集成电路中低介电常数介质发展概述

超大规模集成电路中低介电常数介质研究进展

集成电路发展，从1947年肖克利和他的两助手布拉顿、巴丁在贝尔实验室发明的世界上第一个晶体管算起，到今天也有60多年的时间了，其间各种创新，层出不穷。集成电路技术发展的过去很多年一直遵循摩尔定律，而随着期间尺寸的缩小，摩尔定律也受到一定限制，因此，后摩尔定律就相应的被提出来。然而器件尺寸是否会一直缩小，能否缩小到超过原子之间的限度，以及如果可能缩小到超过原子限度之后所带来的一些列串扰等问题，都需要我们进一步去探索。不管遵循怎样的规则，目的都是为了缩小器件尺寸，减小功耗，增加集成度等，来进一步提升器件及电路本身性能。可以预见，未来超大规模集成电路技术将会依赖于三个关键技术：1．精细加工（13nmEUV曝光、X射线曝光与分辨率增强技术）；2．互连线（0.13特征尺寸之后的铜互连与低K介质的可靠性）；3．新型器件结构和材料体系（金属栅氧化层高K材料、CMOS层间低K材料、SOI材料和应变Si）。其中互连线技术中之所以会注重低K材料，因为低K材料在解决互连线中的RC延迟问题占有重要地位。

我们都知道摩尔定律指的是集成电路的集成度每3年提高约4倍，而特征尺寸缩小约1/2。当特征尺寸减小到0.18um时，伴随金属连线截面和间距的减小，互联结构中的电阻和电容迅速增大，由此引起的互连延迟将超过电路的本征延迟，将成为制约集成电路性能的主要瓶颈。在以往的集成电路中，一直都是使用铝或铝合金与二氧化硅的互连技术，因为SiO2具有极好的热稳定性和抗湿性，是金属互连线间的主要绝缘材料，而金属铝则是则是芯片中电路互连导线的主要材料。但是随着集成电路技术的进步，具有高速度、高器件密度、低功耗及低成本的芯片越来越成为超大规模集成电路的主要产品。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，互连中的电阻R和电容C所产生的寄生效应越来越明显，因此，以铝或铝合金与二氧化硅的互连技术已经面临很大的挑战。尤其是当器件尺寸缩小到0.25um以后，克服阻容迟滞（RC Delay）而引起的信号传播延迟、线间干扰及功率耗散等，成为集成电路工艺技术发展不可回避的课题。金属铜(Cu)的电阻率为（~1.7uΩcm），比金属铝的电阻率（~3.0uΩcm）低约40%，因而，铜线替代传统的铝线就成为集成电路工艺的发展方向。如今，因为大马士革及双大马士革工艺的出现，铜线工艺已经成为集成电路工艺的重要领

域。与此同时，低K 材料代替传统的二氧化硅，也就成为集成电路工艺的又一必然选择。因此，低电阻率的铜与低介电常数介质相结合的新型互连结构，就成为未来集成电路工艺技术发展的主流。其中，低K 材料是这种新型互连结构的基础，成为超大规模集成电路和系统级集成电路开发中比不可少的关键材料。国内外一些专家相继指出，低介电常数互连介质的研究已经成为发展高速、低功耗和多功能集成电路需要解决的瓶颈。

一．理论分析

下面从理论的角度解释为什么低K 材料可改进互连延迟问题。首先由图示来表明互连线之间的电阻，如图1所示

图1 金属互连线间电阻示意图

从图1的简单金属互连线示意图可以求出互连线间的电阻，一些参数也已经标出。下面给出互连线间寄生电容的简单示意图，由图2可以看出各互连线间的线间电容和互连线的线层间电容。这里我们只考虑相邻互连线间的电容，而忽略布线间距比较远的金属线。

L: 互连长度 T: 金属高度 W: 金属宽度=金属间距

r: 金属电阻率 L W T

W r T W L R ?=ρ

图2 金属互连线间电容

从图2中可以看到，我们只考虑最近邻的布线之间所带来的电容，而相邻比较远的之间布线电容，我们可以忽略不计，因此，总的电容由下述公式描述

从总电容可以看出，低K 材料显然可以使电容减小。

RC 互连延迟：

ρ(Al) = 3.0 u Ω cm ρ(Cu) = 1.7 u Ω cm

k(oxide) = 4.0 k(low-k) = 2.7 k(air gap) = 1.0

图3说明随着器件尺寸缩小，不同电阻率的金属和不同介电常数的介电材料对栅极延迟和RC 延迟的影响

T W W T T Cv Cv Cl Cl cross-section of inter-connect system top metal layer bottom metal layer Interconnect layer T: 电介质厚度（=金属高度）

平行板电容 d A k C 0 ε=A: 极板面积 d: 板间距离 k: 电介质常数 e0: 真空介电常数

线间电容 W T L k C l ?=0 εT W L k C v ?=0 ε层间电容 )11( 2)(2220T W W T L k C C C v l +=+=ε)11( 2 222

0T W L k delay RC +=ερ

图3 栅极延迟vs RC 延迟

二．低介电常数材料的特点及分类

低K 材料大体可以分为无机和有机聚合物两种。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。在分子性降低的研究中，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。下式为分子极性与介电常数的Debye 方程：

201233r e d r N u kT εααεε??-=++ ?-??

式中，r ε材料的介电常数，0ε为真空介电常数，e α，d α分别为电子极化和分子形变极化，N 为分子密度。可见，材料分子密度的降低有助于介电常数的降低。 关于降低材料密度的方法，其一是采用化学气相淀积法（CVD ）的方法在生长二氧化硅的过程中引入甲基（—CH 3），从而形成松散的SiOCH 薄膜，也称CDO （碳掺杂的氧化硅）。其二是采用旋压方法将有机聚合物作为绝缘体材料用于集成电路工艺。这种方法兼顾了形成低极性网络和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，热稳定也有待提高。

针对降低材料自身极性的方法，目前在0.18um技术工艺中广泛采用在二氧化硅中掺氟元素形成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，当掺杂到二氧化硅中后，可以降低材料中电子与离子极化，从而使材料的介电常数降低。为进一步降低材料的介电常数，人们在二氧化硅中引入碳（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。

3．一些常见的低介电常数介质

图标1总结了研究较多的一些低介电常数介质极其制备方法

表1 一些常见的低介电常数介质

介质名称介电常数制备方法

F-SiO2(FSG) 3.2-4.0 CVD

SiCOF 2.5-2.7 PECVD

SiOC(SiCOH) 2.3-2.8 PECVD

Hydrogenated 2.6-3.3 PECVD

BN 3.7-6.0 CVD

a-CN 2.4-3.6 PVD

a-C:F 2.0-2.6 PECVD

SiLK 2.7 Spin-on

Polyimide 3.1-3.4 Spin-on

F-Polyimide 2.6-2.9 Spin-on

Parylene-N 2.7 CVD

Parylene-F 2.4-2.5 CVD

Methylsilazane 2.7 Spin-on

FLARE 2.4-2.7 Spin-on

OSG 2.6-2.9 Spin-on

HSQ 2.9-3.2 Spin-on

MSQ 2.5-3.0 Spin-on

含F氧化硅(SiOF或FSG)薄膜是国际上研究最多的一种低介电常数介质。其介电常数在3.2-4.0之间变化，与掺F有关。F的掺入改变了氧化硅的结构，减少了电子极化，从而降低了介电常数。这种薄膜保留了很多二氧化硅的优异性能，并且原料便宜，制备工艺与现有集成电路工艺兼容较好，目前已在一些0.18um的工艺中应用。然而，这种材料的介电常数降低有限，而且在掺F较高时易吸湿而导致性能劣化，因而只是一种短期应用的低介电常数介质。

用等离子体化学气相淀积(PECVD)方法制备的硅碳氧氟(SiCOF)薄膜是一种性能优异的低介电常数介质。控制薄膜组分及工艺条件可使其介电常数在2.5左右。由于碳的作用，进一步降低了材料的介电常数，并且生成了憎水基因。因而该薄膜性能稳定，不吸湿，漏电流小，击穿强度高。更重要的是该薄膜制备工艺能与现有的集成电路工艺有很好的兼容性。同时，该薄膜制备原料广泛，可以由工业上的常用原料正硅酸乙酯(TEOS)和八氟环丁烷(C4F8)制备。从工艺和性能角度综合考虑，SiCOF薄膜是一种很有前景的低介电常数介质。与SiCOF薄膜结构类似的SiOC也是一种性能良好的低介电常数介质。有报道称，用PECVD法制备的该薄膜，介电常数在2.8左右。SiOC薄膜也是一种在中短期内非常有应用前景的低介电常数介质。

甲基硅氧烷(MSQ)和氢化硅氧烷(HSQ)也是研究较多的低介电常数介质，它们的介电常数通常在2.5-2.9之间。这两种介质则要用旋涂(Spin-on)工艺制备。有机薄膜介电常数通常比较低，因而成为研究的焦点。研究的较多的有聚对二甲苯、Teflon、聚奈、SiLK、FLARE以及一些含氟聚合物如氟化聚亚氨、氟化聚对二甲苯等。然而由于聚合物的玻璃化温度通常较低，从而增加了它们在实际应用中的困难.

非晶氟碳薄膜也是一种研究的非常多的低介电常数介质。它兼有无机和有机的某些性质和结构，如良好的热稳定性和介电性能，介电常数为2.2左右。并且制备方面，可以由等离子体化学气相淀积方法制备。还有一些多孔介质如气凝胶、干凝胶、多孔Teflon等超低常数介质，这些材料的介电常数通常都在2.0以下，甚至低到1.1.但由于含有较多的气孔，机械性能往往不是很好，难以在集成电路工艺中应用。

4．低介电常数的性能要求

SiO2的介电常数在3.9-4.3之间，制备方法不同而有些变化。低介电常数介质材料是相对于SiO2来说的，这些材料的介电常数必须低于SiO2的介电常数。除了介电常数的考虑以外，为了能够在集成电路工艺中应用，还必须考虑以下性能。通常包含以下几个方面：（一）材料的化学和物理性能，如化学成键结构和组成、残余应力、密度、热处理时的收缩性、对水的吸附性、刻蚀速率、杂质、台阶覆盖率以及平整性；（二）热学性能，如热稳定性、如处理循环过程中热应力的变化等；（三）电学性质，即漏电流、击穿强度、相对介电常数和介电损耗。表2列出了对低介电常数材料性能的一般要求，其中材料的介电常数是首先考虑的因素，即材料的介电常数要足够低

表2 低介电常数介质材料的性能要求

电性能化学性质机械性能热性质

低介电常数抗化学腐蚀性厚度均匀高热稳定性

低介电损耗良好的刻蚀选择性好的粘附性低热膨胀系数低漏电流低吸湿性低应力低热收缩性

高电场强度低气体渗透性高硬度高热导率

高可靠性不与金属发生反应低收缩性低热失重

保存期限长高张力模量

不污染环境

虽然目前研究的低介电常数种类很多，但是还没有找到一个性能及工艺两方面都很满意的介质。这也是为什么为除了SiOF之外，其他低介电常数介质都还不能在集成电路工艺上应用的原因。为了满足集成电路工业化生产的需求，低介电常数介质的制备工艺，应与现代集成电路工艺相匹配。或者在不对现有的设备和工艺流程进行昂贵修改的前提下，制备出性能优异的超低介电常数介质。另外，要求制备来源广泛，价格便宜。在性能要求上，除了介电常数尽可能低之外，其他性能也必须给予考虑。还要指标是高的击穿电场和低的漏电流等要求。

5．展望

如果将来能够找到电阻率比铜更低且价格便宜适合作为互连线的金属，也不失为一种期望。不过，随着光学技术的发展，用光来做互连线也未尝不可。如果将来光学研究的非常深入，以至于可以作为集成电路的互连线，用光子来传递信息和接触布线，那么，就可以解决现在困扰集成电路发展的一系列难题，RC延迟问题将会得带极大改善甚至不存在延迟问题，器件尺寸缩小到超过原子之间的限度也许会成为可能。

介电常数

一些溶剂的介电常数

介电常数(Dielectric constants) 表1列出常见气体在20℃，101 325 Pa条件下的介电常识（ε）。 数据中的有效数字表示测试精度，其中Ar，H2，He，N2，O2，CO2等被推荐为参比数据，其精度为百万分之一或更高。 1 气体的介电常数（Dielectric constants of gases） 表1 气体的介电常数 Table 1 Dielectric constants of gases

2 饱和水蒸气的介电常数（Dielectric constants of saturated water vapor） 表2给出不同温度下的液态水成平衡的水蒸气的介电常数。 表2 饱和水蒸气的介电常数 Table 2 Dielectric constants of saturated water vapor 3 液体的介电常数（Dielectric constants of liquid） 表3给出常见液体在指定温度下的介电常数（ε），测试压力为101325Pa。 加*表示测试压力为液体的饱和蒸气压（该温度下其饱和蒸气压大于101325Pa）。 表3 液体的介电常数 Table3 Dielectric constants of liquid

3 He 氦-269 1.408 I2 碘118 11.1 NH3 氨-77 25 N2氮-195 1.433 N2H4 肼20 52.9 N2O 一氧化二氮0 1.61

CH2Br2 二溴甲烷10 7.77 CH2Cl2二氯甲烷20 9.08 CH2I2二碘甲烷25 5.32 CH2O2甲酸16 58.5 CH3Br 溴甲烷0 9.82 CH3Cl 氯甲烷-20 *12.6 CH3I 碘甲烷20 7.00

PCB介电常数知识

1、我们常用的PCB介质是FR4材料的，相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的，在0-7 0度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化，温度越高，延时越大。介电常数还会随信号频率变化，频率越高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。 2、一般的FR4材料的PCB板中内层信号的传输速度为180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。表层一般要视情况而定，一般介于140与170之间。 3、实际的电容可以简单等效为L、R、C串联，电容有一个谐振点，在高频时(超过这个谐振点)会呈现感性，电容的容值和工艺不同则这个谐振点不同，而且不同厂家生产的也会有很大差异。这个谐振点主要取决于等效串联电感。现在的比如一个100nF的贴片电容等效串联电感大概在0.5nH左右，ESR(等效串联电阻)值为0.1欧，那么在24M 左右时滤波效果最好，对交流阻抗为0.1欧。而一个1nF的贴片电容等效电感也为0.5nH(不同容值差异不太大)，E SR为0.01欧，会在200M左右有最好的滤波效果。为达好较好的滤波效果，我们使用不同容值的电容搭配组合。但是，由于等效串联电感与电容的作用，会在24M与200M之间有一个谐振点，在这个谐振点上有最大阻抗，比单个电容的阻抗还要大。这是我们不希望得到的结果。（在24M到200M这一段，小电容呈容性，大电容已经呈感性。两个电容并联已经相当于LC并联。两个电容的ESR值之和为这个LC回路的串阻。LC并联的话如果串阻为0，那么在谐振点上会有一个无穷大的阻抗，在这个点上有最差的滤波效果。这个串阻反倒会抑制这种并联谐振现象，从而降低LC谐振器在谐振点的阻抗）。为减轻这个影响，可以酌情使用ESR大些的电容。ESR相当于谐振网络里的串阻，可以降低Q值，从而使频率特性平坦一些。增大ESR会使整体阻抗趋于一致。低于24M的频段和高于200M的频段上，阻抗会增加，而在24M与200M频段内，阻抗会降低。所以也要综合考虑板子开关噪声的频带。国外的一些设计有的板子在大小电容并联的时候在小电容(680pF)上串几欧的电阻，很可能是出于这种考虑。(从上面的参数看，1nF的电容Q值是100nF电容Q值的10倍。由于手头没有来自厂商的具体等效串感和ESR的值，所以上面例子的参数是根据以往看到的资料推测的。但是偏差应该不会太大。以往多处看到的资料都是1nF和100nF的瓷片电容的谐振频率分别为100M和10M，考虑贴片电容的L要小得多，而又没有找到可靠的值，为讲着方便就按0.5nH计算。如果大家有具体可靠的值的话，还希望能发上来^_^) 介电常数（Dk, ε，Er）决定了电信号在该介质中传播的速度。电信号传播的速度与介电常数平方根成反比。介电常数越低，信号传送速度越快。我们作个形象的比喻，就好想你在海滩上跑步，水深淹没了你的脚踝，水的粘度就是介电常数，水越粘，代表介电常数越高，你跑的也越慢。 介电常数并不是非常容易测量或定义，它不仅与介质的本身特性有关，还与测试方法，测试频率，测试前以及测试中的材料状态有关。介电常数也会随温度的变化而变化,有些特别的材料在开发中就考虑到温度的因素.湿度也是影响介电常数的一个重要因素,因为水的介电常数是70,很少的水分,会引起显著的变化. 以下是一些典型材料的介电常数(在1Mhz下)：

常见物质介电常数汇总知识交流

常见物质介电常数汇 总

精品资料 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 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

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) 常见介质的相对介电常数—网上搜集

------------------《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。

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

电介质的介电常数

电介质的介电常数 温度() 温度()

石英玻璃电学性能 石英玻璃具有很高的介电强度，很低的电导率折电损失，即使在高温时，其电导率与介电损失也较一般材料低，特别适合高温高机械应力条件下作高频和电压绝缘材料。 电导率在20o C时，透明石英玻璃的电导率为10-17-10-16西/米，不透明石英玻璃的电导率为10-14-3.2×10-13西/米，其值与石英玻璃的纯度有关。 介电常数在常温和0-106赫兹频率下，透明石英玻璃的介电常数为3.70；不透明石英玻璃为3.50，温度升高，介电常数略有增加，到450o C以后，介电常数显著增加。 介电损失石英玻璃的介电损失与温度的关系是随温度的升高，介电损失增加，在350o C 以上，介电损失随温度的升高而增加更为显著。 石英玻璃的介电损失 击穿强度在200o C时，透明石英玻璃的击穿电压约为普通玻璃的三倍， 500o C时为普通玻璃的十倍。 石英光学玻璃 我厂生产的光学石英光学玻璃窗口片，能耐高温和高压，主要应用于：特种光源，光学仪器，光电子，军工，冶金，半导体，光通讯等领域。它能实验温度：1200度，软化温度为：1730度，具体参数如下。 1．JGS1（远紫外光学石英光学玻璃） 它是用高纯度氢氧熔化的光学石英光学玻璃。具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透

过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185mμ处的透过率可达90％，是185—2500mμ波段范围内的优良光学材料。 2．JGS2（紫外光学石英光学玻璃） 它是用氢氧熔化的光学石英光学玻璃。它是透过220—2500mμ波段范围内的良好材料。 3．JGS3：（红外石英光学玻璃） 它是具有较高的透红外性能，透过率高达85％以上，其应用波段范围260—3500mμ的光学材料。石英光学玻璃物理性能

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，

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 1

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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

含水量的变化影响介电常数的实部，水溶液中含盐量的变化影响土壤的导电性，即介电常数的虚部。水与某些铁锰化合物具有高的介电常数，绝大多数矿物的介电常数较低，约为4--12个相对单位，由于主要造岩矿物与水的相对介电常数存在较大差异，所以，具有较大孔隙度岩石的介电常数主要取决于它的含水量，泥岩由于含有大量的弱束缚水，所以其相对介电常数可高达50--60,岩石含泥质较多时，它们的介电常数与泥质含量有明显的关系，很多火成岩的孔隙度只有千分之几，其相对介电常数主要取决于造岩矿物，一般变化范围为6--12，水的介电常数与其矿化度的关系较弱，与此相应，岩石孔隙中所含水的矿化度同样对其介电常数不应有大的影响，水的矿化度的增大只导致岩石介电常数的少许增加。 表1 常见介质的电性参数值 媒质电导率 / （S/m） 介电常 数（相对 值） 电磁波速度/ （m/ns） 空气0 1 0.3 水10-4～3х10-281 0.033 花岗岩（干）10-8 5 0.15 灰岩（干）10-97 0.11 灰岩（湿） 2.5х10-28～10 0.11～0.095 粘土（湿）10-1～1 8～12 0.11～0.087 混凝土10-9～10-86～15 0.12～0.077 钢筋∞∞

常见介电常数

Material物质名* 温度(°C) 介电常数 ABS RESIN, LUMP 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯树脂块2.4-4.1 ABS RESIN, PELLET 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯树脂球1.5-2.5 ACENAPHTHENE 二氢苊21 3.0 ACETAL 聚甲醛21 3.6 ACETAL BROMIDE 溴代乙缩醛二乙醇16.5 ACETAL DOXIME 乙二醛肟20 3.4 ACETALDEHYDE 乙醛5 21.8 ACETAMIDE 乙酰胺20 41 ACETAMIDE 乙酰胺82 59 ACETANILIDE 乙醛22 2.9 ACETIC ACID 乙酸20 6.2 ACETIC ACID 乙酸2 4.1 ACETIC ANHYDRIDE 乙酸酐19 21.0 ACETONE 丙酮25 20.7 ACETONE 丙酮53 17.7 ACETONE 丙酮0 1.0159 ACETONITRILE 乙睛21 37.5 ACETOPHENONE 苯乙酮24 17.3 ACETOXIME 丙酮肟-4 3 ACETYL ACETONE 乙酰丙酮20 23.1 ACETYL BROMIDE 乙酰溴20 16.5 ACETYL CHLORIDE 乙酰氯20 15.8 ACETYLE ACETONE 乙酰丙酮20 25 ACETYLENE 乙炔0 1.0217 ACETYLMETHYL HEXYL KETONE 己基甲酮19 27.9 ACRYLIC RESIN 丙烯酸树脂2.7 - 4.5 ACTEAL 乙醛21.0-3.6 AIR 空气1 AIR (DRY) 空气（干燥）20 1.000536 ALCOHOL, INDUSTRIAL 工业酒精16-31 ALKYD RESIN 醇酸树脂3.5-5 ALLYL ALCOHOL 丙烯醇14 22 ALLYL BROMIDE 溴丙烯19 7.0 ALLYL CHLORIDE 烯丙基氯20 8.2 ALLYL IODIDE 碘丙烯19 6.1 ALLYL ISOTHIOCYANATE 异硫氰酸丙烯酯18 17.2 ALLYL RESIN (CAST) 烯丙基脂（CAST） 3.6 - 4.5 ALUMINA 氧化铝9.3-11.5 ALUMINA 氧化铝4.5 ALUMINA CHINA 氧化铝瓷3.1-3.9 ALUMINUM BROMIDE 溴化铝100 3.4 ALUMINUM FLUORIDE 氟化铝2.2 ALUMINUM HYDROXIDE 氢氧化铝2.2 ALUMINUM OLEATE 油酸铝20 2.4 ALUMINUM PHOSPHATE 硷式磷酸铝-14 ALUMINUM POWDER 铝粉1.6-1.8 AMBER 琥珀2.8-2.9 AMINOALKYD RESIN 酸硬化树脂3.9-4.2 AMMONIA 血氨-59 25 DIELECTRIC CONSTANT REFERENCE GUIDE介电常数参考表Material 物质名* 温度(°C) 介电常数DIELECTRIC CONSTANT REFERENCE GUIDE介电常数参考表AMMONIA 血氨-34 22 AMMONIA 血氨4 18.9 AMMONIA 血氨21 16.5 AMMONIA (GAS? ) 血氨（气体）0 72 AMMONIUM BROMIDE 溴化铵7.2 AMMONIUM CHLORIDE 氯化铵7 AMYL ACETATE 醋酸戊酯20 5 AMYL ALCOHOL 戊醇-118 35.5 AMYL ALCOHOL 戊醇20 15.8 AMYL ALCOHOL 戊醇60 11.2 AMYL BENZOATE 苯甲酸戊酯20 5.1 AMYL BROMIDE 溴化环戊烷10 6.3 AMYL CHLORIDE 戊基氯11 6.6 AMYL ETHER 戊基醚16 3.1 AMYL FORMATE 甲酸戊基19 5.7 AMYL IODIDE 碘化戊基17 6.9 AMYL NITRATE 硝酸戊基17 9.1 AMYL THIOCYANATE 硫氰酸盐戊基20 17.4 AMYLAMINE 戊胺22 4.6 AMYLENE 戊烯21 2 AMYLENE BROMIDE 溴戊烯14 5.6 AMYLENETETRARARBOXYLATE 19 4.4 AMYLMERCAPTAN 戊基硫醇20 4.7 ANILINE 苯胺0 7.8 ANILINE 苯胺20 7.3 ANILINE 苯胺100 5.5 ANILINE FORMALDEHYDE RESIN 苯氨-甲醛树脂3.5 - 3.6 ANILINE RESIN 苯胺树脂3.4-3.8 ANISALDEHYDE 茴香醛20 15.8 ANISALDOXINE 茴香肟63 9.2 ANISOLE 苯甲醚20 4.3 ANITMONY TRICHLORIDE 三氯化锑5.3 ANTIMONY PENTACHLORIDE 五氯化锑20 3.2 ANTIMONY TRIBROMIDE 三溴化锑100 20.9 ANTIMONY TRICHLORIDE 三氯化锑5.3 ANTIMONY TRICHLORIDE 三溴化锑74 33 ANTIMONY TRICODIDE 三碘化锑175 13.9 APATITE 磷灰石7.4 ARGON 氩-227 1.5 ARGON 氩20 1.000513 ARSENIC TRIBROMIDE 三溴化砷37 9 ARSENIC TRICHLORIDE 三氯化砷66 7 ARSENIC TRICHLORIDE 三氯化砷21 12.4 ARSENIC TRIIODIDE 三碘化砷150 7 ARSINE 胂-100 2.5

常见物质介电常数汇总

常见物质介电常数汇总 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

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1300 水淡8133 水咸8133 极地雪194-252 极地冰168 温带冰167 纯冰167 淡水湖冰4150 海冰78-157 永冻土1-8106-300 沿岸砂干燥1095 砂干燥3-6120-170 砂湿的25-3055-60 粉沙湿的1095 粘土湿8-1586-110 粘土土壤干3173 沼泽1286 农业耕地1577 畜牧土地1383 土壤平均1675 花岗岩5-8106-120 石灰岩7-9100-113 白云岩106-115 玄武岩湿8106 泥岩湿7113 砂岩湿6112 煤4-5134-150 石英145 混凝土6-855-112 沥青3-5134-173 聚氯乙烯pvc3173

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------------------《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（Thepropagationparametersoftheelectromagneticwaveinthemedium） 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

常见介质介电常数

薅H2O (水) 78.5 螅HCOOH (甲酸) 58.5 袃HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7 蕿CH3OH (甲醇) 32.7 芇C2H5OH (乙醇) 24.5 薄CH3COCH3 (丙酮) 20.7 羃n-C6H13OH （正己醇）13.3 羀CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15 螅 莃温度对介电常数的影响 肃C6H6 (苯) 2.28 肇CCl4 (四氯化碳) 2.24 蒇n-C6H14 （正己烷）1.88 肂电介质的相对介电常数

【正文】：@@1.判别乳状液的类型和稳定性常规测定乳状液类型的方法主要有染料法，冲淡法，电导法，荧光法和润湿滤纸法，这些方法均简单易行其实利用介电常数测试法也可以判别乳状液的类型，其道理同电导法类似电导法所依据的原理是水和油电导率的差异，当乳状液为WO型时，由于外相是油，乳状液的电导率很小，当乳状液为O W型时，由于外相是水，乳状液的电导率很大水和油不仅在电导率方面有差异，在介电常数方面也有很大区别一般纯净原油的相对介电常数接近2，纯净水的相对介电常数接近80，所以原油乳状液的相对介电常数基本介于2和80之间当原油乳状液的外相为油时，乳状液的介电性质同油的性质类似，所以测得的介电常数偏小当乳状液的外相为水时，乳状液的介电性质同水的性质类似，所以介电常数偏大，因此，根据被测乳状液介电常数的大小，可判断乳状液的类型曾测试两种原油乳状液的相对介电常数分别是6.8和75.4，初步判断前一种是WO型，后一种是OW型，当用染料法和润湿滤纸法进行验证后，确认判断结果是正确的，这说明用介电常数测试法判别乳状液的类型是可行的 For personal use only in study and research; not for commercial use

常见物质介电常数汇总

. . .专业. .专注. 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

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------------------《探地雷达方法与应用》（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）

偶极矩,介电常数概要

溶液法测定极性分子的偶极矩 一、实验目的 了解电介质极化与分子极化的概念，以及偶极矩与分子极化性质的关系。掌握溶液法测定极性分子永久偶极矩的理论模型和实验技术，用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。 二、实验原理 德拜（Peter Joseph William Debye ）指出，所谓极性物质的分子尽管是电中性的，但仍然拥有未曾消失的电偶极矩，即使在没有外加电磁场时也是如此。分子偶极矩的大小可以从介电常数的数据中获得，而对分子偶极矩的测量和研究一直是表征分子特性重要步骤。 1、偶极矩、极化强度、电极化率和相对电容率（相对介电常数） 首先定义一个电介质的偶极矩（dipole moment ）。考虑一簇聚集在一起的电荷，总的净电荷为零，这样一堆电荷的偶极矩p 是一个矢量，其各个分量可以定义为 ∑∑∑===i i i z i i i y i i i x z q p y q p x q p 式中电荷i q 的坐标为),,(i i i z y x 。偶极矩的SI 制单位是：m C ?。 将物质置于电场之中通常会产生两种效应：导电和极化。导电是在一个相对较长的（与分子尺度相比）距离上输运带电粒子。极化是指在一个相对较短的（小于等于分子直径）距离上使电荷发生相对位移，这些电荷被束缚在一个基本稳定的、非刚性的带电粒子集合体中（比如一个中性的分子）。 一个物质的极化状态可以用矢量P 表示，称为极化强度（polarization ）。矢量P 的大小 定义为电介质内的电偶极矩密度，也就是单位体积的平均电偶极矩，又称为电极化密度，或 电极化矢量。这定义所指的电偶极矩包括永久电偶极矩和感应电偶极矩。P 的国际单位制 度量单位是2 -?m C 。为P 取平均的单位体积当然很小，但一定包含有足够多的分子。在一个微小的区域内，P 的值依赖于该区域内的电场强度E 。 在这里，有必要澄清一下物质内部的电场强度的概念。在真空中任意一点的电场强度E 的定义为：在该点放置一个电荷为dq 的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受

介电常数

脆化温度brittle temperature 塑料低温力学行为的一种量度。以具有一定能量的冲锤冲击试样时，当试样开裂几率达到50％时的温度称脆化温度。 屈服点（yield point） 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2， （MPa=10^6(10的6次方）Pa，Pa： 帕斯卡=N/m2）2.屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规

定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 什么是介电常数，介电损耗，介电强度？[科学电力 ] 收藏转发至天涯微博 悬赏点数 10 6个回答 屋里有灯不黑啊2009-05-12 10:15:37 什么是介电常数，介电损耗，介电强度？ 回答 换一张 码：

登录并发表取消 回答 heyerijue2009-05-12 10:15:55 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(permeablity),又称诱电率. 介电强度（dielectric strength）是指单位厚度的绝缘材料在击穿之前能够承受的最高电压，即电场强度最大值，单位是 kV/mm。包括塑料 010********-05-12 10:16:02