Диэлектрические проницаемости

Диэлектрические материалы применяют в микроэлектронике в качестве изоляционных покрытий и масок при диффузии и ионной имплантации, герметизирующих покрытий легированных пленок, предотвращающих выход легирующих элементов, герметизирующих слоев, защищающих поверхности приборов от внешних воздействий, для диффузии примесей из слоев легированных оксидов, а также для геттерирования примесей и дефектов. Наиболее перспективны для этих целей оксид и нитрид кремния, а также имеющие более узкое применение оксинитрид кремния и некоторые стекла.

1. Где применяют диэлектрические материалы в микроэлектронике?

Глава третья. Диэлектрические материалы...... 39

3.2.2. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КОНДЕНСАТОРАХ ЕН

3.2.2. Диэлектрические материалы, используемые в конденсаторах ЕН 161

Между электропроводными участками, с разными электрическими потенциалами, имеется электрическое поле, следовательно, диэлектрические материалы находятся под действием этого поля или, как говорят, «несут электрическую нагрузку».

Диэлектрические материалы. Общую оценку диэлектрического материала можно дать по его основным электрическим свойствам, учитывая, что хороший материал имеет высокую электрическую прочность, низкую электропроводность, малые диэлектрические потери. В некоторых случаях имеет особое значение величина ди-

4. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Все диэлектрические материалы под воздействием постоянного напряжения пропускают некоторый, хотя обычно и весьма незначительный ток, называемый током утечки. Если для низкокачественных электроизоляционных материалов (дерево, мрамор, асбестоцемент и пр.) р лежит в пределах 106-108 Ом-м, то для полистирола, фторлона, кварца оно достигает 10 -10' Ом-м, еще выше значения р неионизированных газов. Очевидно, что чем выше р, тем выше качество электроизоляционного материала.

4.5. Основные диэлектрические материалы 4.5.1. Классификация диэлектриков

Диэлектрические материалы имеют чрезвычайно важное значение для электротехники. К ним принадлежат электроизоляционные материалы; они используются для создания электрической изоляции, которая окружает токоведущие части электрических устройств и отделяет друг от друга части. находящиеся под различными электрическими потенциалами. Назначение электрической изоляции - не допускать прохождения электрического тпкя по каким-либо нежелательным путям, помимо тех, которые предусмотрены электрической схемой устройства. Очевидно, что никакое, даже самое простое, электрическое устройство не может быть выполнено без использования электроизоляционных материалов.

При обеднении приповерхностного слоя основными носителями МДП-структуру можно представить в виде двух конденсаторов, включенных последовательно. Величина емкости С0 первого конденсатора зависит от свойств диэлектрического слоя, а емкости С второго конденсатора — от свойств слоя полупроводника: С0 = ед/о!д; С = еп/й!п, где ед, еп — диэлектрические проницаемости диэлектрического и полупроводникового слоев; du, da — толщина диэлектрического и полупроводникового слоев.

В табл. 1.2 приведены относительные диэлектрические проницаемости часто применяемых изоляционных материалов.

где QUOB — плотность поверхностного заряда; Сдо — е0ед/йд — удельная емкость подзатворного диэлектрика; е0 — диэлектрическая проницаемость вакуума; ед, е„ — относительные диэлектрические проницаемости диэлектрика и полупроводника; (1Я — толщина диэлектрика; Фпор — пороговый поверхностный потенциал (0,5 ... 0,7 В), Фм.по — контактная разность потенциалов затвор — подложка.

Рассмотрим границу двух непроводящих сред, диэлектрические проницаемости которых равны EI и е2 ( 8-4). Пусть на границе этих сред имеется свободный заряд с поверхностной плотностью а. Проведем замкнутую цилиндрическую поверхность S так, чтобы одна ее половина была расположена в первом диэлектрике, другая во втором. По теореме Гаусса поток вектора электрической индукции будет равен зарядам, которые находятся внутри объема, ограниченного замкнутой поверхностью S:

В бесконечном диэлектрическом цилиндре радиуса Г0 ( 23.1) распределен объемный заряд по закону р = р0—. Требуется рассчитать электрическое поле внутри и вне цилиндра, если диэлектрические проницаемости ех цилиндра и еа окружающей среды постоянны.

Рассмотрим границу двух непроводящих сред, диэлектрические проницаемости которых равны е, и е2 ( 1-4). Пусть на границе этих сред имеется свободный заряд с поверхностной плотностью о. Проведем jf-% замкнутую цилиндрическую поверх-nr t f ность S так, чтобы одна ее половина

Зная амплитуду и фазу Еплл и диэлектрические проницаемости обеих сред, можно, используя граничные условия, найти ?отр и .Епр. Вначале будут рассмотрены два частных случая:

Абсолютную диэлектрическую проницаемость вакуума е„ называют еще электрической постоянной. Абсолютные диэлектрические проницаемости других веществ удобно выражать через электрическую постоянную.

теперь отличны от нуля. Однако если U/, — const и диэлектрические проницаемости сред не зависят от напряженности поля, то существует простое соотношение между работой внешних источников и приращением энергии электрического поля. Действительно, энергия электрического поля системы заряженных тел при этом может быть представлена выражением

При выборе комбинации диэлектриков стремятся получить по возможности однородную изоляцию с равномерным распределением электрического поля по отдельным составляющим. В связи с этим учитываются диэлектрические проницаемости и удельные проводимости комбинируемых диэлектриков.

где ЕП, ЁР—диэлектрические проницаемости п- и р-полу-проводников.