影响Ba_B_1_3_B_2_3_省略__3型微波介质陶瓷介电损耗的因素_田中青

高K栅介质材料的研究进展

高K栅介质材料的研究进展 摘要：对于纳米线宽的集成电路, 需要高介电常数( 高k) 的栅极介质材料代替二氧化硅以保持一定的物理厚度和优良的漏电性能. 这些栅极候选材料必须有较高的介电常数, 合适的禁带宽度, 与硅衬底间有良好界面和高热稳定性. 此外, 其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容. 本文阐述了选择高k 栅介质材料的基本原则, 介绍了典型高k 栅介质材料性能, 并展现了引入高k 栅介质材料存在的问题. 关键词: 高k 栅介质金属氧化物 HfO2 1.传统晶体管结构及瓶颈 20世纪80年代以来，CMOS集成电路的快速发展大大促进了硅基微电子工业的发展，使其在市场的份额越来越大。而CMOS集成电路的快速发展又是得益于其电路基本单元——场效应管尺寸的缩小。场效应管尺寸缩小的关键因素就是作为栅介质层的二氧化硅（SiO2）膜厚的减小。二氧化硅的作用是隔离栅极和硅通道。作为栅介质层，二氧化硅有很多优点，如热和电学稳定性好，与硅的界面质量很好以及很好的电隔离性能等。但是随着器件尺寸的不断缩小，二氧化硅的厚度被要求减到2nm以下，随之产生了许多问题 例如：1、漏电流的增加，对于低功率器件，这将是不能忍受的，而事实上，现在低功率器件的市场需求却越来越大 2、杂质扩散。栅极、二氧化硅和硅衬底之间存在杂质的浓度梯度，所以杂质会从栅极中扩散到硅衬底中或者固定在二氧化硅中，这会影响器件的阈值电压，从而影响器件的性能。当二氧化硅的厚度减小时，杂质就更容易从栅极中扩散到硅衬底中。 所以，有必要寻求一种新的栅介质层来替代二氧化硅。从以上两个存在的问题可以看出，为了减小漏电流和降低杂质扩散，最直观的方法就是增加栅介质层的厚度，但是为了保持介质层的电容不变，新的栅介质层的介电常数必须比二氧化硅要大，而且介质层的介电常数越大，膜的厚度就可以越大，因此我们引入了高K介质。 2.高k 栅介质材料要求 ( 1) 高介电常数k.高介电常数k 能维持驱动电流, 减小漏电流密度. ( 2) 较大的禁带宽度. ( 3) 与Si 导带间的偏差大于1eV. ( 4) 在Si 衬底上有良好的热力学稳定性, 生产工艺过程中尽量不与Si 发生反应, 并且相互之间扩散要小. ( 5) 与Si 界面质量应较好.新型栅介质材料与Si 之间的界面, 界面态密度和缺陷密度要低, 尽量接近于SiO2 与Si 之间的界面质量, 以削弱界面电子俘获和载流子迁移率降低造成的影响。 ( 6) 非晶态结构.非晶结构栅介质材料是各向同性的, 不存在晶粒间界引起漏电流增大的现象,且较容易制备, 是新型栅介质材料的理想结构。 3 高k 材料的选择 最有希望取代SiO2 栅介质的高k 材料主要有两大类: 氮化物和金属氧化物. 3.1 氮化物 氮化物主要包括Si3N4, SiON 等.Si3N4 介电常数比SiO2 高, 作栅介质时漏电流比SiO2 小几个数量级, Si3N4 和Si 的界面状态良好, 不存在过渡层.但Si3N4 具有难以克服的硬度和脆性, 在硅基片上的界面态密度为1.2×1012eV- 1cm- 2, 因此Si3N4 并非理想的栅介质材料.超薄SiOxNy 可代替SiO2 作为栅介质, 这主要是由于SiOxNy 的介电常数比SiO2 要高, 在相同的 等效栅氧化层厚度下, SiOxNy 的物理厚度大于SiO2, 漏电流有所降低.在SiO2- Si 界面附近含有少量的氮, 这可以降低由热电子引起的界面退化, 而且氮可以阻挡硼的扩散. 东芝

微波介质陶瓷的介电特性数值计算

HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Wuhan 430074, Hubei, P. R. China 中国·武汉 Tel(027)
《计算材料学》课程设计
指导老师：江建军
教授
电子科学与技术系 2004 年 6 月
电子 0102B3 组
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HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Wuhan 430074, Hubei, P. R. China 中国·武汉 Tel(027)
微波介质陶瓷的介电特性数值计算
万文涛 洪毅 黄文佳 陈婷 杨伟伟 王旭曦 袁大双 黄钏 饶伟 贺策林 李树平 （华中科技大学电子科学与技术系，武汉 430074）
摘要：对于微波介质陶瓷,建立数学模型,
讨论了介电常数与组分，温度，频率的关系。对于组分，重
点讨论运用蒙特卡罗有限元法计算出波介质陶瓷的宏观介电常数 ε m ，结果显示由二维模型和三维模型计 算得出的介电常数 ε m 大小位于串并联模型之间,而且由二维模型计算得出的介电常数 ε m 比由三维模型得 出的结果小，因为实际的一个由两相构成的微波介质陶瓷的相都是以三维形式分布的,所以由三维模型计 算出的介电常数 ε m 比用二维计算的结果要精确；对于频率，介电常数随它的变化不明显；由于温度的变 化灰引起结构以及组成物质的相的变化，只讨论了BaTiO3一类MWDC和温度的变化关系。
关键词：微波介质陶瓷；蒙特卡罗有限元法；介电常数；二相化合物
Dielectric Properties Culculated of MicroWave Dielectric Ceremoes(MWDC) ( Department of Electronics Science & Technology,Huazhong university,Wuhan 430074,China)
Abstract: As to the MicroWave Dielectric Ceremoes, the mathematics model is established,and the relations between dielectric constant and many factors is discussed,such as component,temperature and frequency.In the aspect of component, great importance is taken to using monte carlo and finite element method to culculate the macro dielectric constant of MWDC 。 The results are displayed in curves ,which use two-dimension and three-dimension models and are manifested between the results of serial model and parallel
model.Furthermore,the values which are simulated in two-dimension model are smaller than the ones in three-dimension,for the two-phase MWDC are distributed in three dimensions actually.So it’s preciser to use the three-dimemsion model.In the frequency of microwave,the dielectric constant doesn’t vary obviously.Besides, the changes of temperature can lead to the varieties of the construction and phases of materials,so we only discuss the changes with temperature of BaTiO3。 Keywords:MWDC,Monte Carlo method,finite element method,two-phased materies
电子 0102B3 组
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陶瓷贴片电容各类电介质不同的区别

陶瓷电容器分类 分类原因： 依据材料之介电特性及产品之温度系数 (Temperature coefficient of capacitance,TCC)特性所定分为三大类。 介质材料分类： 1类 (Class Ⅰ)或稱溫度補償型(temperature compensation) 2类(Class Ⅱ) 3类(Class Ⅲ)或稱半導體陶瓷電容器 产品使用分类： 温度补偿型高Q值C0G 高频C0G 中高压型 低感抗型片式排容 1类(Class Ⅰ)： C0G 或称温度补偿型(temperature compensation)，产品低介 电系数，无论时间和温度如何改变，其电容量是极稳定的；正常电容量下有低介电损失及较小公差。 1类产品应用于精密计时电路、高频杂讯虑波、阻抗匹 配、ESD/EMI（回声探测仪或电磁干扰）的限制。 2类（ Class Ⅱ)： X7R/X5R 具有较高的介电常数，容量比1类电容器高，具有较稳 定的温度特性， 应用于容量范围广，稳定性要求不高的电路中，如隔 直流、耦合、旁路、鉴频等电路中。 2类(Class Ⅱ)：Z5U 其温度特性介于X7R和Y5V之间，容量稳定性差，对温度、电压等条件较敏感； 应用于要求大容量，使用温度范围接近于室温的旁路、耦合、低直流偏压等电路中。 2类(Class Ⅱ)：Y5V 是所有电容器中介电常数最大的电容器，但其容量稳定性 较差，对温度、电压等条件较敏感； 应用于要求大容量、温度变化不大的电路中。

3类(ClassⅢ)：或稱半導體陶瓷電容器 其电容量变化相似于2类，然而此型别在客户应用上是属于 非常等级。 高频类： 此类介质材料的电容器为1类电容器，包括通 用型高频C0G电容器和温度补偿型高频电容器，其中C0G电容器电性能最稳定， 几乎不随温度、电压、时间和变化而变化。 应用于低损耗、稳定性要求高的高频电路，如 虑波器，振动器和计时电路中。 温度补偿型： 温度系数系列，此为1 类电容器，电容量的变化与温度呈线性变化； 应用于工作温度变化较大，要求高的谐振电路 中，起到温度补偿之用，例电视机中的谐振器。 高Q值C0G： 此类电容器为1类电容器，使用频率在1MHz ~ 3GHz之间； 应用于射频RF电路及要求Hi-Q、低ESR、高频 率响应的微波电路中。

介质损耗

电介质在交变电场作用下，所积累的电荷有两种分量：(1)有功功率。一种为所消耗发热的功率，又称同相分量；(2)无功功率，又称异相分量。异相分量与同相分量的比值即称为介质损耗。 通常用正切tanδ表示。tanδ=1/WCR(式中W为交变电场的角频率；C为介质电容；R为损耗电阻)。介电损耗角正切值是无量纲的物理量。可用介质损耗仪、电桥、Q表等测量。对一般陶瓷材料，介质损耗角正切值越小越好，尤其是电容器陶瓷。仅仅只有衰减陶瓷是例外，要求具有较大的介质损耗角正切值。橡胶的介电损耗主要来自橡胶分子偶极化。在橡胶作介电材料时，介电损耗是不利的；在橡胶高频硫化时，介电损耗又是必要的，介质损耗与材料的化学组成、显微结构、工作频率、环境温度和湿度、负荷大小和作用时间等许多因素有关。 电介质损耗（dielectric losses ）：电介质中在交变电场作用下转换成热能的能量。这些热会使电介质升温并可能引起热击穿，因此，在电绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因数（即电介质损耗角正切tgδ，它是电介质损耗与该电介质无功功率之比）较低的材料。但是，电介质损耗也可用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3～300 兆赫）对电介质损耗大的材料（如木材、纸、陶瓷等）进行加热。这种加热由于热量产生在介质内部，比外部加热的加热速度快、热效率高，且加热均匀。频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热（家用微波炉即据此原理）。 电介质损耗按其形成机理可分为弛豫损耗、共振损耗和电导损耗。前两者分别与电介质的弛豫极化和共振极化过程有关。对于弛豫损耗，当交变电场的频率ω＝1／τ时，介质损耗达到极大值，τ为组成电介质的极性分子和热离子的弛豫时间。对于共振损耗，当电场频率等于电介质振子固有频率（共振）时，损失能量最大。电导损耗则是由贯穿电介质的电导电流引起，属焦耳损耗，与电场频率无关。 电容介质损耗和电流电压相位角之间的关系 又称介电相位角。反映电介质在交变电场作用下，电位移与电场强度的位相差。在交变电场作用下，根据电场频率、介质种类的不同，其介电行为可能产生两种情况。对于理想介质电位移与电场强度在时间上没有相位差，此时极化强度与交变电场同相位，交流电流刚好超前电压π/2。对于实际介质而言，电位移与电场强度存在位相差。此时介质电容器交流电流超前电压的相角小于π/2。由此，介质损耗角等于π/2与介质电容器交流电流超差电压的相角之差。 介质损耗角是在交变电场下，电介质内流过的电流向量和电压向量之间的夹角（即功率向量角ф）的余角δ，简称介损角。介质损耗角（介损角）是一项反映高压电气设备绝缘性能的重要指标。介损角的变化可反映受潮、劣化变质或绝缘中气体放电等绝缘缺陷，因此测量介损角是研究绝缘老化特征及在线监测绝缘状况的一项重要内容。 介质损耗检测的意义及其注意问题 （1）在绝缘设计时，必须注意绝缘材料的tanδ 值。若tanδ 值过大则会引起严重发热，使绝缘加速老化，甚至可能导致热击穿。而在直流电压下，tanδ 较小而可用于制造直流或脉冲电容器。

高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层下-微纳电子技术

“半导体技术”2008年第二期趋势与展望 93－高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层（下） 翁妍，汪辉98－塑封微电子器件失效机理研究进展 李新，周毅，孙承松102－光电光窗的封接技术 李成涛，沈卓身技术专栏（新型半导体材料） 106－(Bi3.7Dy0.3)(Ti2.8V0.2)O12铁电薄膜的制备 及退火影响唐俊雄, 唐明华, 杨锋, 等109－掺Al富Si/SiO2薄膜制备及紫外发光特性研究 王国立, 郭亨群113－氧分压对锰掺杂氧化锌结构及吸收性能的影响 杨兵初, 张丽, 马学龙, 等117－升级冶金级Si衬底上ECR-PECVD沉积 多晶Si薄膜崔洪涛, 吴爱民, 秦福文, 等121－用XPS法研究SiO2/4H-SiC界面的组成 赵亮, 王德君, 马继开, 等126－Al在生长InGaN材料中的表面活化效应 袁凤坡, 尹甲运, 刘波, 等器件制造与应用 129－4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型 任学峰, 杨银堂, 贾护军133－6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析 张娟, 柴常春, 杨银堂, 等137－智能LED节能照明系统的设计赵玲, 朱安庆141－InP基谐振隧穿二极管的研究 李亚丽，张雄文，冯震，等144－氧化硅在改善双极型晶体管特性上的作用 王友彬，汪辉工艺技术与材料 147－低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触 陈素华, 王海波, 赵亮, 等151－精密掩模清洗及保护膜安装工艺赵延峰封装、测试与设备 155－测量计算金属－半导体接触电阻率的方法 李鸿渐，石瑛160－热超声倒装过程中的建模和多参量仿真 李丽敏，吴运新，隆志力集成电路设计与开发 164－微波宽带单片集成电路二分频器的 设计与实现陈凤霞，默立冬，吴思汉167－基于分组网络结构NOC的蚁群路由算法 陈青, 郝跃, 蔡觉平171－基于ARM＋FPGA的大屏幕显示器 控制系统设计陈炳权176－新型异步树型仲裁器设计 徐阳扬，周端，杨银堂，等179－一种用于高速ADC的采样保持电路的设计 林佳明，戴庆元，谢詹奇，等技术产品专栏 183－飞思卡尔升级高品质车用i.MX应用处理器产业新闻 184－综合新闻

材料的介电常数和磁导率的测量

无机材料的介电常数及磁导率的测定 一、实验目的 1. 掌握无机材料介电常数及磁导率的测试原理及测试方法。 2. 学会使用Agilent4991A 射频阻抗分析仪的各种功能及操作方法。 3. 分析影响介电常数和磁导率的的因素。 二、实验原理 1.介电性能 介电材料（又称电介质）是一类具有电极化能力的功能材料，它是以正负电荷重心不重合的电极化方式来传递和储存电的作用。极化指在外加电场作用下，构成电介质材料的内部微观粒子，如原子，离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离，并沿着外部电场的方向在一定的范围内做短距离移动，从而形成偶极子的过程。极化现象和频率密切相关，在特定的的频率范围主要有四种极化机制：电子极化 (electronic polarization ，1015Hz)，离子极化 (ionic polarization ，1012～1013Hz)，转向极化 (orientation polarization ，1011～1012Hz)和空间电荷极化 (space charge polarization ，103Hz)。这些极化的基本形式又分为位移极化和松弛极化，位移极化是弹性的，不需要消耗时间，也无能量消耗，如电子位移极化和离子位移极化。而松弛极化与质点的热运动密切相关，极化的建立需要消耗一定的时间，也通常伴随有能量的消耗，如电子松弛极化和离子松弛极化。 相对介电常数（ε），简称为介电常数，是表征电介质材料介电性能的最重要的基本参数，它反映了电介质材料在电场作用下的极化程度。ε的数值等于以该材料为介质所作的电容器的电容量与以真空为介质所作的同样形状的电容器的电容量之比值。表达式如下： A Cd C C ?==001εε （1） 式中C 为含有电介质材料的电容器的电容量；C 0为相同情况下真空电容器的电容量；A 为电极极板面积；d 为电极间距离；ε0为真空介电常数，等于8.85×10-12 F/m 。 另外一个表征材料的介电性能的重要参数是介电损耗，一般用损耗角的正切（tanδ）表示。它是指材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应

半导体电介质陶瓷详细介绍

半导体电介质陶瓷详细介绍 半导体陶瓷资料的基础研讨、使用研讨、出产和使用的类型许多，是具有严重研讨含义和商业出产价值的现代蜂窝陶瓷载体资料。由于晶界工程的研讨发展，许多基础研讨获得发展，新的陶瓷资料被研发出来，形成了共同的新方向和工业，惹起科技界和企业界的高度重视。这些陶瓷的半导化是指将该陶瓷的晶相转变为n型或p型半导体，晶界则恰当绝缘。半导化是出产半导体陶瓷电容器的要害工序，现以BaTiO3陶瓷的半导化为例进行评论，BaTiO3、SrTiO3及其固溶体是出产半导体陶瓷电容器的主要质料，这里以BaTiO3的半导化为例，要点评论半导化的方法和机理以及影响半导化的主要因素。 BaTiO3陶瓷半导化的方法和机理， BaTi03的禁带宽度为3eV，该陶瓷填料的室温体积电阻率约为10912）Ω·cm，很多的理沦研讨和试验研讨标明BaTiO3陶瓷半导化的方法主要有施主掺杂半导化和强迫复原半导化，施主掺杂半导化是使用离子半径与Ba2+附近的La3+、Y3+、Sb3+等三价离子置换Ba2+离子或用离子半径与Ti4+附近的Nb5+、Ta5+等五价离子置换Ti4+离子进行掺杂，经必定的工艺可制备出电阻率为10(3) 一l0(5)Ω·cm或更低的n型EaTi03半导体陶瓷。其电阻率与施主的参加浓度有亲近的联系，施主参加浓度偏大或偏小时，这种半导体陶瓷资料的电阻率均有所进步。普通，详细的施主断定后，当其参加浓度为某一特别量时，BaTi03陶瓷资料的电阻率最小。这种陶瓷半导体是经过施主掺杂由电价操控而得到的，普通称之为价控半导体。普通施主掺杂陶瓷异鞍环的浓度应严厉约束在较狭隘的规模，超越该极限，跟着掺杂浓度进步或减小，BaTiO3陶瓷资料的电阻率都敏捷增大，能够成为电阻率很高的绝缘体。 BaTiO3陶瓷施主掺杂半导化所用为高纯度的质料时，施主掺杂的浓度约束在一个较小的规模内，在空气中烧成即可完成半导化。留选用化学纯质料或工业纯质料，施主掺杂的浓度利配方中其他参加物的浓度必须依据质料的详细情况进行相应的调整。BaTiO3基PTC半导体陶瓷的半导化组织也是这样。 BnTliO3陶瓷的强迫复原半导化是在真宰、慵懒气氛或复原气氛中烧成时，可以制得电阻率为10(2)一10(6）Ω·cm的半导体陶瓷。 感谢提供资料来源：萍乡中源瓷业有限公司专业生产蜂窝陶瓷企业https://www.wendangku.net/doc/f1689531.html,

电介质的损耗复习课程

电介质的损耗

第二节电介质的损耗 作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。 1 损耗的形式 ①电导损耗： 在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。气体的电导损耗很小，而液体、固体中的电导损耗则与它们的结构有关。非极性的液体电介质、无机晶体和非极性有机电介质的介质损耗主要是电导损耗。而在极性电介质及结构不紧密的离子固体电介质中，则主要由极化损耗和电导损耗组成。它们的介质损耗较大，并在一定温度和频率上出现峰值。 电导损耗，实质是相当于交流、直流电流流过电阻做功，故在这两种条件下都有电导损耗。绝缘好时，液、固电介质在工作电压下的电导损耗是很小的，与电导一样，是随温度的增加而急剧增加的。 ②极化损耗： 只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。它与温度有关，也与电场的频率有关。极化损耗与温度、电场频率有关。在某种温度或某种频率下，损耗都有最大值。用tg δ来表征电介质在交流电场下的损耗特征。 ` ③游离损耗： 气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。电晕是在空气间隙中或固体绝缘体表面气体的局部放电现象。但这种放电现象不同于液、固体介质内部发生的局部放电。即局部放电是指液、固体绝缘间隙中，导体间的绝缘材料局部形成“桥路”的一种电气放电，这种局部放电可能与导体接触或不接触。这种损耗称为电晕损耗。 2 介质损耗的表示方法 在理想电容器中，电压与电流强度成 90o ，在真实电介质中，由于 GU 分量，而不是 90o 。此时，合成电流为： ； 故定义：——为复电导率

低介电常数材料论文

低介电常数材料的特点、分类及应用 胡扬 摘要: 本文先介绍了低介电常数材料（Low k Materials）的特点、分类及其 在集成电路工艺中的应用。指出了应用低介电常数材料的必然性，举例说明了低介电常数材料依然是当前集成电路工艺研究的重要课题，并展望了其发展前景。正文部分综述了近年研究和开发的low k材料，如有机和无机低ｋ材料，掺氟低ｋ材料，多孔低ｋ材料以及纳米低ｋ材料等，评述了纳米尺度微电子器件对低k 薄膜材料的要求。最后特别的介绍了一种可能制造出目前最小介电常数材料的技术： Air-Gap。 关键词：低介电常数；聚合物；掺氟材料；多孔材料；纳米材 料 ;Air-Gap 1．引言 随着ULSI器件集成度的提高，纳米尺度器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容造成的延时、串扰、功耗就成为限制器件性能的主要因素,微电子器件正经历着一场材料的重大变革：除用低电阻率金属（铜）替代铝，即用低介电常数材料取代普遍采用的SiO2（k：3.9～4.2）作介质层。对其工艺集成的研究，已成为半导体ULSI工艺的重要分支。 这些低ｋ材料必须需要具备以下性质：在电性能方面:要有低损耗和低泄漏电流；在机械性能方面:要有高附着力和高硬度;在化学性能方面:要有耐腐蚀和低吸水性；在热性能方面:要有高稳定性和低收缩性。 2．背景知识 低介电常数材料大致可以分为无机和有机聚合物两类。目前的研究认为，降低材料的介电常数主要有两种方法： 其一是降低材料自身的极性，包括降低材料中电子极化率（electronic polarizability），离子极化率（ionic polarizability）以及分子极化率（dipolar polarizability）。在分子极性降低的研究中，人们发现单位体积中的分子密度对降低材料的介电常数起着重要作用。材料分子密度的降低有助于介电常数的降低。这就是第二种降低介电常数的方法：增加材料中的空隙密度，从而降低材料的分子密度。 针对降低材料自身极性的方法，目前在0.18mm技术工艺中广泛采用在二氧化硅中掺杂氟元素形成FSG（氟掺杂的氧化硅）来降低材料的介电常数。氟是具有强负电性的元素，当其掺杂到二氧化硅中后，可以降低材料中的电子与离子极化，

高介电常数微波介质陶瓷的研制及其同轴型滤波器的仿真

第16卷第4期功能材料与器件学报 V o l 16,N o 42010年8月 J OURNA L O F FUNCT IONA L M ATER I ALS AND DEV ICES Aug .,2010 文章编号:1007-4252(2010)04-0299-06 收稿日期:2009-03-28; 修订日期:2009-11-03 作者简介:罗春娅(1979-),女,湖北宜昌人,讲师,硕士研究生,主要研究方向:微波介质器件(E -m a i:l l uo-chunya @hgnu .edu .cn). 通讯作者:胡明哲(1974-),男,湖北武汉人,副教授,博士,主要研究方向:微波材料与器件(E -ma i:l m zhu74@hubu .edu .cn). 高介电常数微波介质陶瓷的研制及其同轴型滤波器的仿真 罗春娅1 ,黎慧2 ,顾豪爽1 ,马智超1 ,胡明哲 1 (1.湖北大学物理与电子技术学院,武汉430062;2.广东省东莞市质量技术监督局,东莞523120) 摘要:本文研制了一种由双镧系元素组成的Ba O-Ln 2O 3-T i O 2(BLT )系高介电常数、低损耗材料, 并以该材料为基础,设计并研究了其独石型同轴滤波器。滤波器采用新颖的凹槽式电感耦合和一端金属面短路的 /4结构。利用HFSS 高频仿真软件对该滤波器的传输特性进行了仿真,表明其具有中心频率为1.83GH z 、带宽43MH z 、插入损耗小于0.5dB 、带内纹波为1.5dB 的优异的通带特性。关键词:BLT 系微波介质材料;同轴型带通滤波器;耦合结构;H FSS 仿真中图分类号:F16.6 文献标识码:A H igh dielectric constantm icro wave dielectric cera m ics sim ulation and research of coaxial filter L UO Chun ya 1 ,LI H u i 2 ,GU H ao shuang 1 ,MA Zh i chao 1 ,HU M ing zhe 1 (1.Faculty of Physics and E lectronic Technology ,H ubeiUniversity ,W uhan 430062,Ch i n a ;2.Bureau o f Quality and Techno l o gy Super v isi o n o fDongguan C ity i n Guangdong Prov i n ce ,Dongguan 523120,Chi n a)Abst ract :A ne w k i n d o f h i g h dielectric constan,t l o w die lectric l o ss m icr ow ave cera m icsw as syn t h esized based on B a O-Ln 2O 3-T i O 2(BLT)syste m,where Ln represents double Lansile m ele m ents .Em ploy ing the ne w m ateria,l a coax ial m onoblock m icro w ave filter w as designed and i n vesti g ated .The filter m ade The resonators are coup led w ith a nove l str ucture and the length w as /4,one end w as short circu i.t H F SS so ft w are w as used to si m ulate the properties o f t h e band-pass filter and resu lts sho w ed t h at the coax i a l filter possessed an excellent band pass properti e sw ith its center frequency at 1.83GH z ,t h e band w idth o f 43MH z ,the i n sertion l o ss o f less than 0.5dB and the band pass ripple o f being 1.5dB .K ey w ords :BLT m icro w ave die lectric m a teria;l coax ial band-pass filter ;coup ling str ucture ;HFSS si m u lation 0 前言 随着目前移动通讯技术的迅猛发展,微波介质 滤波器不断小型化的趋势对介电材料的介电常数、介电损耗和温度稳定性都提出了越来越严格的要

电介质的损耗

第二节电介质的损耗 作用下的能量损耗，由电能转变为其它形式的能，如热能、光能等，统称为介质损耗。它是导致电介质发生热击穿的根源。电介质在单位时间内消耗的能量称为电介质损耗功率，简称电介质损耗。 1 损耗的形式 ①电导损耗： 在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导损耗。气体的电导损耗很小，而液体、固体中的电导损耗则与它们的结构有关。非极性的液体电介质、无机晶体和非极性有机电介质的介质损耗主要是电导损耗。而在极性电介质及结构不紧密的离子固体电介质中，则主要由极化损耗和电导损耗组成。它们的介质损耗较大，并在一定温度和频率上出现峰值。 电导损耗，实质是相当于交流、直流电流流过电阻做功，故在这两种条件下都有电导损耗。绝缘好时，液、固电介质在工作电压下的电导损耗是很小的，与电导一样，是随温度的增加而急剧增加的。 ②极化损耗： 只有缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗。它与温度有关，也与电场的频率有关。极化损耗与温度、电场频率有关。在某种温度或某种频率下，损耗都有最大值。用tg δ来表征电介质在交流电场下的损耗特征。` ③游离损耗： 气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。电晕是在空气间隙中或固体绝缘体表面气体的局部放电现象。但这种放电现象不同于液、固体介质内部发生的局部放电。即局部放电是指液、固体绝缘间隙中，导体间的绝缘材料局部形成“桥路”的一种电气放电，这种局部放电可能与导体接触或不接触。这种损耗称为电晕损耗。 2 介质损耗的表示方法 在理想电容器中，电压与电流强度成90o ，在真实电介质中，由于GU 分量，而不是90o 。此时，合成 电流为： ； 故定义：——为复电导率

常见物质介电常数汇总

Sir-20说明书普通材料的介电值和术语集材料介电值速度毫米/纳秒空气 1 300 水淡81 33 水咸81 33 极地雪 1.4 - 3 194 - 252 极地冰 3 - 3.15 168 温带冰 3.2 167 纯冰 3.2 167 淡水湖冰 4 150 海冰 2.5 - 8 78 - 157 永冻土 1 - 8 106 - 300 沿岸砂干燥10 95 砂干燥 3 - 6 120 - 170 砂湿的25 - 30 55 - 60 粉沙湿的10 95 粘土湿8 - 15 86 - 110 粘土土壤干 3 173 沼泽12 86 农业耕地15 77 畜牧土地13 83 土壤平均16 75 花岗岩 5 - 8 106 - 120 石灰岩7 - 9 100 - 113 白云岩 6.8 - 8 106 - 115 玄武岩湿8 106 泥岩湿7 113 砂岩湿 6 112 煤 4 - 5 134 - 150 石英 4.3 145 混凝土 6 - 8 55 - 112 沥青 3 - 5 134 - 173 聚氯乙烯pvc 3 173

常见物质的相对介电常数值和电磁波传播速度(RIS-K2说明书)

------------------《探地雷达方法与应用》（李大心）

2007第二期勘察科学与技术

电磁波在部分常见介质中的传播参数 （The propagation parameters of the electromagnetic wave in the medium） 地球表面大部分无水的物质(如干燥的土壤和岩石等)的介电常数，实部一般介于1.7-6之间，水的介电常数一般为81，虚部很小，一般可以忽略不计。岩石和土壤的介电常数与其含水量几乎呈线形关系增长，且与水的介电常数特性相同。所以天然材料的电学特性的变化，一般都是由于含水量的变化所致。对于岩石和土壤含水量和介电常数的关系国内外进行了详细研究(P.Hoekstra, 1974; J.E.Hipp,1 974;J .L.Davis,1 976;G A.Poe,1 971;J .R.Wang,1 977;E .G.巧okue tal ,1 977)。在实验室内大量测量了不同粒度的土壤一水混合物介电常数，考虑到束缚水和游离水，提出了经验土壤介电常数混合模型(J.R.Wang, 1985)。实验室内用开路探头技术和自由空间天线技术测量干燥岩石的介电常数(F.TUlaby, 1990)。国内肖金凯等人(1984, 1988)测量了大量的岩石和土壤的介电常数，王湘云、郭华东(1999)研究了三大岩类中所含的矿物对其介电常数的影响。研究表明，土壤中

材料的介电常数测试

材料科学实验讲义 (一级实验指导书) 东华大学材料科学与工程中心实验室汇编 2009年7月

一、实验目的 介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数(ε)及介质损耗角正切(tg δ)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。 本实验的目的： 1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗的关系； 2、了解高频Q 表的工作原理； 3、掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。 二、实验原理 按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。 1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量C x 与同样大小的介质为真空的电容器的电容量C o 之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。 o x C C = ε 式中：C x —电容器两极板充满介质时的电容； C ο —电容器两极板为真空时的电容； ε —电容量增加的倍数，即相对介电常数 介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。 在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。 2．介电损耗(tg δ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。 在工程中，常将介电损耗用介质损耗角正切tg δ来表示。tg δ是绝缘体的无效消耗

聚合物基复合材料在高介电材料方面的应用与发展

聚合物基复合材料在高介电材料方面的应用与发展 姓名:*** 班级：高分子化学与物理学号：**** 摘要：高介电常数聚合物具有优异的介电性和柔韧性，可以制备高容量有机薄膜电容器等无源器件，近年来受到广泛关注。本文概述了目前高介电聚合物基复合材料的主要问题，论述了铁电陶瓷－聚合物型、氧化物－聚合物型、碳纳米管－聚合物型、金属导电颗粒－聚合物型、全有机高分子聚合物型等高介电复合材料的国内外研究进展。并指出提高介电常数、储能密度，减小介电损耗，降低制备成本是未来发展的方向。 关键词：高介电常数复合材料聚合物填料介电损耗 正文： 随着信息技术的发展，作为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、动态随机存储器(DRAM)以及印刷线路板(PWB)上电容器的介质材料迅速减薄，逼近其物理极限。随着器件特征尺寸的不断缩小，当线宽小于0.1μm，栅氧化物层厚度开始逐渐接近原子间距。此时，受隧道效应的影响，栅极漏电流将随氧化层厚度的减小呈指数增长。漏电流的急剧增加造成MOS器件关态时的功耗增加，对器件的集成度、可靠性和寿命都有很大影响，因此研究新型高介电介质材料成为当今信息功能材料以及微电子领域的前沿课题。 介电材料按介电常数的高低分为高介电和低介电两个方向。高介电材料主要应用于栅极介质材料、储能材料等领域，低介电材料主要用来制备电子封装材料。笔者所在的课题组近年来在聚酰亚胺低介电复合材料方面取得了一系列研究成果。高介电常数材料根据用途主要分为钙钛矿相氧化物和金属或过渡金属氧化物，前者用于DRAM以及PWB上的电容介质材料，后者用于MOSFET栅极的绝缘介质材料。近年来，聚合物基高介电材料成为微电子行业研究的热点之一，选择合适的聚合物基体，可以在PWB上快速大规模地制备高电容嵌入式微电容器，这种微电容器可以保证集成电路的高速运行。此外，利用聚合物基高介电材料具备的特殊物理特性，可制备具有特殊性能的新型器件[1]。 1 电介质及其极化机理[2] 电介质是指在电场下能在电介质材料内部建立极化的一切物质。从广义上讲，电介质不仅包括绝缘体，还包括能够将力、热、光、温度、射线、化学及生物等非电量转化为电信息的各种功能材料，甚至还包括电解质和金属材料。电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递、存储和记录电的作用和影响。电介质在电场下最主要的电特性是电导和极化，极化是电介质中电荷(束缚在分子或局部空间中不能完全自由运动的电荷及自由电荷) 在电场中作微小

介电常数与耗散因素间的关系

介电常数与耗散因数间的关系 介电常数又称电容率或相对电容率，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数。其表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力，例如一个电容板中充入介电常数为ε的物质后可使其电容变大ε倍。介电常数愈小绝缘性愈好。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数还用来表示介质的极化程度，宏观的介电常数的大小，反应了微观的极化现象的强弱。气体电介质的极化现象比较弱，各种气体的相对介电常数都接近1，液体、固体的介电常数则各不相同，而且介电常数还与温度、电源频率有关有些物质介电常数具有复数形式，其实部即为介电常数，虚数部分常称为耗散因数。 通常将耗散因数与介电常数之比称作耗散角正切，其可表示材料与微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。例如当电磁波穿过电解质时，波的速度被减小，波长也变短了。 介质损耗是指置于交流电场中的介质，以内部发热的形式表现出来的能量损耗。介质损耗角是指对介质施加交流电压时，介质内部流过的电流相量与电压向量之间的夹角的余角。介质损耗角正切是对电介质施加正弦波电压时，外施电压与相同频率的电流之间相角的余角δ的正切值--tgδ. 其物理意义是：每个周期内介质损耗的能量//每个

周期内介质存储的能量。 介电损耗角正切常用来表征介质的介电损耗。介电损耗是指电介质在交变电场中,由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。原因是电介质中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转为热能。任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。 用tgδ作为综合反应介质损耗特性优劣的指标，其是一个仅仅取决于材料本身的损耗特征而与其他因素无关的物理量，tgδ的增大意味着介质绝缘性能变差，实践中通常通过测量tgδ来判断设备绝缘性能的好坏。 由于介电损耗的作用电解质在交变电场作用下将长生热量，这些热会使电介质升温并可能引起热击穿，因此，在绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因数，即电介质损耗角正切tgδ较低的材料。但是，电介质损耗也可用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3--300兆赫兹）对介电常数大的材料（如木材、纸张、陶瓷等）进行加热。这种加热由于热量产生在介质内部，比外部加热速度更快、热效率更高，而且热均匀。频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热（家用微波炉即据此原理）。 在绝缘设计时，必须注意材料的tgδ值。若tgδ过大则会引起严重发热，使绝缘材料加速老化，甚至导致热击穿。 一下例举一些材料的ε值：

材料的介电常数测试

介质损耗和介电常数测量实验 介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数(ε)及介质损耗角正切(tgδ)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。 一、实验目的 1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗的关系； 2、了解高频Q表的工作原理； 3、掌握室温下用高频Q表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。 二、实验原理 按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。 1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量Cx与同样大小的介质为真空的电容器的电容量Co之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。 式中：Cx —电容器两极板充满介质时的电容； Cο—电容器两极板为真空时的电容； ε—电容量增加的倍数，即相对介电常数 介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。 在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。 2．介电损耗(tgδ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。