53 Классификация диэлектрических материалов

Диэлектрики - вещества, плохо проводящие электрический ток. Термин "диэлектрик" введен Фарадеем для обозначения веществ, в кото­рые проникает электрическое поле.

Электропроводность диэлектриков по сравнению с металлами очень мала. Их удельное электрическое сопротивление р > 108-109 Ωсм. Основным электрическим свойством диэлектриков является способность к поляризации, в них возможно существование электростатического поля.

К диэлектрикам относят вещества, у которых ширина запрещенной зоны Ем > 3 эВ. Электроны под действием обычных (не слишком сильных) электрических полей преодолеть ее не могут. Действие электрического поля сводится к перераспределению электронной плотности, что приво­дит к поляризации.

Механизмы поляризации диэлектриков различны и зависят от ха­рактера химических связей. В ионных кристаллах (например NaCl) поля­ризация является результатом сдвига ионов друг относительно друга (ионная поляризация) и деформации электронных оболочек отдельных ионов (электронная поляризация). В кристаллах с ковалентной связью (например алмаз) поляризация обусловлена смещением электронов, осуществляющих химическую связь.

По функциям, выполняемым в приборах электронной техники, диэлектрики можно разделить на пассивные и активные.

Пассивные - это электроизоляционные и конденсаторные материа­лы. Электроизоляционные диэлектрики используют для создания элек­трической изоляции, которая окружает токоведущие части электрических устройств и отделяет друг от друга элементы схем, находящиеся под различными электрическими потенциалами.

Пассивные неорганические диэлектрики, применяемые в микро­электронике, представляют собой очень большой класс материалов, ко­торый можно разделить на стекловидные диэлектрики, керамику, моно­кристаллические диэлектрические материалы.

Активные диэлектрики - это материалы, свойствами которых мож­но управлять в широком диапазоне с помощью внешних энергетических воздействий и использовать эти воздействия для создания функциональ­ных элементов электроники. Таким внешним воздействием может быть электрическое поле, механическое усилие, излучение, тепло.

К числу активных диэлектриков относят свгнето-, пьеэо- и пироэлек-трики; электреты; материалы для квантовой электроники; жидкие кри­сталлы; электро-, магнито- и акустооптические материалы; диэлек­трические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др. По строению и свойствам их можно подразделить на кристаллические и аморфные, полярные и неполярные диэлектрики.

Активные диэлектрики позволяют осуществить генерацию, усиле­ние, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание или преобразование информации. Резкой границы, однако, между активными и пассивными диэлектриками не существует. Один и тот же материал в различных условиях эксплуатации может выполнять либо пассивные функции изолятора или конденсатора, либо активные функции управ­ляющего или преобразующего элемента.

Стекловидные диэлектрические материалы

Среди пассивных диэлектриков наиболее важными в практическом отношении являются стекловидные диэлектрические материалы: стекло, ситаллы, ситаллоцементы и композиционные материалы на основе стек­лянной матрицы и неорганического наполнителя.