《电介质材料》PPT课件(I)

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1、报告人：涂雅婷导师:邱晓燕副教授电介质材料Dielectricmaterial内容.电介质介绍（重点）.薄膜的制备工艺（重点）.常规薄膜性能表征方法（难点）第一章简介电介质材料是指电阻率大于的材料，是相对于金属材料和半导体材料而区分的。金属材料：共有化电子半导体材料：载流子电介质材料：束缚电荷一、电介质材料的分类及应用绝缘材料：电阻率很高，能承受很强的电场，不易被击穿。主要是高分子电介质和无碱玻璃。电容器材料：主要是陶瓷材料，包括两种，一种是具有严格温度系数的高频稳定型陶瓷，一种是介电系数特别大的铁

2、电陶瓷。压电材料：是具有能使机械能和电能相互转换的材料。在实际应用中，主要的压电材料是压电陶瓷，广泛用于情感元件、电声器件等方面。电介质材料的分类A绝缘材料电容器材料B压电材料C热释电材料D铁电材料分类示意图电介质材料的应用介电材料的应用1、温度补偿电容器主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质，在性能上要求具有稳定的电容温度系数和低的介质损耗。（2）高介电常数电容器（新型电容器陶瓷材料）分为：高温烧结型（1300以上）、中温烧结型（1000—1250）、低温烧结型（低于900）℃℃℃2、热稳定型电容

3、器陶瓷材料（1）高频热稳定电容器陶瓷其主要特点是介电常数的温度系数的绝对值很小，有的甚至接近于零。（3）微波介电陶瓷微波介电陶瓷主要用于用作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件。可用于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面。微波频段()评价微波介电陶瓷的主要技术参数是介电常数，品质因数Q和频率温度系数TCF。频率温度系数TCF:为介电常数的温度系数；为热膨胀系数。用于微波频段的介质一般要满足如下4个要求：（1）高介电常数（2）低介质损耗（高Q）（3）温度膨胀系数小（4）低频率温度系数TCF

4、微波陶瓷材料的研究进展：1）新材料系统相图的研究，晶体结构和微波介电性能的关系的研究，化合物形成的机理及动力学研究2）材料掺杂改性技术的研究3）材料制备工艺技术的研究4）低烧材料的开发研究5）工程化生产技术研究6）器件结构的设计、性能的优化及测试技术的研究7）器件多层片式化的技术二、电介质的一般特性电介质是在电场中没有稳定传导电流通过而以感应的方式对外场做出相应的扰动物质的统称。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、存储或记录电的作用和影响，但其中起主要作用的是束缚电荷。1、静电场中

5、电介质的极化在电介质材料的分子中，正、负电荷彼此强烈地束缚着。在弱电场的作用下，虽正电荷沿电场方向移动，负电荷逆电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，只能产生微观尺度的相对位移。在电介质内部形成电偶极矩，而在与外电场垂直的电介质表面上出现了感应电荷。极板面积：极板间距：接上电源，板间电压为，极板上的电荷为插入电介质材料后，极板上的电荷量增至：介质的相对介电常数。在静电场条件下，它是个无量纲的正数，恒大于1。反映了电介质材料在电场中极化的特性。束缚电荷的面密度即为极化强度P其中为自由电荷

6、面密度，有:其中为真空介电常数（在SI单位制中，）为电场强度。由上两式可得：由此可见，极化强度与外加电场强度有关，与电介质材料本身的性能也有关。（1）电子极化由于一切电介质材料均由分子、原子或离子组成的。而它们又都是由原子核及核外电子云组成。当外加电场时，电子云相对于原子核发生位移，因为产生感应电矩。最简单的模型是图（a)所示的氢原子的电子极化。无外电场时，正、负电荷重心重合；当施加电场后，电子云与核产生相对位移。电子极化的频率响应极快，外加电场后经即能产生极化。（2）离子极化由异号离子组成的晶体，

7、如Nacl，在外电场作用下，正、负离子均发生位移，见图（b），以一维排列的正、负离子原来间隔均等，加了外电场后，正、负离子的相对距离发生变化，产生了偶极矩。离子极化的频率响应速度比电子极化略慢，约为。（3）偶极极化有些电介质分子是由极性较强的离子键构成的，称极性电介质。每个分子本身就具有一定的电偶极矩，如图（c）所示，原来这些电偶极矩的排列杂乱无章，宏观看来不是极性。当存在外电场时，电介质内固有的电偶极矩转向外电场方向，偶极极化也叫做转向极化。它的响应速度较慢，一般在左右。（4）空间电荷极化在实际的

8、电介质材料中，由于制造工艺和材料的纯度影响，不可避免地有局部的介质不均匀，如存在夹层或大量的晶体缺陷。在外电场的作用下，介质中的少量载流子会发生漂移，它们可能被势阱捕获，也可能在介质不均匀的夹层处界面上堆积起来而形成空间电荷的积累。这种介质中由于空间电荷的移动形成的电荷分布即是空间电荷极化。它的频率响应最慢。电子极化离子极化位移极化偶极极化弛豫极化空间电荷极化如图（a）所示，在真空电容器二端加上交流电压产生的电流为，其相位图见（b）。若在电容器中充以电介质（图（c））