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1、,低介电系数电介质薄膜材料,介电系数及其影响因素,低介电系数电介质薄膜材料,降低材料介电系数的方法,有机高分子薄膜国内外研究现状,有机高分子类低介电系数材料,介电系数及其影响因素,极 化,电介质在电场作用下发生 极化 时其 极化程度 的量度,介电系数,在外电场的作用下分子中电荷分布所发生的相应变化,特点：不随温度变化，仅取决于分子中电子云的分布情况,电子极化,分子极化类型,电子极化：在外电场作用下每个原子中 价电子云 相对于原子核的位移,原子极化：外加电场所引起的 原子核 之间的相对位移,原子极化,取向极化,电子极化原子极化,变形极化（亦称诱导极化）,介电系数及其影响因素,介电系数及其影响因素
2、,具有永久偶极矩的极性分子 置于均匀外电场时 除诱导极化外，还能发生取向极化。特点：偶极子的取向与温度有关 分子的热运动总是使偶极子取向趋于杂乱,取向极化：偶极子沿电场方向进行排列,高 分 子 材 料 的 极 化,在外电场作用下高分子链内偶极基团沿外电场方向排列取向,(a)无电场时,(b)有电场时,高分子链内偶极子在外电场中取向示意图,介电系数及其影响因素,均相聚合物的极化偶极极化,界面两边的组分介电系数和导电率不同引起电荷在两相界面处聚集界面极化,非均相聚合物体系均质高聚物中含有杂质或缺陷晶态高聚物中，晶区与非晶区存在界面,发生界面极化的条件：,界面极化所需时间长，一般发生在低频下（0.00
3、11000Hz),非均相聚合物的极化,介电系数及其影响因素,偶极极化界面极化,非极性介质以电子极化为主离 子 晶 体以离子极化为主强极性介质以偶极子取向极化为主,电介质材料组分、结构不同，其极化类型不同,极化程度影响因素：电介质组分、结构 温度 外电场频率低介电常数的测试频率通常是1MHz,介电系数及其影响因素,降低材料介电系数的理论途径,降低材料电子密度,1,减少材料离子键数目,2,减少材料极性基团数量,3,降低材料密度,4,1、降低构成材料中偶极子的极化率,降低材料介电系数的方法,降低材料介电系数的方法,2、降低单位体积内偶极子的密度,在材料中引入空气气隙 电介质和空气隙形成 多孔复合材料
4、获得超低介电系数材料的重要途径,电介质理论 在均匀介质中通过降低偶极子的极化率 使介电系数降低的程度是有限的,降低材料介电系数的方法,采用复合材料是降低材料介电系数的可能途径 空气的介电系数 k 1,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理 降低聚合物材料介电常数常用方法 增加聚合物材料的自由体积 引入氟原子 生成纳米微孔材料,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理 增加聚合物材料的自由体积 介电系数降低原理 聚合物的自由体积增大可以降低单位 体积内极化基团的数量 增加聚合物材料自由体积方法 短的侧链 柔性的桥结构 能限制链间相互吸引的大的基团,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理 引入氟原子 介电系数降低原理 C-F 较C-H 键有较小偶极和较低的极化率 同时氟原子还能增加自由体积 氟原子引入方法 利用含氟单体合成聚合物 在聚合物链上引入含氟侧基,有机高分子类低介电系数材料,降低聚合物介电常数的方法和原理 制备纳米微孔材料 介电系数降低原理 空气介电系数最低1 纳米微孔材料制备方法 添加造孔剂 添加含微孔结构的材料,
