden d mellem de to ledende plader. Permittivitet og kapacitans er matematisk relateret som følger: C =
liter
(A/D).
når det anvendte dielektrikum er vakuum, så er kapacitansen Co
=
o (a/d), hvor
liter
o er permittiviteten af vakuum (8,85 gange 10-12 F/M
).
den dielektriske konstant (k) af et materiale er forholdet mellem dets permittivitet
Lira
til permittiviteten af vakuum
Lira
o, så k =
Lira
/
Lira
o. den dielektriske konstant (k) af et materiale er forholdet mellem dets permittivitet
konstant er derfor også kendt som materialets relative permittivitet. Da den dielektriske konstant kun er et forhold på to lignende mængder, er den dimensionsløs.
i betragtning af dens definition er den dielektriske konstant af vakuum 1. Et
ny-materiale er i stand til at polarisere mere end vakuum, så K for et materiale er altid> 1. Bemærk, at den dielektriske konstant også er en funktion af frekvens i nogle materialer, f.eks. polymerer, primært fordi polarisering påvirkes af frekvens.
en lav-k dielektrisk er et dielektrisk, der har en lav permittivitet eller lav evne til at polarisere og holde ladning. Lav-k dielektrikum er meget gode isolatorer til isolering af signalbærende ledere fra hinanden. Således er lav-k dielektrikum en nødvendighed i meget tætte flerlags IC ‘ er, hvor kobling mellem meget tætte metallinjer skal undertrykkes for at forhindre en nedbrydning i enhedens ydeevne.
en høj-k dielektrisk har derimod en høj permittivitet. Fordi high-k dielektrikum er gode til at holde opladning, er de det foretrukne dielektriske til kondensatorer. High-k dielektrikum bruges også i hukommelsesceller, der gemmer digitale data i form af opladning.