6. Неорганические диэлектрики. Стекла, керамика, ситаллы.

СТЕКЛА.

Аморфные термопласты. Химический состав – смесь оксидов.

SiO2, ZnO, Na2O, Al2O3…

Сырье – песок, глинозем, известняк.

Технология производства – нагревание до расплавления с мгновенным охлаждением со скоростью 10^5 град Цельсия в секунду.

Разновидность – сталемит – стекло с дополнительной закалкой.

Применение: конструкционный материал, изоляция, световоды.

Ситаллы.

Промежуточное вещество между керамикой и стеклом. Содержание стекла – 5-10%, все остальное – поликристалл. Применение – подложки микросхем.

Керамика.

Состав как у стекла. Кристалл или поликристалл. Технология получения – как у стекла, но охлаждают медленней.

Конденсаторная керамика.

Изоляционная керамика.

7. Активные диэлектрики. Пьезо- и пироэффект. Электреты.

ПЬЕЗОДИЭЛЕКТРИКИ.

Пьезоэлектрический эффект – поляризация диэлектрика под действием механического напряжения. Им обладают сегнетоэлектрики – способные самоэлектризоваться под действием электрического поля.

Рисунок 60.

Структура доменная.

Области применения: кондесы для низких частот, если поляризация сохраняется надолго – устройство памяти.

Пьезокерамика приобретает соответствующие свойства после длительной выдержки в электрическом поле при высокой температуре. Керамика как поликристалл применяется до частоты 10 МГц, на более высоких частотах применяются монокристаллы кварца (SiO2). Кварцевый резонатор – аналог кондесатора. Размеры кварца на 32 МГц – порядка 10мм.

Применение: микрофоны, датчики, пьезотрансформатор.

Пироэлектрики.

Пироэффект – поляризация диэлектрика при однородном по объему нагревании или охлаждении. Всегда существует обратный пьезоэффект (электроколорический).

Применеие: датчики температур.

Электеты.

Твердые диэлектрики, длительно создающие электрическое поле после предварительной поляризации.

Делят по способу формирования заряда:

1. Термоэлектреты – электризуются электрическим полем при нагревании.

2. Фотоэлектреты – электризуются освещением. Область использования: барабаны для копировальной техники.

3. Радиоэлектреты – электризуются радиоактивным излучением.

4. Электроэлектреты – электризуются разрядом в смежном газе.

5. Трибоэлектреты – электризуются трением.

8. Современное состояние развития диэлектрических материалов. Диэлектрические материалы микроэлектроники и наноэлектроники.

Использование диэлектриков в микроэлектронике.

Форма: обычно пленочная.

Функции:

1. Пассивация поверхности полупроводника.

2. Защита от механических повреждений.

3. Стабилизация параметров.

4. Повышение радиационной стойкости.

5. Изоляция элементов друг от друга.

6. Изоляция затвора в МДП – структурах.

7. Маска при диффузии и эпитаксии.

8. В качестве активной области.

Требования:

1. Хорошая адгезия к полупроводнику, металлу и фоторезисту.

2. Механическая прочность.

3. Непроницаемость для нежелательных примесей.

4. Однородность слоя.

5. Химическая стойкость, в том числе к травлению.

6. Высокие диэлектрические свойства.

7. Необходимая диэлектрическая проницаемость.

8. Согласованность с материалом подложки (например, одинаковый ТКЛР)

9. Технологичность получения.

10. Простота обработки.

Основной материал: SiO2.

Лабораторные работы

Исседование свойств диэлектрических материалов. Конденсаторы

Диэлектрические материалы в катушках индуктивности и трансформаторах