2低介电系数电介质薄膜材料课案

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,低介电系数电介质薄膜材料,介电系数及其影响因素,低介电系数电介质薄膜材料,降低材料介电系数的方法,有机高分子薄膜国内外研究现状,有机高分子类低介电系数材料,介电系数及其影响因素,极 化,电介质在电场作用下发生,极化,时,其,极化程度,的量度,介电系数,在外电场的作用下,分子中电荷分布所发生的相应变化,特点：,不随温度变化，仅取决于分子中电子云的分布情况,电子极化,分子极化类型,电子极化：在外电场作用下每个原子中,价电子云,相对于原子核的位移,原子极化：外加电场所引起的,原子核,之间的相对位移,原子极化,取向极化,电子极化,原子极化,变形极化（亦称,诱导极化）,介电系数及其影响因素,介电系数及其影响因素,具有永久偶极矩的极性分子,置于均匀外电场时,除诱导极化外，还能发生取向极化。,特点：,偶极子的取向与温度有关,分子的热运动总是使偶极子取向趋于杂乱,取向极化：偶极子沿电场方向进行排列,高 分 子 材 料 的 极 化,在外电场作用下,高分子链内偶极基团沿外电场方向排列取向,(a),无电场时,(b),有电场时,高分子链内偶极子在外电场中取向示意图,介电系数及其影响因素,均相聚合物的极化,偶极极化,界面两边的组分介电系数和导电率不同,引起电荷在两相界面处聚集,界面极化,非均相聚合物体系,均质高聚物中含有杂质或缺陷,晶态高聚物中，晶区与非晶区存在界面,发生界面极化的条件：,界面极化所需时间长，一般发生在低频下,（,0.0011000Hz),非,均相聚合物的极化,介电系数及其影响因素,偶极极化,界面极化,非极性介质,以电子极化为主,离 子 晶 体,以离子极化为主,强极性介质,以偶极子取向极化为主,电介质材料组分、结构不同，其极化类型不同,极化程度影响因素：,电介质组分、结构,温度,外电场频率,低介电常数的测试频率通常是,1MHz,介电系数及其影响因素,降低材料介电系数的理论途径,降低材料电子密度,1,减少材料离子键数目,2,减少材料极性基团数量,3,降低材料密度,4,1,、,降低构成材料中偶极子的极化率,降低材料介电系数的方法,降低材料介电系数的方法,2,、降低单位体积内偶极子的密度,在材料中引入空气气隙,电介质和空气隙形成,多孔复合材料,获得超低介电系数材料的重要途径,电介质理论,在均匀介质中通过降低偶极子的极化率,使介电系数降低的程度是有限的,降低材料介电系数的方法,采用复合材料是降低材料介电系数的可能途径,空气的介电系数,k,1,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理,降低聚合物材料介电常数常用方法,增加聚合物材料的自由体积,引入氟原子,生成纳米微孔材料,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理,增加聚合物材料的自由体积,介电系数降低原理,聚合物的自由体积增大可以降低单位,体积内极化基团的数量,增加聚合物材料自由体积方法,短的侧链,柔性的桥结构,能限制链间相互吸引的大的基团,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理,引入氟原子,介电系数降低原理,C-F,较,C-H,键有较小偶极和较低的极化率,同时氟原子还能增加自由体积,氟原子引入方法,利用含氟单体合成聚合物,在聚合物链上引入含氟侧基,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理,制备纳米微孔材料,介电系数降低原理,空气介电系数最低,1, 纳米,微孔材料制备方法,添加造孔剂,添加含微孔结构的材料,