Costante dielettrica e la Costante Dielettrica k
Costante Dielettrica, k
Le proprietà dielettriche dei vari materiali utilizzati nella fabbricazione di semiconduttori e packaging gioca un ruolo importante nel raggiungimento delle prestazioni desiderate di circuiti integrati. Una conoscenza di base delle proprietà dielettriche è quindi necessaria per la maggior parte degli ingegneri che lavorano nel settore dei semiconduttori.
Una proprietà importante di un materiale dielettrico è la sua permittività. La permittività (ε) è una misura della capacità di un materiale di essere polarizzato da un campo elettrico.
È, tuttavia, più facile cogliere il concetto di permittività discutendo prima una proprietà
strettamente correlata, la capacità (C). La capacità è una misura della capacità di un materiale di mantenere la carica se viene applicata una tensione su di esso, ed è meglio modellata da uno strato dielettrico inserito tra due piastre conduttive parallele.
Se una tensione V applicata attraverso un condensatore di capacità C, la carica Q che si può tenere è direttamente proporzionale alla tensione applicata V, con la capacità C la costante di proporzionalità
. Quindi, Q = CV o C = Q / V. L’unità di misura per la capacità è il farad (coulomb per volt).
La capacità di un condensatore dipende dalla permittività
ε
dello strato dielettrico, nonché dall’area A del condensatore e dalla distanza di separazione d tra le due piastre conduttive. Permittività e capacità sono matematicamente correlate come segue: C =
ε
(A / d).
Quando il dielettrico utilizzato è vuoto, quindi la capacità Co
=
ε
o (A/d), dove
ε
o è la permittività del vuoto (8,85 x 10-12 F / m
).
La costante dielettrica (k) di un materiale è il rapporto tra la sua costante dielettrica
ε
per la costante dielettrica del vuoto
ε
o, in modo k =
ε
/
ε
o. La costante dielettrica è, quindi, anche conosciuta come la relativa costante dielettrica del materiale. Poiché la costante dielettrica è solo un rapporto di due quantità simili, è adimensionale.
Data la sua definizione, la costante dielettrica del vuoto è 1. Un materiale
ny è in grado di polarizzare più del vuoto, quindi il k di un materiale è sempre > 1. Si noti che la costante dielettrica è anche una funzione della frequenza in alcuni materiali, ad esempio i polimeri, principalmente perché la polarizzazione è influenzata dalla frequenza.
Un dielettrico low-k è un dielettrico che ha una bassa permittività, o bassa capacità di polarizzare e mantenere la carica. I dielettrici low-k sono ottimi isolanti per isolare i conduttori che trasportano segnali l’uno dall’altro. Pertanto, i dielettrici a basso k sono una necessità in IC multistrato molto densi, in cui l’accoppiamento tra linee metalliche molto vicine deve essere soppresso per prevenire un degrado delle prestazioni del dispositivo.
Un dielettrico ad alto k, d’altra parte, ha un’alta permittività. Poiché i dielettrici high-k sono bravi a trattenere la carica, sono il dielettrico preferito per i condensatori. I dielettrici high-k vengono utilizzati anche nelle celle di memoria che memorizzano i dati digitali sotto forma di carica.