Permitivitate și constantă dielectrică k
constantă dielectrică, k
proprietățile dielectrice ale diferitelor materiale utilizate în fabricarea și ambalarea semiconductorilor joacă un rol important în atingerea performanței dorite a circuitelor integrate. O înțelegere de bază a proprietăților dielectrice este, prin urmare, necesară de majoritatea inginerilor care lucrează în industria semiconductorilor.
o proprietate importantă a unui material dielectric este permitivitatea acestuia. Permitivitatea (XV) este o măsură a capacității unui material de a fi polarizat de un câmp electric.
este totuși mai ușor de înțeles conceptul de permitivitate discutând mai întâi o
proprietate strâns legată, capacitate (C). Capacitatea este o măsură a capacității unui material de a menține sarcina dacă o tensiune este aplicată peste el și este cel mai bine modelată de un strat dielectric care este prins între două plăci conductoare paralele.
dacă o tensiune V este aplicată pe un condensator de capacitate C, atunci sarcina Q pe care o poate ține este direct proporțională cu tensiunea aplicată V, cu capacitatea C ca constantă de proporționalitate
. Astfel, Q = CV sau C = Q / V. Unitatea de măsură pentru capacitate este farad (coulomb pe volt).
capacitatea unui condensator depinde de permitivitatea
a stratului dielectric, precum și de aria a a condensatorului și de Distanța de separare d dintre cele două plăci conductoare. Permitivitatea și capacitatea sunt corelate matematic după cum urmează: C =
XV
(A/d).
când dielectricul utilizat este vid, atunci capacitatea Co
=
O (A/d), în cazul în care
O
este permitivitatea vidului (8,85 x 10-12 F/m
).
constanta dielectrică (k) a unui material este raportul dintre permitivitatea sa
la permitivitatea vacuumului
XV
O, deci k =
Constanta este, prin urmare, cunoscută și sub numele de permitivitate relativă a materialului. Deoarece constanta dielectrică este doar un raport de două cantități similare, este adimensională.
dată fiind definiția sa, constanta dielectrică a vidului este 1. A
Materialul ny este capabil să polarizeze mai mult decât vidul, astfel încât k-ul unui material este întotdeauna > 1. Rețineți că constanta dielectrică este, de asemenea, o funcție a frecvenței în unele materiale, de exemplu, polimeri, în primul rând pentru că polarizarea este afectată de frecvență.
un dielectric low-k este un dielectric care are o permitivitate scăzută sau o capacitate scăzută de polarizare și menținere a sarcinii. Dielectricii Low-k sunt izolatori foarte buni pentru izolarea conductorilor care transportă semnale unul de celălalt. Astfel, dielectricele low-k sunt o necesitate în IC-urile cu mai multe straturi foarte dense, în care cuplarea între liniile metalice foarte apropiate trebuie suprimată pentru a preveni o degradare a performanței dispozitivului.
un dielectric de înaltă k, pe de altă parte, are o permitivitate ridicată. Deoarece dielectricii high-k sunt buni la menținerea încărcării, ei sunt dielectricul preferat pentru condensatori. Dielectricele High-k sunt, de asemenea, utilizate în celulele de memorie care stochează date digitale sub formă de încărcare.