Permittivitet och dielektrisk konstant k
dielektrisk konstant, k
de dielektriska egenskaperna hos de olika materialen som används vid halvledartillverkning och förpackning spelar en viktig roll för att uppnå önskad prestanda hos integrerade kretsar. En grundläggande förståelse för dielektriska egenskaper behövs därför av de flesta ingenjörer som arbetar inom halvledarindustrin.
en viktig egenskap hos ett dielektriskt material är dess permittivitet. Permittivity (OC) är ett mått på förmågan hos ett material att polariseras av ett elektriskt fält.
det är emellertid lättare att förstå begreppet permittivitet genom att först diskutera en
nära besläktad egenskap, kapacitans (C). Kapacitans är ett mått på ett materials förmåga att hålla laddning om en spänning appliceras över den och modelleras bäst av ett dielektriskt skikt som är inklämt mellan två parallella ledande plattor.
om en spänning V appliceras över en kondensator med kapacitans C, är laddningen Q som den kan hålla direkt proportionell mot den applicerade spänningen V, med kapacitansen C som proportionalitetskonstanten
. Således Q = CV eller C = Q/V. måttenheten för kapacitans är farad (coulomb per volt).
kapacitansen hos en kondensator beror på permittiviteten
det dielektriska skiktet, såväl som kondensatorns område A och separationsavståndet d mellan de två ledande plattorna. Permittivitet och kapacitans är matematiskt relaterade enligt följande: C =
XHamster
(A/d).
när den dielektriska som används är vakuum, då kapacitansen Co
=
exporten
O (A/d), där
O
O är vakuumets permittivitet (8, 85 x 10-12 F/m
).
dielektricitetskonstanten (k) för ett material är förhållandet mellan dess permittivitet
till permittiviteten för vakuum
exporten
o, så k =
exporten
/
den dielektriska konstanten (K) för ett material är förhållandet mellan dess permittivitet
konstant är därför också känd som materialets relativa permittivitet. Eftersom den dielektriska konstanten bara är ett förhållande av två liknande kvantiteter är det dimensionslöst.
med tanke på dess definition är den dielektriska konstanten för vakuum 1. A
ny-material kan polarisera mer än vakuum, så k för ett material är alltid > 1. Observera att den dielektriska konstanten också är en funktion av frekvensen i vissa material, t.ex. polymerer, främst för att polarisering påverkas av frekvensen.
en låg-k dielektrisk är en dielektrisk som har låg permittivitet eller låg förmåga att polarisera och hålla laddning. Low-k dielektrikum är mycket bra isolatorer för att isolera signalledande ledare från varandra. Således är låg-k dielektrikum en nödvändighet i mycket täta flerskiktiga IC: er, där koppling mellan mycket nära metalllinjer måste undertryckas för att förhindra en nedbrytning i anordningens prestanda.
en hög-k dielektrisk, å andra sidan, har en hög permittivitet. Eftersom hög-k dielektrikum är bra på att hålla laddning, de är den föredragna dielektriska för kondensatorer. High-k dielektrikum används också i minnesceller som lagrar digitala data i form av laddning.