低介电常数材料研究PPT
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光刻胶、低介电常数材料、抗反射膜材料讲解
光刻胶的组成
a. 树脂（resin/polymer）-- 光刻胶中不同材料的粘合剂，给与光刻胶的 机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）； b. 感光 剂，感光剂对光能发生光化学反应； c. 溶剂（Solvent）-- 保持光刻胶的液体状态，使之具有良好的流动性；
d. 添加剂（Additive）-- 用以改变光刻胶的 某些特性，如改善光刻胶发 生反射而添加染色剂等。
光刻胶的分类
根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类：
负性光刻胶。最早使用，一直到20世纪70年代。曝光区域发生交联，难溶于显影液。 特性：良好的粘附能力、良好的阻挡作用、感光速度快；显影时发生变形和膨胀。所
以只能用于2μm的分辨率。
正性光刻胶。20世纪70年代，有负性转用正性。正性光刻胶的曝光区域更加容易溶解 于显影液。特性：分辨率高、台阶覆盖好、对比度好；粘附性差、抗刻蚀能力差、高 成本。
集成电路制作技术是半导体制造业的关键工艺，而光刻工艺是集成电路制作的驱动
力。其中光刻胶的发展便决定了光刻工艺的发展，并相应地推动着整个半导体行业 的快速发展。从成本上讲，光刻工艺占整个硅片加工成本的三分之一，决定光刻工 艺效果的光刻胶约占集成电路材料总成本的4%左右。
光刻胶的主要技术参数
a. 分辨率 - 区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸来衡量分辨率。 形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。 b. 对比度 - 指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的 侧壁越陡峭，分辨率越好。 c. 敏感度 - 光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值。光刻胶 的敏感性对于深紫外光、极深紫外光等尤为重要。 d. 粘滞性/黏度 - 衡量光刻胶流动特性的参数。 e. 粘附性 - 表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面 的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺。 f. 抗蚀性 - 光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐 热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。
有机压电材料及应用.ppt
1969年，Kawai发现了聚偏氟乙烯(简称PVDF)具有极强的压电效应，继而 出现了以聚偏氟乙烯为代表的压电高聚物的研究热潮，现在研究已从均 聚物扩大到共聚物、共混物和复合物，从结晶高聚物的压电性扩大到非 晶高聚物的压电性。PVDF家族压电铁电效应的发现被认为是有机换能器 领域发展的里程碑。
PVDF聚偏氟乙烯，分子式为—(CH2-CF2)n—，外观为半透明状。分子链间排列紧 密，又有较强的氢键，含氧指数为46%，不燃，结晶度65%~78%，密度 1.17~1.79g/cm3 , 熔点为172℃,热变形温度112~145℃,长期使用温度为40~150℃。
特点
压电性强、介电常数高、 压电性弱、介电常数低、 易加工成型 加工尺寸局限 机械品质因子低、 机械品质因子高、 电损耗大、稳定性差 稳定性好
柔韧性好、低密度、低 阻抗
应用 领域
大功率换能器和宽带 滤波器
标准频率控制的振子、高频、 高温超声换能器等
PVDF与PZT比较
聚偏氟乙烯(PVDF)
有机压电材料及应用
压电效应
当某些材料在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形时，引起它内部正 负电荷中心相对转移而产生极化现象，其表面上会产生电荷；若将外力 去掉时，它们又重新回到不带电的状态这种现象就称为压电效应
压电材料分类
压电材料分类 无机压电材料 压电陶瓷 压电晶体 有机压电材料
通压电薄膜的2个应用装置，即能够利用弯曲和扭 转的动作来控制电视机的遥控器，以及能够检测出手指向下按触摸屏的力度的具 有压力检测功能的触摸屏Touch Pressure Pad (压力式触摸板) 。
利用弯曲和扭转的动作来控制电视机的遥控器
分别使用了能够检测出弯曲度的压电薄膜和能够检测出扭转程度的压电薄膜， 此应用装置是能够通过用双手弯曲和朝相反方向扭转薄膜型机体来操纵电视 机的新感觉遥控器。
PVDF聚偏氟乙烯，分子式为—(CH2-CF2)n—，外观为半透明状。分子链间排列紧 密，又有较强的氢键，含氧指数为46%，不燃，结晶度65%~78%，密度 1.17~1.79g/cm3 , 熔点为172℃,热变形温度112~145℃,长期使用温度为40~150℃。
特点
压电性强、介电常数高、 压电性弱、介电常数低、 易加工成型 加工尺寸局限 机械品质因子低、 机械品质因子高、 电损耗大、稳定性差 稳定性好
柔韧性好、低密度、低 阻抗
应用 领域
大功率换能器和宽带 滤波器
标准频率控制的振子、高频、 高温超声换能器等
PVDF与PZT比较
聚偏氟乙烯(PVDF)
有机压电材料及应用
压电效应
当某些材料在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形时，引起它内部正 负电荷中心相对转移而产生极化现象，其表面上会产生电荷；若将外力 去掉时，它们又重新回到不带电的状态这种现象就称为压电效应
压电材料分类
压电材料分类 无机压电材料 压电陶瓷 压电晶体 有机压电材料
通压电薄膜的2个应用装置，即能够利用弯曲和扭 转的动作来控制电视机的遥控器，以及能够检测出手指向下按触摸屏的力度的具 有压力检测功能的触摸屏Touch Pressure Pad (压力式触摸板) 。
利用弯曲和扭转的动作来控制电视机的遥控器
分别使用了能够检测出弯曲度的压电薄膜和能够检测出扭转程度的压电薄膜， 此应用装置是能够通过用双手弯曲和朝相反方向扭转薄膜型机体来操纵电视 机的新感觉遥控器。
介电常数_精品文档
数测试仪，常用的有WCC—1，WCC—2型。
12
三、极化强度
大多数陶瓷介质由各种离子组成， 在没有外电场作用时，质点的正负电荷 中心重合，对外不呈现电极性。当有外 电场作用时，质点受到电场力的作用， 正负电荷发生相对位移。正电荷沿着电 场方向移动，负电荷反电场方向移动， 这种相对位移是有限度的。
13
位置1带负电 （位置2的离子 数相应增加）。
离子松弛静电单位电荷；
—1、2间的距离；
T—温度。
38
由此可见，离子松弛极化率与温 度有明显的关系。温度升高时，离子 不规则运动加剧，破坏离子沿电场方 向的分布，因而使T降低。
与离子位移极化的另一区别：在外 电场消失后，松弛极化不一定恢复到 原来位置，因此是不可逆的，它要从 外电场吸收一定能量，在什么时候消 耗能量，与外电场频率有关。
4
=Q/Q0
介电常数可以表示介质储存电荷的 能力，是介质的特征参数。是介质材料 的一个重要技术指标。
介电常数的计算公式：
=（3.6cl）/s 式中：c—测量出的电容，单位PF
l—单位cm s—单位cm2
5
对于直径为D的圆片试样，介 电常数为：
=（14.4cl）/D2 c—单位PF，l、D—单位cm。
电荷增加是由于陶瓷介质在电场作 用下发生极化的结果。这一现象叫介质 的宏观极化。它是介质微观质点极化的 外部表现。极板上电荷增加的过程也就 是微观质点极化的过程。
3
从上图可知，由于介质极化，在介 质邻近电极的表面层，出现了束缚在介质 上的电荷(束缚电荷)，该电荷与电极上的 电荷符号相反，在介质中建立了与原电场 E方向相反的电场E’ 。E’有使原电场减小 的趋势。为使原电场E保持不变，电源必 须供给极板更多的电荷。Q与Q0的比值， 我们称为介质的介电常数。可表示为：
12
三、极化强度
大多数陶瓷介质由各种离子组成， 在没有外电场作用时，质点的正负电荷 中心重合，对外不呈现电极性。当有外 电场作用时，质点受到电场力的作用， 正负电荷发生相对位移。正电荷沿着电 场方向移动，负电荷反电场方向移动， 这种相对位移是有限度的。
13
位置1带负电 （位置2的离子 数相应增加）。
离子松弛静电单位电荷；
—1、2间的距离；
T—温度。
38
由此可见，离子松弛极化率与温 度有明显的关系。温度升高时，离子 不规则运动加剧，破坏离子沿电场方 向的分布，因而使T降低。
与离子位移极化的另一区别：在外 电场消失后，松弛极化不一定恢复到 原来位置，因此是不可逆的，它要从 外电场吸收一定能量，在什么时候消 耗能量，与外电场频率有关。
4
=Q/Q0
介电常数可以表示介质储存电荷的 能力，是介质的特征参数。是介质材料 的一个重要技术指标。
介电常数的计算公式：
=（3.6cl）/s 式中：c—测量出的电容，单位PF
l—单位cm s—单位cm2
5
对于直径为D的圆片试样，介 电常数为：
=（14.4cl）/D2 c—单位PF，l、D—单位cm。
电荷增加是由于陶瓷介质在电场作 用下发生极化的结果。这一现象叫介质 的宏观极化。它是介质微观质点极化的 外部表现。极板上电荷增加的过程也就 是微观质点极化的过程。
3
从上图可知，由于介质极化，在介 质邻近电极的表面层，出现了束缚在介质 上的电荷(束缚电荷)，该电荷与电极上的 电荷符号相反，在介质中建立了与原电场 E方向相反的电场E’ 。E’有使原电场减小 的趋势。为使原电场E保持不变，电源必 须供给极板更多的电荷。Q与Q0的比值， 我们称为介质的介电常数。可表示为：
高分子化学ppt幻灯片课件
产业的发展。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
《高分子物理》ppt课件
为和结晶形态。
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
介电常数研究生
形式散发，极值频率m 1区域称弥散区域。 0.01 100的区间称弥散区。
③.高频下，电场变化很快，周期很短，几乎比弛豫时间还短得多，弛豫极化完全
跟
不上电场
变
化，只有
瞬时极化
发
生，
' r
光
频介
极化无
损耗。
④.温度升高时，弥散区域向高频方向移动，
' r
发生剧烈变化的区域向高频区移动，
25
损耗因子
在真空中的平行平板式电容器两极板上加交变电压V=Voeit， 电容上的电流与外电压相差90o的位相。
由 Q=CoV
V=Q/Co=Idt/Co
I=CodV/dt
电容上的电流： Io=iCoV
两极板间充入非极性完全绝缘的材料，
电容上的电流：I=iCV= irCoV= rIo
26
如果介质有微弱的导电，则其中有一个与外加电压相位相同的小电 流（I= iCV+GV）通过
极化类型
电介质的极化
电子极化 电子云与原子核的相对位移诱导电偶极 子
离子极化 阴、阳离子的相对位移诱导电偶极子
转向极化 固有电偶极子的指向在外场中转向
空间电荷极化 在绝缘体界面移动载流子形成的极化
20
电子极化
电子极化由电子云构成的负电 荷中心(-Ze0)在外电场中相对 于带正电的原子荷(+Ze0)的位 移引起的
12
1 介电常数
dielectric constant
表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数， 用ε表示，无量纲。
2 极化 polarization
在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极 性随电场方向改变的现象，称为电介质的极化。
光刻胶、低介电常数材料、抗反射膜材料综述
化学放大光刻胶（续）
化学放大光刻胶是当今光刻胶市场的主流，整个国际市场2011年的数据表明， 单单ArF,193nm干法，ArF,193nm浸湿法就贡献了整个半导体行业的40%的份额。 整个半导体行业仍然在遵循着摩尔定律继续往前发展，系统级芯片（SoC）和 系统级封装（SiP）两大引擎推动着芯片和封装的持续精细化，化学放大光刻技术 会越来越显示出其重要的作用。 国外的化学放大光刻胶的主要供应商有：AZ Electronic Materials, Dow
中国化学放大光刻胶市场现状和趋势
从国内的相关产业对光刻胶的需求量看，目前主要还是以紫外光刻胶 的用量为主，其中中小规模和大规模集成电路企业、分立器件生产企业对 于紫外负性光刻胶的需求总量分别达到100吨/年~150吨/年；用于集成电 路、液晶显示的紫外正性光刻胶及用于LED显示的紫外正负性光刻胶需求 总量在700吨/年~800吨/年之间。
集成电路制作技术是半导体制造业的关键工艺，而光刻了光刻工艺的发展，并相应地推动着整个半导体行业 的快速发展。从成本上讲，光刻工艺占整个硅片加工成本的三分之一，决定光刻工 艺效果的光刻胶约占集成电路材料总成本的4%左右。
光刻胶的主要技术参数
a. 分辨率 - 区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸来衡量分辨率。 形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。 b. 对比度 - 指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的 侧壁越陡峭，分辨率越好。 c. 敏感度 - 光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值。光刻胶 的敏感性对于深紫外光、极深紫外光等尤为重要。 d. 粘滞性/黏度 - 衡量光刻胶流动特性的参数。 e. 粘附性 - 表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面 的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺。 f. 抗蚀性 - 光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐 热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。
介电材料PPT课件
第一章 电介质陶瓷
.
1
第一节 电介质陶瓷
• 电介质陶瓷是指电阻率大于108Ωm的陶瓷材料，能承受较强 的电场而不被击穿。按其在电场中的极化特性，可分为电绝缘 陶瓷和电容器陶瓷。随着材料科学的发展，在这类材料中又相 继发现了压电、铁电和热释电等性能，因此电介质陶瓷作为功 能陶瓷又在传感、电声和电光技术等领域得到广泛应用。
• 电绝缘陶瓷材料按瓷坯中主要矿物成分可分为钡长石瓷、高 铝瓷、高硅瓷、莫来石瓷、滑石瓷、镁橄榄石瓷、硅灰石瓷 及锆英石瓷等。
• 在无线电设备中，电绝缘瓷主要用于高频绝缘子、插座、瓷 轴、瓷条、瓷管、基板、线圈骨架、波段开关片、瓷环等。 陶瓷基片为绝缘陶瓷材料的主要研究方向，市场占有率也比 较高。
.
.
27
§ 1-2 典型低介装置瓷
预烧的作用: 促使晶型转变 减少胚体的烧结收缩率，保证产品尺寸的准确性 可使碱金属离子减少或去除，起纯化的作用，破坏 Al2O3颗粒聚集状态，以获得细颗粒的原料。
.
28
§ 1-2 典型低介装置瓷
(2) 化学法 铝的草酸盐热分解 醇盐水解 sol-gel法
.
38
§ 1-2 典型低介装置瓷
性质
AlN
SiC
导热率(w/m·k) (室温)
100~270
270
Al2O3 20
BeO 310
BN 20~60
电阻率（Ω·m） (室温)
>1012
1011
>1012
>1012
>1013
抗电强度（105v/m）
(室温)
140~170
0.7
100
100~140
300~400
声子热传导（类似于气体）
.
1
第一节 电介质陶瓷
• 电介质陶瓷是指电阻率大于108Ωm的陶瓷材料，能承受较强 的电场而不被击穿。按其在电场中的极化特性，可分为电绝缘 陶瓷和电容器陶瓷。随着材料科学的发展，在这类材料中又相 继发现了压电、铁电和热释电等性能，因此电介质陶瓷作为功 能陶瓷又在传感、电声和电光技术等领域得到广泛应用。
• 电绝缘陶瓷材料按瓷坯中主要矿物成分可分为钡长石瓷、高 铝瓷、高硅瓷、莫来石瓷、滑石瓷、镁橄榄石瓷、硅灰石瓷 及锆英石瓷等。
• 在无线电设备中，电绝缘瓷主要用于高频绝缘子、插座、瓷 轴、瓷条、瓷管、基板、线圈骨架、波段开关片、瓷环等。 陶瓷基片为绝缘陶瓷材料的主要研究方向，市场占有率也比 较高。
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27
§ 1-2 典型低介装置瓷
预烧的作用: 促使晶型转变 减少胚体的烧结收缩率，保证产品尺寸的准确性 可使碱金属离子减少或去除，起纯化的作用，破坏 Al2O3颗粒聚集状态，以获得细颗粒的原料。
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28
§ 1-2 典型低介装置瓷
(2) 化学法 铝的草酸盐热分解 醇盐水解 sol-gel法
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38
§ 1-2 典型低介装置瓷
性质
AlN
SiC
导热率(w/m·k) (室温)
100~270
270
Al2O3 20
BeO 310
BN 20~60
电阻率（Ω·m） (室温)
>1012
1011
>1012
>1012
>1013
抗电强度（105v/m）
(室温)
140~170
0.7
100
100~140
300~400
声子热传导（类似于气体）
第七章_低介电常数薄膜材料
7.1.2 低介电常数材料的研究思路
根据电介质理论，介质的极化不仅与偶极子 取向极化、离子极化和电子极化等极化过程有 关，还与介质中极化分子数密度有光，因此降 低分子极化能力和低极化分子数密度成为降低 介电常数的两条途径。但是通过降低分子极化 能力来降低介质的介电常数非常有限，降低极 化分子数密度成为获得超低介电常数的重要途 径。
低介电常数薄膜材料
7.1 低介电常数材料的研究背景 7.2 碳基低介电常数薄膜 7.3 硅基低介电常数薄膜 7.4 SiCOH多孔（超）低介电常数材料 的制备与性能
7.1 低介电常数材料的研究背景
7.1.1 纳电子器件对新互连材料的需求 在多层互连系统中，由互连阻容（RC）耦合增大 导致的信号传送延时、干扰增强和功率消耗增大问题 决定于互连材料性能和互连结构设计。 1. RC延时 多层连线系统的RC由下式给出:
3. 多孔硅薄膜
采用电化学技术制备的未氧化的多孔硅薄 膜作为多孔低k介质，近年来也得到了关注， 将薄膜的孔隙率提高到78%，可以将介电常数 减小到3.
4. 多孔SiCOH
采用PECVD技术制备的由Si、C、O和H组成的掺C非 晶玻璃材料（ SiCOH ）是目前低k介质中最有希望的竞争 者。以环形结构有机硅作为前驱分子，采用多相沉积技术， 在适当的等离子体条件下，可以获得平均孔尺寸小于 2.5nm、孔隙率为30%、k=1.95的超低k纳米多孔介质薄 膜。
7.4.1 SiCOH多孔（超）低介电常数材料 的加工技术
在SiCOH多孔（超）低k材料研究的早期，甩胶技术曾 是主要的制备技术。虽然这种技术易于获得多孔材料，并 且采用模板可以控制孔的定向生长，但是制备的多孔材料 由于力学性能差、热稳定性差，尤其是工艺与微电子工艺 不兼容，在材料的集成时面临着巨大困难。 随着与微电子工艺兼容性极好的PECVD技术在制备 SiCOH多孔（超）低k材料方面的突破，CVD技术受到人 们的青睐。目前等离子体增强的化学气相沉积 （PECVD）、电感耦合等离子体化学气相沉积（ICPCVD）、电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECRCVD）相继在SiCOH多孔（超）低k材料的制备中应用。
《印制板常用的材料》PPT课件
质的FCCL
〔2〕原材料
a、介质基片：PI、PET薄膜胶片,一般要求 具有良好的可挠曲性；
b、金属导体箔：普通ED、高延ED、RA、铜 铍合金箔和铝箔,一般要求具有良好的延展性, 常用的是高延ED和RA.常用厚度为18um、35 um 和70 um；
c、胶粘剂：PET类、EP/改性EP类、丙烯酸 类、酚醛/缩丁醛类、PI类,一般要求具有较好 的树脂粘合度和较低的Z轴热膨胀系数,常用的 为丙烯酸类和EP/改性PP类胶粘剂.
〔3〕按显影方式分：溶剂性型和水溶性 型
〔4〕按成分分：纯环氧树脂类、环氧— 丙烯酸共聚合物类、环氧—丙烯酸混合 物类和丙烯酸类.
3、组成：
绿油的主要成分：主树脂、溶剂、 引发剂、流平剂、填料和色料.
〔1〕主树脂：主要采用环氧树脂、 丙酸树脂及其共聚或共混物.
〔2〕溶剂：主要是低分子易挥发的 液态有机溶剂,可以通过它调整绿油 的粘度、加工性能等其它性能.
❖ PP的各项技术指标如下：
❖ 含胶量、流动度、凝胶时间、挥发物含量
❖ PP的新品种
❖ ①高Tg PP
⑤低CTE PP
❖ ②低介电常数PP
⑥无气泡 PP
❖ ③高耐CAF PP
⑦绿色 PP
❖ ④高尺寸稳定性 PP ⑧附树脂铜箔〔RCC〕
4、挠性CCL〔FCCL〕
〔1〕分类 按介质基材分：PI和PET 按阻燃性能分：阻燃型和非阻燃型 按制造工艺分：两层法和三层法 目前采用较多的为三层法生产的PI和PET介
三、绿油
1、用途 也称防焊或阻焊,可防止导体上等不应有 的贴锡,防止导体之间因潮气、化学品等 引起的短路,生产和装配中不良持取造成 的断路、绝缘及抵抗各种恶劣环境,保证 印制板功能等；同时绿油又是印制板的" 外衣",其外观质量也倍受关注.
〔2〕原材料
a、介质基片：PI、PET薄膜胶片,一般要求 具有良好的可挠曲性；
b、金属导体箔：普通ED、高延ED、RA、铜 铍合金箔和铝箔,一般要求具有良好的延展性, 常用的是高延ED和RA.常用厚度为18um、35 um 和70 um；
c、胶粘剂：PET类、EP/改性EP类、丙烯酸 类、酚醛/缩丁醛类、PI类,一般要求具有较好 的树脂粘合度和较低的Z轴热膨胀系数,常用的 为丙烯酸类和EP/改性PP类胶粘剂.
〔3〕按显影方式分：溶剂性型和水溶性 型
〔4〕按成分分：纯环氧树脂类、环氧— 丙烯酸共聚合物类、环氧—丙烯酸混合 物类和丙烯酸类.
3、组成：
绿油的主要成分：主树脂、溶剂、 引发剂、流平剂、填料和色料.
〔1〕主树脂：主要采用环氧树脂、 丙酸树脂及其共聚或共混物.
〔2〕溶剂：主要是低分子易挥发的 液态有机溶剂,可以通过它调整绿油 的粘度、加工性能等其它性能.
❖ PP的各项技术指标如下：
❖ 含胶量、流动度、凝胶时间、挥发物含量
❖ PP的新品种
❖ ①高Tg PP
⑤低CTE PP
❖ ②低介电常数PP
⑥无气泡 PP
❖ ③高耐CAF PP
⑦绿色 PP
❖ ④高尺寸稳定性 PP ⑧附树脂铜箔〔RCC〕
4、挠性CCL〔FCCL〕
〔1〕分类 按介质基材分：PI和PET 按阻燃性能分：阻燃型和非阻燃型 按制造工艺分：两层法和三层法 目前采用较多的为三层法生产的PI和PET介
三、绿油
1、用途 也称防焊或阻焊,可防止导体上等不应有 的贴锡,防止导体之间因潮气、化学品等 引起的短路,生产和装配中不良持取造成 的断路、绝缘及抵抗各种恶劣环境,保证 印制板功能等；同时绿油又是印制板的" 外衣",其外观质量也倍受关注.
电介质极化与介电常数
电气传导特性： 主要物理量为绝缘电导和泄漏电流 电气击穿特性： 主要物理量为击穿场强
一、电介质的极化及 介电常数
极化现象
平板真空电容器电容量：
C0
Q0 U
0A
d
插入固体电解质后电容量：
C Q0 Q' A
U
d
相对介电常数：
r
0
C C0
Q0 Q' Q0
相对介电常数是反映电介 质极化程度的物理量
Q' — 由电介质极化引起的 束缚电荷
一、极化现象
电介质原先不显电性，放入到电场时，由于电场的作 用电介质内部物理结构发生变化，结果导致电介质内 部电荷分布发生变化，出现束缚电荷，整体上对外显 现电性。这个过程称作极化
+ + + + + + + E0
极化前
--- - - --
极化后
电介质的极化有五种基本形式：
气体种类
氦 氢 氧 氮 甲烷 二氧化碳 乙烯 空气
相对介电常数
1.000072 1.000027 1.00055 1.00060 1.00095 1.00096 1.00138 1.00059
液体电介质的介电常数
非极性和弱极性电介质：属于这类的液体电介质有很多， 如石油、苯、四氯化碳、硅油等。它们的相对介电常数都 不大，其值在1.8~2.8范围内。介电常数和温度的关系和 单位体积中的分子数与温度的关系相似 偶极性电介质：这类介质的相对介电常数较大，其值在 3~80范围，能用作绝缘介质的εr值在3~6左右。此类液体 电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但 通常损耗都较大，蓖麻油和几种合成液体介质有实际应用
研究电介质电气性能意义
电介质材料ppt课件
烧结型固体电解质片状钽电容器
固体钽电解电容器的构造表示图
它的正极的制造过程为:用非常细的钽金属粉压制成块，在高温及高真空 条件下烧结成多孔形基体，然后再对烧结好的基体进展阳极氧化，在其外 表生成一层Ta2O5膜，构成以Ta2O5膜为绝缘介质的钽粉烧结块正极基体。
其负极的制造过程是:在钽正极基体上浸渍硝酸锰，经高温烧结而构成固 体电解质MnO2再经过工艺处置构成负极石墨层，接着再在石墨层外喷涂 铅锡合金等导电层，便构成了电容器的芯子。可以看出，固体钽电解电容 器的正极是钽粉烧结块，绝缘介质为Ta2O5，负极为MnO2固体电解质。 将电容器的芯子焊上引出线后再装入外壳内，然后用橡胶塞封装，便构成 了固体钽电解电容器。
2. 电容器纸的浸渍
图中，Cc、Cg分别为由纤维素及气隙极化构成的电容量；x为气 隙在纸中所占的体积分数。由此可根据串联等效电路表示出浸渍 液体介质后纸的总介电常数：pl1xxf1f 1xf1f 1
式中，εf、ε1分别为纤维素和液体浸渍料的介电常数；x为纤维素密度系数。
2. 电容器纸的浸渍
当采用固体浸渍料时，由于固化收缩后会留下部分空隙，其等效电路 如图6.1.3(b)所示。这时浸渍纸的总介电常数可表为:
§ 6.1.4 陶瓷电容器介质
陶瓷电容器的用量约占整个电容器的40%左右， 相当于铝电解和钽电解电容器的总和，作为陶瓷 电容器钓介质称为“介电陶瓷〞，其特点有四个：
①、介电系数大，以制造小体积、分量轻的陶瓷电容器，ε↑→电容 器体积↓→整机体积、分量↓ ②、介质损耗小，tgδ=〔1~6〕×10-4，保证回路的高Q值。高介电 容器瓷任务在高频下时ω↑、tgδ↑ 。 ③、陶瓷电介质及高稳定导电电极Ag、Pt、Pd等均经过高温烧 结，具有高强度构造和高可靠性，耐高任务温度。本身不仅作为电 介质，同时作为基体和支承构造。 ④具有高电阻率，高耐电强度。
材料的性能PPT课件
切削参数
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
材料物理材料的介电性能PPT课件
例如，H2O Hcl CO SO2
因无序排列对外不呈现电性。
电子云的 正电中心
电介质
极化面 电荷
–
+–
+
+ – + –
+
–
+–
+ – E0 + –
+
–
–
+ – + –
+–
+
–
+ –E E+ –
+–
+
无外场时，电偶极子杂乱无章的排列
3、极化机制
电子位移极化
无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。
A、电容材料
I、存储电能
传统 电容 器
VS
电 池
超级电 容器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容器和电池 特性,能提供比静电电容器更高的能量密度,比电池更高的功 率密度和更长的循环寿命。
A、电容材料
I、存储电能
A、电容材料
A、电容材料
I、存储电能
制备高性能的超级电容器有2个途径: A、是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量; B、是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,从而提 高准电容容量。 实际应用中,这2种储能机理往往同时存在。
A、电容材料
I、存储电能
原理 种类 优点 缺点
研究热点
碳素材料
以双电层为主
活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）；碳纳米 管（CNTs）；炭气凝胶（CAGs）；石墨等
3、极化机制
离子位移极化
因无序排列对外不呈现电性。
电子云的 正电中心
电介质
极化面 电荷
–
+–
+
+ – + –
+
–
+–
+ – E0 + –
+
–
–
+ – + –
+–
+
–
+ –E E+ –
+–
+
无外场时，电偶极子杂乱无章的排列
3、极化机制
电子位移极化
无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。
A、电容材料
I、存储电能
传统 电容 器
VS
电 池
超级电 容器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容器和电池 特性,能提供比静电电容器更高的能量密度,比电池更高的功 率密度和更长的循环寿命。
A、电容材料
I、存储电能
A、电容材料
A、电容材料
I、存储电能
制备高性能的超级电容器有2个途径: A、是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量; B、是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,从而提 高准电容容量。 实际应用中,这2种储能机理往往同时存在。
A、电容材料
I、存储电能
原理 种类 优点 缺点
研究热点
碳素材料
以双电层为主
活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）；碳纳米 管（CNTs）；炭气凝胶（CAGs）；石墨等
3、极化机制
离子位移极化
《材料的介电性能》课件
电容和电感的应用
电容的应用
在电子设备中，电容被广泛应用于滤 波、去耦、旁路、调谐等场合，以实抑制电磁 干扰、阻尼振荡和磁性元件等，同时 也在无线通信、电力传输等领域有广 泛应用。
电容和电感的计算方法
电容的计算方法
根据电容的定义，可以通过测量电容器极板上的电荷量和电压来计算电容的大小。此外，还可以通过介质常数、 电极面积和间距等参数来计算电容。
生物医学应用
介电材料在生物医学领域也有广泛应用，如制备生物传感器、药物载 体和组织工程支架等。
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《材料的介电性能》ppt课件
contents
目录
• 介电性能概述 • 介电常数 • 介质损耗 • 电容和电感 • 介电性能的应用
01
介电性能概述
介电性能的定义
介电性能是指材料在电场作用下表现 出的性质，包括电导率、介电常数、 介质损耗等。
它反映了材料对电场的响应和作用， 是材料在电气工程领域应用的重要基 础参数之一。
集成电路封装
在集成电路的封装过程中，介电材料用于绝缘和 保护内部电路，同时提供导热性能。
在电力工程中的应用
1 2
绝缘子
高压输电线路中的绝缘子要求材料具有高介电强 度和良好的耐老化性能，以确保电力传输的安全 。
高压设备绝缘
在电力变压器、开关设备等高压电气设备中，介 电材料用于绝缘和支撑，确保设备正常运行。
常数越大。
温度
温度对介电常数有一定影响， 温度升高，介电常数可能减小
。
压力
压力对介电常数的影响较小， 但在高压下，介电常数可能会
有所变化。
频率
在高频电磁场下，介电常数与 电磁波的频率有关，频率越高
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b图中的放热峰对应于 CH3的高温分解 有机基团的分解率为: 氧气>空气>氮气
样品经改性和不同气氛中 退火后,在1MV/CM处,漏电 流从1.25*10-3A/CM2降到 6-8*10-6A/CM2
在前5天介电常数升高,然后增加缓慢,说明虽然薄膜含56% 的孔隙率,但孔内的湿气浓度没显著的增加,这表明薄膜具有 大量封闭的孔结构
低损耗 低漏电流 低电荷陷阱 高可靠性
介电击穿强度 >2-3 MV/cm
良好的刻蚀速率和刻蚀选择 性
高化学稳定性 高纯度 无环境污染 低成本、商用
低热失重 <1 %
残余应力 &l一般标准
Surface modified silica mesoporous films as a low dielectric constant intermetal dielectric
经10%的HMDS处理后, 由于HMDS中的-CH3取 代-OH使3300-3600cm-1 处的峰减少
的随 之原处 间因理 是时 因甲间 此基的 需占增 做据加 进了样 一孔品 步洞的 的空介 脱间电 此常 数 处时和 理样耗 品 的散 介因 电子 常都 数增 为加 可 能 . 3.0-
3.5 , .
电学性质 低k值（k<3）
化学性质 耐腐蚀性（暴露在酸、碱或 剥离溶液中时，材料 不变化） 高憎水性（在100 %的湿度 下，吸湿<1 %） 不侵蚀金属 水中溶解度低 低气体渗透性
热学性质 高热稳定性 （Tg>400℃） 热扩散系数 <50 ppm/℃ 低热胀率 高热导率 高熔点
机械特性 与金属或其他介电材料有 很好的黏附性 高弹性模量 >1 GPa 高硬度 与CMP兼容 抗碎裂性
Investigation of deposition temperature effect on properties of PECVD SiOCH low_k films
当器件尺寸小于0.25微米后，克服阻容迟滞 （RCDelay）而引起的信号传播延迟、线间干扰以 及功率耗散等，就成为集成电路工艺技术发展不可 回避的课题。金属铜（Cu ）的电阻率比金属铝的 电阻率低约40%。因而用铜线替代传统的铝线就成 为集成电路工艺发展的必然方向。如今，铜线工艺 已经发展成为集成电路工艺的重要领域。与此同时， 低介电常数材料替代传统绝缘材料二氧化硅也就成 为集成电路工艺发展的又一必然选择。
一. 二. 三. 四.
研究背景 低介电常数材料的特点及分类 文献分析 小结
一.
研究背景 在集成电路工艺中，有着极好热稳定性、抗湿性 的二氧化硅（SiO2）一直是金属互联线路间使 用的主要绝缘材料。而金属铝（Al）则是芯片中 电路互联导线的主要材料。然而，随着集成电路 技术的进步，具有高速度、高器件密度、低功耗 以及低成本的芯片越来越成为超大规模集成电路 制造的主要产品。此时，芯片中的导线密度不断 增加，导线宽度和间距不断减小，互联中的电阻 （R ）和电容（C ）所产生的寄生效应越来越明 显。
二. 低介电常数材料的特点及分类 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,离 子极化率以及分子极化率.其二是：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0.18微米 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，从而使材 料的介电常数从4.2降低到3.6左右。为进一步降低 材料的介电常数，人们在二氧化硅中引入了碳（C） 元素：即利用形成Si-C及C-C键所联成的低极性网 络来降低材料的介电常数。例如无定形碳薄膜的研 究，其材料的介电常数可以降低到3.0以下。
1060对应于横向 光学振动模式Si-O -Si非对称伸缩振动 模式,1100对应于 丛向光学振动模式 775对应于Si-O-Si 的对称伸缩振动 1277处的Si-C键和 2975处的CH3说明 没有破坏多孔薄膜 的疏水性
孔 尺 寸 小 于
40nm,1 2.5nm
微 米 范 围 的 平 均 粗 糙 度 约
, -OH
(1) O2 , (2) N2 , (3) air, (4) air+N2 (annealing in nitrogen at 400 °C for 0.5 h after heat treatment in air), and (5) air+forming gas (5% H2+95% N2) (annealing informing gas at 400 °C for 0.5 h after heat treatment In air) 在O2和N2中退火后K~5,O2中 疏水基团的快速分解.N2中由 于大量的-OH导致硅烷醇热转 移失效而保留了硅烷醇和小的 孔体积分数,导致高介电常数.
针对降低材料密度的方法，其一是采用化学气相 沉积（CVD）的方法在生长二氧化硅的过程中 引入甲基（-CH3），从而形成松散的SiOC:H 薄 膜，也称CDO（碳掺杂的氧化硅），其介电常数 在3.0左右。其二是采用旋压方法（spin-on）将 有机聚合物集成电路工艺。这种方法兼顾了形成低 极性网络和作为绝缘材料用于高空隙密度两大特点， 因而其介电常数可以降到2.6以下。但致命缺点是机 械强度差，热稳定性也有待提高。
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 15 SEPTEMBER 2002
Sol A, was prepared by adding TEOS in Ethanol with HCl as a catalyst. Sol B, was made by dispersing MTES in ethanol with NH4OH as a catalyst.