电介质第三章复习资料

电介质的电导：弱联系的带电质点在电场作用下作定向漂移从而构成传导电流的过程 电介质的导电形式：（1）离子电导 载流子是正、负离子（或离子空位）在弱电场中，主要是离子电导。（2）电子电导 载流子是电子（或电子空穴），在强电场中，禁带宽度比较小，薄层介质中主要是电子电导。（3）电泳电导 载流子是带电的分子团，分子团可以是老化了的粒子、悬浮状态的水珠或者杂质胶粒，在电场作用下进行定向漂移，形成电泳电导。 电介质的击穿：当外加电场增加到相当强，达到某一临界值时电介质的电导不再服从欧姆定律，电导率突然剧增，电介质由绝缘状态变成导电状态。 电介质击穿形式：热击穿，电击穿，电化学击穿 固体电介质的离子电导：

1.本征离子电导 决定了高温电导,来自热缺陷中的填隙离子和离子空位. 而离子空位的移动是由离子的移动来完成的.特点：a.离子晶体的本征电导的载流子浓度与晶体结构的紧密程度和离子半径的大小有关。b.结构紧密的晶体主要是肖特基缺陷，肖特基缺陷往往是成对产生的，但正离子和负离子对电导的贡献有差别。c.结构松散的晶体主要是弗能克尔缺陷，载流子主要是正填隙离子和正离子空位。

迁移率，电导率计算 顺电场方向、逆电场方向跃迁的几率分别是 假设单位体积中弱系离子数为n,顺电场方向跃迁的离子数 每个离子,在单位时间,单位体积顺电场方向跃迁的次数乘以离子跃迁经过的距离----离子的

平均跃迁速度 这时离子的平均迁移速度为 离子的迁移率为

2.弱系离子电导：与晶格点阵联系较弱的离子活化而形成导电载流子，主要是杂质离子和晶体位错与宏观缺陷处的离子引起的电导。它往往决定了晶体的低温电导。晶体电介质中离子

电导的机理具有离子跃迁的特征，而且参与导电的也只是晶体中部分活化了的离子或离子空位。在非离子晶体、或离子晶体中低温热缺陷数目很少的情况下是低温电导的主要成分

低温时，以弱系离子电导为主： 高温时，以本征离子电导为主 在很宽的温度范围内，实验所得到的lnγ～f （1/T ）的关系是具有不同斜率的两条直线。斜率较小的直线对应于弱联系离子电导，斜率较大的直线对应于本征离子电导.

固体电介质的电子电导: ①.各种机构提供的电子，在电场不太强时，数量极少，固体电介质的电子电流是极其微弱的。②.随着外加电场的增加，杂质能级上的电子、隧道效应以及热电子发射等因素的作用加大了，电子电流才相应地增加。 ③大部分固体电介质的电子电

导率的温度关系也像离子电导率一样遵循指数规律 ④对于过渡元素金属氧化物，

通常它的活化能都比较小，载流子数又多，所以，在低温和室温下，电子电导常起主要作用. 固体电介质的表面电导 影响表面电导的因素:1.空气湿度对表面电导的影响干燥空气中时，kT U U e /)(2161?---=νωkT

U U e

/)(1261?+--=νω)

(1221---=?ωωn n )(1221---=ωωδv kT U e kT U ?±

≈?±1/E e kT q kT

U ?=-62νδνkT

U e

kT

q E -==62νδνμkT

U U f

f f

e kT q nn q n 2)2(2221'6)(+-==νδμγkT U U s s S

e kT nq q n 2)(226+-==νδμγT

B

T B e A e A 2

121--+=γT B e A 22

-=γT

B A 2

2ln ln -=γT

B e

A 1

1-=γT

B A 11ln ln -

=γkT

U

e e

e A -

=

γV G V d l I S S S ==γd

l

G S S γ=S S γρ1=S S G R 1=S

S J l

I =E J S S γ=

电介质表面的电导率γs 很小;2.电介质表面的分子结构,亲水性电介质电导率升高,疏水性电介质电导率很小，大气湿度对它的影响较小;3.电介质表面的状况

降低固体电介质的表面电导的途径:除了尽可能地采用疏水性电介质，还要保持电介质表面的清洁、平滑无孔; 对于亲水性电介质，则可在其表面涂覆疏水性电介质层 瓦格纳热击穿理论:

单位时间内通道中由于电流通过而发出的热量为

d S V R V Q γ

2

2

10.240.24== )(00t t a t e -=γγ 通道散发的热量为 d t t Q )-(02β=

求热击穿

电压Vm

m

m

m

m

t t t t dt

dQ dt

dQ Q Q 21

2

1

=

=得到

2

00

24.024.0at de

a

e S d a

e S e V at m -

-???=

???=

βρβρ

)

(00

t t a t e

--=ρρ

固体电介质热击穿的实验结果和分析：1.击穿场强与电介质厚度的关系：陶瓷与玻璃的击穿

场强均与厚度有关，在试样厚度较小时的击穿场强比较高。2.击穿电压与温度的关系：logVm 和都与1/T 成直线关系，但logVm 的斜率比logρ的斜率的一半要小，这可能与玻璃中产生的空间电荷使电场发生畸变有关。3.热击穿电压与频率的关系：在高频电压作用下,热击穿更容易发生，热击穿场强随频率的增高而降低。提高固体电介质的热击穿电压：①.选取电阻率大、介质损耗小、耐热和导热性能 优良的电介质;②.采取有效的散热措施，如加大电极的散热面积，涂敷辐射系数大的颜色（红色）等。

碰撞电离理论-固体电介质电击穿的判断依据:电子从电场获得的能量的速率大于与晶格碰撞而消耗的能量速率.

平衡状态：),(),(T E B E E A k k =

在电场作用下产生电子崩，电子具有的动能E k 必须满足以下的条件: U E E k k <<'

单电子近似—纯晶体或低温含杂晶体电击穿场强()()U

E ,T E B ,E E A k K m K ==B m

E e A ==

τ2

2

得到21

2

)(

τ

e mB E m =

集合电子近似—高温下含杂晶体和无定形电介质()()T T B T T E A m m m ,,,= kT

U

m Ce

E 2?=

由理论可知：1.温度的升高，晶格振动加强;电击穿场强升高；2.杂质的引进,晶体点阵发生畸变，这都使得电子与晶格的碰撞次数增加，电子的平均寿命缩短，电击穿场强升高；3.电击穿场强一般与电介质试样的厚度无关。但当试样的厚度相当薄，薄到小于电子的平均自由行程时，由于电子尚未加速，已进到阳极复合.这种情况下的电击穿场强也要升高。

电击穿的实验结果: 1.在均匀电场中，选用合适的媒质，消除了边沿效应以后，得到击穿场强与厚度无关的结果；2.存在一个临界温度，在这温度以下，击穿场强随温度上升而升高;在这温度以上则随温度的上升而下降；3.当含有微量杂质时，低温区的击穿场强提高;杂质含量比增加时，临界温度将降低；4. 离子晶体的电击穿场强与离子的体积大小有关，随离子体积的增加而减小；5. 电介质由晶态转为非晶态时，电击穿场强与温度的关系随之而变；6.在均匀电场中纯电击穿的情况下，固体电介质的电击穿场强在低温时一般与厚度无关;但当

厚度小到非常薄以后，击穿场强随厚度的减小而上升，出现强化现象.

纯晶体电击穿和含杂晶体电击穿有何不同？击穿电压与温度的关系如何？

在纯晶体中，电击穿主要是导电电子从电场获得能量，然后在于晶格碰撞时失去能量的不平衡；在含杂情况下，低温时的电击穿与纯晶体是相似的。在高温下，杂质能级上的电子与晶格的相互碰撞作用大于导电电子直接与晶格的相互碰撞作用，导电电子从电场获得的能量迅速在电子中进行能量交换，不能及时传给晶格。电子从电场获得的能量的速率大于电子传给晶格而消耗的能量速率，形成雪崩，导致含杂晶体击穿。

温度升高引起晶格振动加强，杂质晶体中，杂质使晶体点阵发生畸变，使得电子与晶格的碰撞增加，电子的平均寿命缩短，电击穿电压增大，当温度继续增大至一临界温度时，电击穿电压随温度升高而下降

电容器的工作原理及结构

电容器工作原理这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。 电容 diànróng 1. [capacitance；electric capacity]：电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量，非导电体的下述性质:当非导电体的两个相对表面保持某一电位差时（如在电容器中），由于电荷移动的结果，能量便贮存在该非导电体之中 2. [capacitor；condenser]：电容器的俗称 [编辑本段]概述 定义： 电容（或称电容量[4]）是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。 电容的符号是C。 在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是： 1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 相关公式： 一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法，即：C=Q/U 但电容的大小不是由Q或U决定的，即：C=εS/4πkd 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d.（ε为极板间介质

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

第12章静电场中的导体和电介质(精)

第12章 静电场中的导体和电介质 12-1 一导体球半径为R 1,外罩一半径为R 2的同心薄导体球壳,外球壳所带总电荷为Q,而内球的电势为V 0.求此系统的电势和电场分布. 12-2 如图所示,在一半径为R 1=6.0cm 的金属球A 外面套有一个同心的金属球壳B.已知球壳B 的内、外半径分别为R 2=8.0cm,R 3=10.0cm.设A 球带有总电荷Q A =3.0×10-8C,球壳B 带有总电荷Q B =2.0×10-8C.求（1）球壳B 内、外表面上所带的电荷以及球A 和球壳B 的电势；（2）将球壳B 接地后断开，再把金属球A 接地，求金属球A 和球壳B 内、外表面上所带的电荷以及球A 和球壳B 的电势。 12-3 如图所示，三块平行导体平板A ，B ，C 的面积均为S ，其中A 板带电Q ，B ，C 板不带电，A 和B 间相距为d 1,A 和C 之间相距为d 2,求（1）各导体板上的电荷分布和导体板间的电势差；（2）将B ，C 导体板分别接地，再求导体板上的电荷分布和导体板间的电势差。 12-4 如图所示，在真空中将半径为R 的金属球接地，在与球O 相距为r(r>R)处放置一点电荷q ，不计接地导线上电荷的影响，求金属球表面上的感应电荷总量。 图 习题3.12A B 1 R 2 R 3 R 图 习题2.12

12-5 地球和电离层可当作一个球形电容器，它们之间相距约为100km ，试估算地球电离层系统的电容，设地球与电离层之间为真空。 12-6 两线输电线的线径为3.26mm ，两线中心相距离0.50m ，输电线位于地面上空很高处，因而大地影响可以忽略，求输电线单位长度的电容。 12-7 如图所示，由两块相距为0.50mm 的薄金属板A ，B 构成的空气平板电容器，被屏蔽在一个金属盒K 内，金属盒上，下两壁与A 、B 分别相距0.25mm ，金属板面积为30×40mm 2，求： （1） 被屏蔽后的电容器电容变为原来的几倍； （2） 若电容器的一个引脚不慎与金属屏蔽盒相碰，问此时的电容又为原来的几 倍。 12-8 如图所示，在点A 和点B 之间有五个电容器，其连接如图所示，（1）求A 、B 两点之间的等效电容；（2）若A 、B 之间的电势差为12V ，求U AC ，U CD 和U DB . A B 图 习题7. 12图习题4.12

高介电系数电介质材料的研究现状及发展

高介电系数电介质材料的研究现状及发展 摘要：随着信息、电子和电力工业的快速发展，以低成本生产具有高介电常数损耗的聚合物基复合材料成为行业关注的热点。因此，研究具有高介电常数的聚合物基复合材料具有十分重要的学术意义和实用价值。高介电常数的聚合物基电介质材料无论是在电力工程，还是在微电子行业都具有十分重要的作用。研究以纳米和微米尺度的高介电常数的制品，采用特殊的工艺制备了高介电常数的聚合物基纳米功能电介质复合材料。研究了制备工艺、添加物含量、以及微米/纳米等因素对复合电介质材料介电性能的影响。以及利用碳纳米管掺杂聚合物制备柔性高介电常数复合材料的研究现状。 关键词：高介电性能复合材料碳纳米管聚合物介电损耗 1电介质材料的应用领域 碳纳米管由于其独特的力学、磁学、电学等性能，在电介质材料领域其应用已涉及电极材料、纳米电子器件、复合材料等多方面逐渐形成了材料界和凝聚态物理界的前沿和热点。其中，具有高介电常数的聚合物基复合材料更是受到广泛的关注。这是因为，在电气工程领域，这类复合材料具有高介电常数、低密度以及易于低成本加工等优点，因此既可用作高储能密度电容器的介质材料，也可用作高压电缆均化电场的应力锥材料。在微电子领域，通过选择合适的聚合物基体，可以在印制电路板上快速大规模的制备高电容的嵌入式微电容器，这种高电容的微电容器可以保证集成电路的高速和安全运行。在微机电和生物工程领域，这类高介电常数柔性复合材料可被用于人工肌肉和药物释放智能外衣材料等。通常，提高聚合物基复合材料介电常数的方法主要是，将高介电常数的陶瓷粉末利用特殊的复合工艺添加到聚合物基体中形成。 2聚合物基复合体系的介电性 聚合物基复合体系的介电性能依赖于各组分材料的物理性质、复合材料的制备工艺、填料与聚合物间的表面与界面以及介电常数增加的机理等，特别是利用渗流效应提高材料的介电常数时，填料的形状和尺寸会大大影响复合材料的介电性能。如多壁碳纳米管（MWNT）改性前后填充的聚合物基复合材料的介电性能为主要内容，对引起复合材料介电性能和渗流阈值的差异进行了比较详细地分析。同时，基于研究的结果，展望了这类材料的未来发展动向。近年来，具有良好的压电和热电效应的柔性聚合物材料受到关注，特别是具有铁电性能的含氟聚合物。但是，在这些材料的一些应用领域（例如高储能电容器等），要求聚合物具有高的介电常数。由于这类材料本身的介电常数较高（接近10），所以选用PVDF作为基体材料，制备碳纳米管填充的复合材料，并研究复合材料的形貌、晶体结构和介电性能等。 3高介电常数高分子复合材料的研究进展

陶瓷电容及其介质

贴片电容贴片电容(单片陶瓷电容器)是目前用量比较大的常用元件，就AVX公司生产的贴片电容来讲有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的规格，不同的规格有不同的用途。下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法，这里我们引用的是AVX公司的命名方法，其他公司的产品请参照该公司的产品手册。NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。 一NPO电容器 NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。 NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%，相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。下表给出了NPO电容器可选取的容量范围。 封装DC=50V DC=100V 0805 0.5---1000pF 0.5---820pF 1206 0.5---1200pF 0.5---1800pF 1210 560---5600pF 560---2700pF 2225 1000pF---0.033μF 1000pF---0.018μF NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。 二X7R电容器 X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。 X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。 X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围。 封装DC=50V DC=100V 0805 330pF---0.056μF 330pF---0.012μF 1206 1000pF---0.15μF 1000pF---0.047μF 1210 1000pF---0.22μF 1000pF---0.1μF 2225 0.01μF---1μF 0.01μF---0.56μF 三Z5U电容器 Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于Z5U 电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下 Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。

第 三 章 静电场中的电介质

第 三 章 静电场中的电介质 （6学时） 一、目的要求 1．掌握电介质极化机制，熟悉极化强度、极化率、介电常数等概念。 2．会求解极化强度和介质中的电场。 3．掌握有介质时的场方程。 4．理解电场能量、能量密度概念，会求电场的能量 。 二、教学内容与学时分配 1．电介质与偶极子（ 1学时） 2．电介质的极化（1学时） 3．极化电荷（ 1学时） 4．有电介质时的高斯定理（1学时） 5．有介质的场方程（1学时） 6．电场的能量（1学时） 三、本章思路 本章主要研究电介质在静电场中的特性，其基本思路是：电介质与偶极子→电介质的极化→电介质的极化规律 →有介质的静电场方程 →静电场的能量。 四、重点难点 重点：有介质的静电场方程 难点：电介质的极化规律。 五、讲授要点 §3.1 电介质与偶极子 一、教学内容 1．电介质概述 2．电介质与偶极子 3．偶极子在外电场中受到的力矩 4．偶极子激发的静电场 二、教学方式、 讲授 三、讲课提纲 1.电介质概述 电介质是绝缘材料，如橡胶、云母、玻璃、陶瓷等。 特点：分子中正负电荷结合紧密，处于束缚状态，几乎没有自由电荷。 当导体引入静电场中时，导体对静电场有很大的影响，因静电感应而出现的感应电荷 产生的静电场在导体内部将原场处处抵消，其体内00='+=E E E ???，且表现出许多特性，

如导体是等势体、表面是等分为面、电荷只能分布在表面等；如果将电介质引入电场中情况又如何呢？实验表明，电介质对电场也有影响，但不及导体的影响大。它不能将介质内 部的原场处处抵消，而只能削弱。介质内的电场00≠'+=E E E ? ??。 2．电介质与偶极子 (1)电介质的电结构 电介质原子的最外层电子不像金属导体外层电子那样自由，而是被束缚在原子分子上，处于事缚状态。一般中性分子的正负电荷不止一个，且不集中于一点，但它们对远处一点的影响可以等效为一个点电荷的影响，这个等效点电荷的位置叫做电荷“重心”。分子中电荷在远处一点激发的场近似等于全部正负电荷分别集中于各自的“重心”时激发的场，正负电荷“重心”重合在一起的称无极分子，如 H ,N ,CO 等。正负电荷“重心”不重合在一起的称有极分子，像SO ,H O,NH 等。这样一个分子等效为一个偶极子。 (2)偶极子 两个相距很近，带等量异号电量的电荷系统叫做偶极子 ①偶极子在外场中受到的力矩 均匀外场中，0=∑F ρ 但受到一个力矩：θθθsin sin *2 *sin *2*qLE L F L F T =+= 定义：L q P ρ ρ= 称为偶极子的偶极矩，上式可写为： E P T ρ ρρ?= 满足右手螺旋关系 Q 、L 可以不同。但只要其乘积qL 相同，力矩便相同。此力矩总是企图使偶极距转到外电场的方向上去； 非均匀外场中，0≠ ∑F ρ ∑≠0T ρ 如摩擦事的笔头吸引纸屑，其实质就是纸屑在笔头电荷的非均匀电场中被极化，等效为偶极子，偶极子受到非均匀电场的作用力（指向场强增大的方向）而向笔头运动。 ②偶极子的场 中垂面上一点的场强：场点到q ±的距离相等，产生的场强大小相等为： 4 412 2 l r q E E + = =-+πεF ρ 图3-3 +q -q l ? E ρ F ρ θ 图3-1 图3-2

High-K和Low-K电介质材料

High-K和Low-K电介质材料 不同电介质的介电常数k 相差很大，真空的k 值为1，在所有材料中最低；空气的k值为1.0006；橡胶的k值为2.5～3.5；纯净水的k值为81。工程上根据k值的不同，把电介质分为高k(high-k)电介质和低k(low-k)电介质两类。介电常数k ＞3.9 时，判定为high-k；而k≤3.9时则为low-k。IBM将low-k标准规定为k≤2.8，目前业界大多以2.8作为low-k电介质的k 值上限。 一、High-K电介质材料 随着集成电路的飞速发展，SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET，器件高集成度的要求，需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2。[1]所谓High-K电介质材料，是一种可取代二氧化硅作为栅介质的材料。它具备良好的绝缘属性，同时可在栅和硅底层通道之间产生较高的场效应（即高-K）。两者都是高性能晶体管的理想属性。 High-K电介质材料应满足的要求：：(1) 高介电常数,≤50 nm CMOS 器件要求k >20；(2)与Si 有良好的热稳定性；(3)始终是非晶态，以减少泄漏电流； (4)有大的带隙和高的势垒高度，以降低隧穿电流；(5) 低缺陷态密度/ 固定电荷密度，以抑制器件表面迁移率退化。[2] 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。 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，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。东芝公司2004年采用SiO2作为栅介质，多晶硅为栅极，试制成功等效氧化层厚度（EOT）为1nm的符合22nm工艺要求的

高k材料(精品文档)

高k栅介质材料研究 黄玲10092120107 摘要 在传统的MOSFET中，栅介质材料大部分采用二氧化硅，因为SiO2具有良好的绝缘性能及稳定的二氧化硅—硅衬底界面。然而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。 关键字：高介电常数；MOSFET； 1.引言 过去的几十年中，SiO2容易在硅表面氧化生长，工艺简，单热稳定性好，作为栅介质材料，是一种非常重要的绝缘材料。但随着集成电路规模的不断增大，需要减小器件的特征尺寸。对于给定的电压，增加电容量有两种途径:一种是减小栅绝缘层的厚度，一种是增加绝缘层的介电常数。对于SiO2来说，由于其介电常数较小，只有3. 9 ，当超大规模集成电路的特征尺寸小于0. 1μm时，SiO2绝缘层的厚度必须小于2nm ，这时，无法控制漏电流密度。而且，当SiO2薄膜的厚度小于7nm 时，很难控制这么薄SiO2薄膜的针孔密度。另外SiO2难以扩散一些电极掺杂物，比如硼。薄氧化层带来的另一个问题是，因为反型层量子化和多晶硅栅耗尽效应的存在，使等效电容减小，导致跨导下降。因此，有必要研究一种高介质材料（又叫高- k 材料）来代替传统的SiO2。 2.1传统晶体管结构的瓶颈及转变方向 进入21 世纪以来集成电路线宽进一步缩小，SiO2栅介质层厚度成为首个进入原子尺度的关键参数，由公式 C=ε *ε0* A/Tox， 为了保证CMOS 晶体管的功能特性，增大C，最直接的做法是降低二氧化硅的厚度Tox，然而当Tox很小时会产生以下问题: （1）漏电流增加，使MOSFET功耗增加。（2）杂质扩散更容易通过SiO2栅介质薄膜，从栅极扩散到衬底，影响MOSFET参数，如阈值电压（3）因为反型层量子化和多晶硅栅耗尽效应的存在，使等效电容减小，导致跨导下降。（4）当SiO2栅介质薄膜做到很薄时，难以控制SiO2薄膜的针孔密度。（5）制作如此薄的SiO2栅介质在工艺上很难做到。 于是，在不能再减小Tox的情况下，研究方向转为增大ε，由于SiO2介电常

第13章电介质

第十三章 电介质 一、选择题 1、关于高斯定理，下列说法中哪一个是正确的 (A) 高斯面内不包围自由电荷，则面上各点电位移矢量D 为零． (B) 高斯面的D 通量仅与面内自由电荷有关． (C) 高斯面上处处D 为零，则面内必不存在自由电荷． (D) 以上说法都不正确． ［ B ］ 2、关于静电场中的电位移线，下列说法中，哪一个是正确的 (A) 起自正电荷，止于负电荷，不形成闭合线，不中断． (B) 任何两条电位移线互相平行． (C) 起自正自由电荷，止于负自由电荷，任何两条电位移线在无自由电荷的空间不相交． (D) 电位移线只出现在有电介质的空间． ［ C ］ 3、一导体球外充满相对介电常量为r 的均匀电介质，若测得导体表面附近场强为E ，则导体球面上的自由电荷面密度为 (A) 0 E ． (B) 0 r E ． (C) r E ． (D) (0 r -0)E ． ［ B ］ 4、在空气平行板电容器中，平行地插上一块各向同性均匀电介质板，如 图所示．当电容器充电后，若忽略边缘效应，则电介质中的场强E 与空 气中的场强0E 相比较，应有 (A) E = E 0，两者方向相同． (B) E > E 0，两者方向相同． (C) E < E 0，两者方向相同． (D) E < E 0，两者方向相反． ［ C ］ 5、设有一个带正电的导体球壳．当球壳内充满电介质、球壳外是真空时，球壳外一点的场强大小和电势用E 1，U 1表示；而球壳内、外均为真空时，壳外一点的场强大小和电势用E 2， U 2表示，则两种情况下壳外同一点处的场强大小和电势大小的关系为 (A) E 1 = E 2，U 1 = U 2． (B) E 1 = E 2，U 1 > U 2． (C) E 1 > E 2，U 1 > U 2． (D) E 1 < E 2，U 1 < U 2． ［ A ］ 6、在一点电荷q 产生的静电场中，一块电介质如图放置，以点电荷所在 处为球心作一球形闭合面S ，则对此球形闭合面： (A) 高斯定理成立，且可用它求出闭合面上各点的场强． (B) 高斯定理成立，但不能用它求出闭合面上各点的场强． (C) 由于电介质不对称分布，高斯定理不成立． (D) 即使电介质对称分布，高斯定理也不成立． ［ B ］ 7、一平行板电容器中充满相对介电常量为r 的各向同性均匀电介质．已知介质表面极化电 荷面密度为±′，则极化电荷在电容器中产生的电场强度的大小为： E E 0 q S

一种高介电常数X8R型MLCC介质材料及其制备方法

说明书摘要 一种高介电常数X8R型MLCC介质材料及其制备方法，以100重量份的钛酸钡为基材，添加有如下重量份的成分：1.6-2.5份的铌钴化合物；0.722-1.805份的钛铋钠化合物； 1.25- 2.0份的锆钙化合物；1-3份的玻璃粉；0.369-1.2份的Ce、Yb、Dy、Ho的氧化物中的一种或多种复合；0.1-0.25份的碳酸锰。本发明以钛酸钡为基础，添加适量铌钴化合物，易形成“核-壳”结构，这种“核-壳”有利于提高介质材料的介温稳定性，降低材料的容温变化率；适量添加碳酸锰、稀土元素、锆钙化合物为本发明的重点与核心，稀土元素在钛酸钡基介电陶瓷材料中既可以作为施主也可以作为受主进行掺杂改性，能抑制本征氧空位以及其他B位施主掺杂带来的氧空位的迁移，提高材料系统的绝缘电阻率、抗老化性能和抗还原性能，可用于制作银-钯电极和镍电极MLCC。

1、一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：以100重量份的钛酸钡为基材，添加有如下重量份的成分： 1.6- 2.5份的铌钴化合物； 0.722-1.805份的钛铋钠化合物； 1.25- 2.0份的锆钙化合物； 1-3份的玻璃粉； 0.369-1.2份的Ce、Yb、Dy、Ho的氧化物中的一种或多种复合； 0.1-0.25份的碳酸锰。 2、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述铌钴化合物中Nb/Co原子摩尔比为3-5。 3、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述钛铋钠化合物化学式为Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.6Na0.4TiO3或Bi0.4Na0.5TiO3。 4、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述锆钙化合物化学式为CaZrO3。 5、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述玻璃粉由如下重量份数的成分制得：35-42份Bi2O3、18-24份ZnO、8-12份TiO2、6-10份H3BO3、8-12份SiO2和10-14份Ba(OH)2。 6、一种高介电常数X8R型MLCC介质材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤： （1）将Nb2O5与Co2O3、CoO和Co3O4三者中的至少一种按Nb/Co原子摩尔比3-5进行配比、称量、混合、过筛并于800-900℃煅烧，球磨、烘干获得铌钴化合物； （2）按化学式Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.6Na0.4TiO3或Bi0.4Na0.5TiO3的要求对TiO2、Na2O、Bi2O3进行配比，制得Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.6Na0.4TiO3或Bi0.4Na0.5TiO3； （3）按化学式CaZrO3的要求对CaO和ZrO2进行配比、称量、混合、过筛并于1150-1200℃煅烧，球磨、烘干获得CaZrO3； （4）按如下重量份数对35-42份Bi2O3、18-24份ZnO、8-12份TiO2、6-10份H3BO3、8-12份SiO2和10-14份Ba(OH)2进行配比、称量、混合、过筛并于1200℃熔融后水淬，磨细过筛，制得玻璃粉； （5）以100重量份的钛酸钡为基材，添加有如下重量份的成分1.6-2.5份的铌钴化合物、0.722-1.805份的钛铋钠化合物、1.25-2.0份的锆钙化合物、1-3份的玻璃粉、0.369-1.2

电容器的主要参数有哪些

电容器的主要参数有哪些? 电容器的主要参数有标称容量（简称容量）、允许偏差、额定电压、漏电流、绝缘电阻、损耗因数、温度系数、频率特性等。 （一）标称容量 标称容量是指标注在电容器上的电容量。 电容量的基本单位是法拉（简称法），用字母“F”表示。比法拉小的单位还在毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF），它们之间的换算关系是： 1F=1000mF 1mF=1000μF 1μF=1000nF 1nF=1000pF 其中，微法（μF）和皮法（pF）两单位最常用。 在实际应用时，电容量在1万皮法以上电容量，通常用微法作单位，例如：0.047μF、0.1μF、2.2μF、47μF、330μF、4700μF等等。 电容量在1万皮法以下的电容器，通常用皮法作单位，例如：2pF、68 pF、100 pF、680 pF、5600 pF等等。 标称容量的标注方法有直标法、文字符号标注法和色标法等，具体的识别方法将在以后的内容中作详细介绍。 （二）允许偏差 允许偏差是指电容器的标称容量与实际容量之间的允许最大偏差范围。 电容器的容量偏差与电容器介质材料及容量大小有关。电解电容器的容量较大，误差范围大于±10%；而云母电容器、玻璃釉电容器、瓷介电容器及各种无极性高频在机薄膜介质电容器（如涤纶电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器

等）的容量相对较小，误差范围小于±20%。 （三）额定电压 额定电压也称电容器的耐压值，是指电容器在规定的温度范围内，能够连续正常工作时所能承受的最高电压。 该额定电压值通常标注在电容器上。在实际应用时，电容器的工作电压应低于电容器上标注的额定电压值，否则会造成电容器因过压而击穿损坏。 （四）漏电流 电容器的介质材料不是绝艰绝缘体，宁在一定的工作温度及电压条件下，也会有电流通过，此电流即为漏电流。 一般电解电容器的漏电流略大一些，而其它类型电容器的漏电流较小。 （五）绝缘电阻 绝缘电阻也称漏电阻，它与电容器的漏电流成反比。漏电流越大，绝缘电阻越小。绝缘电阻越大，表明电容器的漏电流越小，质量也越好。 （六）损耗因数 损耗因数也称电容器的损耗角正切值，用来表示电容器能量损耗的大小。该值越小，说明电容器的质量越好。 （七）温度系数 温度系数是指在一定温度范围内，温度每变化1℃时，电容器容量的相对变化值。温度系数值越小，电容器的性能越好。 （八）频率特性 频率特性是指电容器对各种不同高低的频率所表现出的性能（即电容量等电参数随着电路工作频率的变化而变化的特性）。不同介质材料的电容器，其最高工作频率也不同，例如，容量较大的电容器（如电解电容器）只能在低频电路中正常工作，高频电路中只能使用容量较小的高频瓷介电容器或云母电容器等。 信息来源：慧聪电子 【我来说两句】【推荐给朋友】【关闭窗口】

电容器中电介质的作用

电容器中电介质的作用 山东省肥城市第一高级中学 于茂刚 271600 高中教材在提到电介质对平行板电容器的电容的影响时，只是通过演示实验就直接得出了结论：当两极板间充满同一种电介质时，电容变大为真空时的r ε倍，即kd S C r πε4= ，r ε 是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。学生只能记住结论，对电介质的特性和电介质对电容的影响机理产生疑惑，就此谈一下电容器中电介质的作用。 电介质不同于金属，电介质的电阻率一般都很 高,称为绝缘体，介质中没有（或几乎没有）能够自由 移动的电荷，这种电荷叫做束缚电荷。在电场中静 电平衡条件下，电介质的内部仍有电场存在。在外 电场作用下，电介质的表面将出现正负束缚电荷， 这就是电介质的极化现象。如图所示，由于极化， 在电介质中的极化电场 E ′（图中方向向左）削弱了没有电介质时的电场 E （图中方向向右）。由此可见，在两个极板之间的合电场强度的大小比 E 小。 实验和理论证明，在这种情况下，电介质内的合电场强度为E/r ε.如果极板之间充满相对介电常数为r ε的电介质，则极板之间的合电场强度为E/r ε ，这时的电 容器在容纳的电荷量一定的情况下，两极板之间的电势差比没有电介质时小，根据 U Q C =，知这时相当于电容器的电容增大了。两极板间如果不加电介质的话,两极板间会被空气占据，空气有一定的导电能力,因而电容器存储电荷的能力会弱一些,而加入电介质后,电容正负极板的绝缘性能就要比没有电介质时好,也

就是存储电荷的能力提高了,所以电容也就升高了， 电容器中间的电介质起到了提高电容容量的作用。 例如：在两极板间相距为d 的平行板电容器中，（1）插入一块厚为d/2的金属大平板（此板与两极板平行），其电容变为原来的多少倍？（2）如果插入一块厚为d/2相对介电常数为r ε的电介质大平板，则又会如何？（3）如果插入一 块厚为d 相对介电常数为r ε的电介质大平板，则又会如何？ 解析：（1）插入一块厚为d/2的金属大平板时，在电场作用下，在金属板处于静电平衡状态，内部电场强度处处为0,整个金属大平板是一个等势体，整个金属大平板上没有电压降，两极板之间的距离缩短为d/2，极板间的电场强度E 未变 （因为E ,Cd Q d U == , C 、d 成反比，C 、d 乘积不变，所以E 不变），所以两极板间的电压2'd E U ?=,所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知，此时的电容器的电容变为原来的2倍。 （2）插入一块厚为d/2相对介电常数为r ε的电介质大平板时，两极板之间的 电压'U =r r r Ed d E d E εεε2122+?=?+?,所以所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知, 此时的电容器的电容变为原来的r r εε+12倍。 （3）插入一块厚为d 相对介电常数为r ε的电介质大平板，两极板间充满了这种 电介质。两极板间的电压'U =d E r ?ε，所以所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知, 此时的电容器的电容变为原来的r ε倍。 思考：为什么不采用插入金属板的方式来增大电容器的电容？因为电容器极板之间需要保持良好的绝缘性，所以只能采用插入电介质的方式来增大电容器的电容。

各种电容器的分类及特点

各种电容器的分类及特点 电容器是电子设备中常用的电子元件，下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介绍，以供大家参考。 1．铝电解电容器： 它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质，插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理，做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中，使用时，正、负极不要接反。 2．钽铌电解电容器： 它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是：体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好，用在要求较高的设备中。 3．陶瓷电容器： 用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是：体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大，但损耗和温度系数较大，适用于低频电路。 4．云母电容器： 用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是：介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小，适用于高频电路。 5.薄膜电容器： 结构相同于纸介电容器，介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介质常数较高，体积小、容量大、稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器，介质损耗小、绝缘电阻高，但温度系数大，可用于高频电路。 6.纸介电容器： 用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大。但是固有电感和损耗比较大，适用于低频电路。 7、金属化纸介电容器： 结构基本相同于纸介电容器，它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔，体积小、容里较大，一般用于低频电路。 8、油浸纸介电容器：

平行板电容器中介质的受力

平行板电容器中介质的受力分析 谢伟华 （中国科学技术大学物理学院1班） 引言：介质从平行板电容器中抽出要受到引力，我们用虚功原理很容易得到这个结论，但是平行板电容器产生的电场是与介质表面垂直的，那么这个力是如何产生的，我们就来讨论一下这个问题。 一、用静电能求静电力 设极板长为L，宽为a，面积为S，板间距离为d， 极板间电压为U恒定不变，电介质介电常数为ε 由虚功原理易得F=?W ?y =1 2 U2dC dy =(ε?ε0)a 2d U2

用这种方法无法看出这个力从何而来。所以我们采用下面的方法。 二、用库仑定律求受力 电介质在电场中极化成电偶极子，下面先求一个电偶极子在电场中受的力。 设负电荷处电场为为E(r),正电荷处电场为E(r+l),由于l远小于电介质的线度，所以用泰勒展开得： E r+l=E r+l x? ?x E r+l y? ?y E r+ l z? ?z E r=E(r)+(l·?)E(r) 所以电偶极子受到的合力为p·?E r 对于一个体积为V的电介质(下面的E都是总电场，因为体电荷元在自身处产生的电场为0) F=(P·?)E dV=(ε?ε0)(E·?)E dV =1 2 (ε?ε0)?E2dV X与Z方向均为0，所以可以变为 1 2(ε?ε0)j?E2 ?Y dV 在极板内部电场是均匀为U d ，外部电场为0，所以只需计算边缘那一部分，且上式积分号内部可化为: ΔE2ΔY ?V=ΔE2 ΔY ?X?Y?Z=?E2?X?Z=U2 d ?X?Z

则F=1 2(ε?ε0)j U2 d2 dXdZ=(ε?ε0)a 2d U2j 与用静电能求得结果一样。 结论：从计算过程中可以看出，这种力产生的原因是电场由U d 跃迁到0造成的，这是理想化模型的弊端，以致于我们想不明白这个力从何而来。实际中，电场不可能一下子变成零，边缘处也是有电场的。所以我们考虑问题应从实际出发，理论只是一个工具，不代表一切。 【参考文献】 【1】胡友秋，《电磁学与电动力学》，科学出版社，2014.6 【2】赵凯华，《电磁学》，高等教育出版社，2006.12

第二十七单元电介质和电容器

第二十七单元 电介质和电容器 [课本内容] 马文蔚，第四版，上册 [6]-[40] [典型例题] 例27-1．A 、B 、C 是三块平行金属板，面积均为200cm 2，A 、B 相距4.0mm ，A 、C 相距2.0mm ，B 、C 两板都接地(如图) ，设A 板带正电3.0×10-7C ，不计边缘效应 (1) 求B 板和C 板上的感应电荷，以及A 板的电势。 (2)若在A 、B 间充以相对介电常数εr =5的均匀电介质，再求B 板和C 板上的感应电荷，以及A 板的电势。 (1) q q q =+21 ① E AB = s q 01ε，E AC = s q 02εAC AB E E q q =?21 ② 又 U AB =U AC 即 E AB d AB =E AC d AC ∴AB E /AC E =1/2 ③ 解出 ﹣q 1=﹣1.07 10 -? C ，﹣q 2=2.07 10 -? C U AB =E AB d AB =V d S q AB 34 123 701103.210 2001085.8100.4100.1?=??????=----ε (2) q q q =+21 ① E AB =s q 011εε，E AC =s q 02ε ? 25 521===AB AC AC AB r d d E E q q ε ② 解出 ﹣q 1=﹣2.14710-?C ， ﹣q 2=﹣0.867 10-? C V d S q d E U AB r AB AB AB 24123 70/107.910 2001085.85100.41014.2?=???????== =----εε 例27-2．一平行板电容器始终与端电压一定的电源相联．当电容器两极板间为真空时，电场强度为0E ，电位移为0D ，而当两极板间充满相对介电常量为εr 的各向同性均匀电介质 时，电场强度为E ，电位移为D ，则 (A) r E E ε/0 =，0D D =． (B) 0E E =，0D D r ε=． (C) r E E ε/0 =，r D D ε/0 =． (D) 0E E =，0D D =． ［ B ］ 例27-3．一电容器由两个很长的同轴薄圆筒组成，内、外圆筒半径分别为R 1 = 2 cm ，R 2 = 5 cm ，其间充满相对介电常量为εr 的各向同性、均匀电介质．电容器接在电压U = 32 V 的电源上，(如图所示)，试求距离轴线R = 3.5 cm 处的A 点的电场强度和A 点与外筒间的电势

第三章静电场中的电介质

第三章 静电场中的电介质 §１ 概述 １）媒质中的电场 媒质由电粒子和中性粒子构成，电场与媒质中的电粒子产生作用。 大量的微观作用可能会表现出宏观现象。 ２）微观量与宏观量 微观量：媒质中各微观点的值,具有时间上起伏性。 宏观值：是大量微观现象在物理无限小体积元中对应的平均值，具有相对的稳定性（在静电场的条件下）。 宏观电磁现象是大量的微观电磁作用的综合平均效应。 §２、电偶极子 １、电介质 电介质即通常所指的绝缘体（其特点为体内无自由 电子）。 a) 电介质与电场的相互作用。 实验介质为玻璃。 介质插入电容器极板之前，电压为U ； 介质插入电容器极板之后， ① d /U E E U =↓?↓ 此种静电现象表明，介质对电场产生了作用。 ②介质两侧表面出现了不能作宏观运动的异号电荷。此种现象表明电场对介质产生了作用。 此种静电现象称之为极化。 极化：中性介质受电场作用后在宏观上表现出电性。 束缚电荷：介质中不能产生宏观移动的电粒子。 特点：电粒子受分子力的约束，只能为生微观移动，其活动区域为原子的线度数

量级。 研究大量微观粒子产生的宏观电现象时，可将分子、原子等效成两个等量异号的正电荷重心和负电荷重心，从而可以达到简化问题目的。 处在电场中的正负电重心受力方向相反，会产生重心之间距离的拉伸与压缩、重心的相对偏转等位置变化，在宏观上呈现出电性，使介质产生极化。 重合的正负电荷重心被电场拉开。 不重合的电重心整体产生偏转，相对位置亦为生变化。 ２ 电偶极子 电偶极子是由两个等量异号且相距很近的点电荷构成的电荷体系，（l<

贴片电容COG、NPO、X7R、Y5V、X5R介质区别

贴片电容COG、NPO 、X7R、Y5V、X5R介质区别在我们选择无极性电容式，不知道大家是否有注意到电容的X5R，X7R，Y5V，COG等等看上去很奇怪的参数，有些摸不着头脑，本人特意为此查阅了相关的文献，现在翻译出来奉献给大家。 这个是按美国电工协会（EIA）标准，不同介质材料的MLCC按温度稳定性分成三类：超稳定级（工类）的介质材料为COG或NPO；稳定级（II类）的介质材料为X7R；能用级（Ⅲ）的介质材料Y5V。 这类参数描述了电容采用的电介质材料类别，温度特性以及误差等参数，不同的值也对应着一定的电容容量的范围。具体来说，就是：X7R常用于容量为3300pF~0.33uF的电容，这类电容适用于滤波，耦合等场合，电介质常数比较大，当温度从0°C变化为70°C时，电容容量的变化为±15%；Y5P与Y5V常用于容量为150pF~2nF的电容，温度范围比较宽，随着温度变化，电容容量变化范围为±10%或者+22%/-82%。对于其他的编码与温度特性的关系，大家可以参考表4-1。例如，X5R的意思就是该电容的正常工作温度为-55°C~+85°C，对应的电容容量变化为±15%。 下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法，这里我们引用的是AVX公司的命名方法，其他公司的产品请参照该公司的产品手册。NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。