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当介电电压超过时,聚对二甲苯会发生什么?

2020年08月27日 点击:

聚对二甲苯衍生物(聚对二甲苯)用作保形涂料,广泛应用于汽车,医疗,电子,军事和半导体行业。它们是惰性的,透明的,并具有出色的阻挡性能,如电介质薄膜。由于它们的沉积是在真空下进行的,因此可以涂覆亚微米范围的缝隙,从而产生出色的阻隔性能(无空隙),并且它们具有非凡的纯度,这在电子应用中非常重要。并非所有聚对二甲苯衍生物都具有相同的介电性能(表1)。同样重要的是要注意聚对二甲苯的介电性能取决于其厚度,因此取决于其%结晶度,这将在下面进行说明。

表1:聚对二甲苯的类型和性质 *材料数据:MatWeb

属性
单元
聚对二甲苯
聚对二甲苯
聚对二甲苯
分子结构




化学式

C16H16
C16H14Cl2
C16H8F8
光学的

透明
透明
透明
生物相容性

电性能




介电强度dc短时间
伏/密耳
7000
5600
6800
介电常数(@ 1 MHz)

2.66
2.95
2.17
介电常数(@ 1 kHz)

2.66
3.10

介电常数(@ 60 Hz)

2.66
3.15

体积电阻率
欧姆-厘米
1.40e + 17
8.80e + 16
2.0E + 17


以前,深入研究聚对二甲苯时,一些通用定义将有助于说明什么是介电强度和击穿电压。聚合材料的介电强度可以定义为施加电压下介电击穿电阻的量度(介电强度是通过将击穿电压除以样品厚度来计算的)。用单位厚度的伏特表示。值越高,材料越电绝缘。从技术上讲,绝缘子不导电,但是如果电场足够大,绝缘子就会击穿并导电[1]。? NCE击穿电压超过物理聚合物可燃烧或穿刺,可能会发生,这将导电[2]。必须记住,绝缘材料的厚度在确定其击穿电压时起一定作用,并且它不是线性的。

聚对二甲苯衍生物是部分结晶的[3],[4]。沉积速率,厚度,沉积后热处理会影响聚对二甲苯的结晶度[3],[5]。正如Kahouli报道的那样,聚对二甲苯C的介电常数根据幂律随膜厚度ε'=dβ增大,对于d <1000 nm,β= 0.042±0.04,对于d> 1000,β介电常数为0.0138±0.02。随着膜厚度的增加材料的空隙和不连续性的数量。这项研究的意义在于,通常从薄膜的整体样品中推测薄膜的电性能。这项研究报告了膜厚为40-83000 nm的基片上聚对二甲苯C膜的介电性能。据报道,该聚合物在40nm厚度以上变成半结晶。测得的临界膜厚度为1000 nm,低于该临界厚度时,介电常数会降低到体值以下[3]。图1显示了厚度与介电常数的关系。

聚对二甲苯1.png
图1聚对二甲苯-C的介电常数与厚度的关系[3]

在另一项研究中,在2 mm×2 mm面积的电容器结构上测量了Parylene C的电击穿电压,如图2所示,在该电容器结构上它用作介电层。介电强度。据报道,其击穿电压在整个电容器区域内保持恒定,这对于均匀且无针孔的层来说很典型。上述结果表明,Parylene C薄膜很适合用作微电子应用中的栅绝缘材料[5]。在另一项研究中,对聚对二甲苯C的击穿电压进行了研究,结果表明,断裂导致聚对二甲苯层变形,从而在薄膜中形成气泡(图3)[6]。

聚对二甲苯2.png
图2聚对二甲苯C薄层的击穿电压是其厚度的函数[5]。
聚对二甲苯3.png
图3测量后的样品:聚偏二甲苯C层中出现故障的缺陷(聚对二甲苯厚度为1.9 ?m)的封闭[6]。

参考文献
[1]“如何计算击穿电压”,《科学》。[线上]。可用:https://sciencing.com/calculate-breakdown-voltage-6728339.html。[访问:2020年2月20日]。
[2]“介电强度:单位,测试方法和材料表。” [线上]。可用:https://omnexus.specialchem.com/polymer-properties/properties/dielectric-strength。[访问:2020年2月20日]。
[3] A. Kahouli,“膜厚对聚对二甲苯C膜的结构,形态,介电和电性能的影响”,J。物理 ,卷 112号 6,第 064103,2012年9月,doi:10.1063 / 1.4752022。
[4] WR Dolbier和WF Beach,“ Parylene-AF4:具有出色介电和热性能的聚合物”,J。Fluor 。化学 ,卷 122号 1,第97–104页,2003年7月,doi:10.1016 / S0022-1139(03)00100-3。
[5] T. Marszalek,M。Gazicki-Lipman和J. Ulanski,“聚对二甲苯C作为有机场效应晶体管的通用介电材料,” Beilstein J. Nanotechnol。,卷 8号 1,第1532-1545页,2017年7月,doi:10.3762 / bjnano.8.155。
[6] A. Heid,R。von Metzen,A。Stett和V. Bucher,“在各种条件下检查Parylene C薄膜的介电强度”,Curr。先生 生物医学。。,卷 2,没有 2016年1月1日,doi:10.1515 / cdbme-2016-0012。


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