Permittivitet og Dielektrisk Konstant k
Dielektrisk Konstant, k
de dielektriske egenskapene til de forskjellige materialene som brukes i halvlederfabrikasjon og emballasje spiller en viktig rolle for å oppnå ønsket ytelse av integrerte kretser. En grunnleggende forståelse av dielektriske egenskaper er derfor nødvendig av de fleste ingeniører som arbeider i halvlederindustrien.
en viktig egenskap ved et dielektrisk materiale er dets permittivitet. Permittivitet (ε) er et mål på et materials evne til å polariseres av et elektrisk felt.
det er imidlertid lettere å forstå begrepet permittivitet ved først å diskutere en
nært beslektet egenskap, kapasitans (C). Kapasitans er et mål på et materiales evne til å holde ladning hvis en spenning påføres over den, og er best modellert av et dielektrisk lag som er smeltet mellom to parallelle ledende plater.
hvis en spenning V påføres over en kondensator av kapasitans C, er ladningen Q Som den kan holde direkte proporsjonal Med den påførte spenningen V, med kapasitansen C Som proporsjonalitetskonstanten
. DERMED ER Q = CV, Eller C = Q / V. måleenheten for kapasitans er farad(coulomb per volt).
kapasitansen til en kondensator avhenger av permittiviteten
ε
av det dielektriske laget, samt området a av kondensatoren og separasjonsavstanden d mellom de to ledende platene. Permittivitet og kapasitans er matematisk relatert som følger: C =
ε
(A/d).
når det dielektriske som brukes er vakuum, så er kapasitansen Co
=
ε
o (A / d), hvor
ε
o er permittiviteten til vakuum (8,85 x 10-12 F/m
).
den dielektriske konstanten (k) av et materiale er forholdet mellom dets permittivitet
ε
til permittiviteten til vakuum
ε
o, så k =
ε
/
ε
O. konstant er derfor også kjent som materialets relative permittivitet. Siden den dielektriske konstanten bare er et forhold på to like mengder, er den dimensjonsløs.
Gitt sin definisjon er den dielektriske konstanten av vakuum 1. A
ny materiale er i stand til å polarisere mer enn vakuum, så k av et materiale er alltid > 1. Merk at den dielektriske konstanten også er en funksjon av frekvens i noen materialer, for eksempel polymerer, hovedsakelig fordi polarisasjon påvirkes av frekvens.
et lav-k dielektrisk er et dielektrisk som har lav permittivitet, eller lav evne til å polarisere og holde ladning. Low-k dielektrikum er meget gode isolatorer for isolering av signalførende ledere fra hverandre. Således er lav – k dielektrikum en nødvendighet i svært tette flerlags IC-ER, hvori kobling mellom svært tette metalllinjer må undertrykkes for å forhindre nedbrytning i enhetens ytelse.
en høy-k dielektrisk, derimot, har en høy permittivitet. Fordi high-k dielektrikum er gode til å holde ladning, er de den foretrukne dielektriske for kondensatorer. High-k dielektrikum brukes også i minneceller som lagrer digitale data i form av ladning.