Επιδραση Περιβαλλοντικων Συνθηκων Σε Διηλεκτρικα Υλικα

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η επίδραση τωνπεριβαλλοντικών συνθηκών στις ηλεκτρικές ιδιότητες πολυμερών καικεραμικών υλικών. Στόχος είναι να αξιολογηθεί η περιβαλλοντικήεπίδραση στην ηλεκτρική συμπεριφορά των υλικών καθώς και νααξιολογηθούν μέθοδοι επεξεργασίας υλικών οι οποίες δύνανται ναβελτιώσουν σημαντικώς τις ηλεκτρικές ιδιότητές του και συνεπώς τηνκαταλληλότητά τους για ηλεκτρολογικές και ηλεκτρονικές εφαρμογές.Μελετήθηκε η επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας στιςηλεκτρικές ιδιότητες πολυπροπυλενίου προσανατολισμένου προς δύοδιευθύνσεις. Yμένια πολυπροπυλενίου (BOPP) υπέστησαν κύκλουςεπιταχυνόμενης περιβαλλοντικής γηράνσεως με συνδυασμό υπεριώδουςακτινοβολίας και υγρασίας, κατά το πρότυπο ASTM G154. Ακολούθωςμετρήθησαν ο συντελεστής απωλειών και η διηλεκτρική σταθερά με τημέθοδο της διηλεκτρικής φασμοτοσκοπίας για συχνότητες 20 Hz έως1 GHz με χρήση γεφυρών LCR υψηλής ακριβείας, ελεγχομένων μεηλεκτρονικό υπολογιστή. Διεπιστώθη ότι κατόπιν εφαρμογής των κύκλωναυτών το BOPP παρουσιάζει σημαντικώς μειωμένο συντελεστή απωλειώνκαι εξόχως χαμηλή διηλεκτρική σταθερά. Η επεξεργασία αυτή καθιστάέτσι το BOPP ένα υλικό ιδανικό για εφαρμογές ισχύος, ως μονωτικόπυκνωτών και αγωγών, και για εφαρμογές μικροηλεκτρονικής, ωςμονωτικό οποίο διαχωρίζει τους αγωγούς χαλκού σε πολυστρωματικέςδιατάξεις ολοκληρωμένων.Μελετήθηκε επίσης η ηλεκτρική συμπεριφορά κεραμικώναποτελουμένων από οξείδιο του τιτανίου (TiO2) οξείδιο του λιθίου (Li2O).Αξιολογήθηκε με τη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας γιασυχνότητες 20 Hz έως 1 GHz η επίδραση στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικάτων κεραμικών δισκίων που κατεσκευάσθησαν του ποσοστού κατά βάροςτου Li2O, ως Li2CO3 κατά την ανάμειξη των δύο υλικών υπό μορφήκόνεως εν ξηρώ, και της θερμοκρασίας θερμάνσεως των διαμορφωθέντωνυπό πίεση δισκίων. Παρατηρήθησαν σημαντικές διαφοροποιήσεις,οφειλόμενες στο σχηματισμό διαφορετικών τριαδικών συστημάτωνLi - Ti - O, αναλόγως της αναλογίας και της θερμοκρασίας. Παρήχθησανδοκίμια τα οποία παρουσίασαν σε πολύ μεγάλο εύρος του φάσματοςσυχνοτήτων χαμηλό συντελεστή απωλειών και υψηλή διηλεκτρικήσταθερά, καθιστώντας το υλικό ενδεχομένως υποψήφιο ως μονωτικό τηςπύλης των MOSFET, ειδικώς σε νέες γενεές ολοκληρωμένωνκυκλωμάτων.In this diploma thesis the influence of environmental conditionson the electric properties of polymer and ceramic materials isresearched. The purpose is to evaluate the effect of environmentalconditions on the electrical behavior of these materials and also toevaluate treatment methods of materials which can significantlyimprove their electrical properties, and therefore their suitability forelectrical and electronic applications.The influence of ultra violet radiation on the electricalproperties of biaxially oriented polypropylene (BOPP) was studied.Polypropylene films were subjected to accelerated weathering cyclesconsisting of UV-B exposure and condensation, according to theASTM G154. Subsequently, the dissipation factor (tanδ) and thedielectric constant were measured by the method of dielectricspectroscopy in the frequency range of 20 Hz to 1 GHz, using highprecision, computer controlled LCR bridges. It was observed thatupon application of the weathering cycles BOPP presents significantlyreduced dissipation factor and ultra low dielectric constant. Thistreatment renders BOPP ideally suited for power applications, such ascable and capacitor insulator, and microelectronic applications, as aninterlayer insulator separating copper conductors in multilevelintegrated circuit structures.The electrical behavior of ceramics consisting of TiO2 and Li2Owas also studied. By means of dielectric spectroscopy the influence ofLi2O proportion, as per weight percentage of Li2CO3 when mixing thetwo materials in form of dry powder, and of heating temperature onthe electrical properties of the produced ceramic disks was studied.Significant variations were observed due to the formation of differenttriadic systems of Li - Ti - O, depending on heating temperature andmaterial proportion in the mixture. Specimens of materials exhibitinglow dissipation factor and high dielectric constant over a wide range offrequencies were produced. These properties mean this is a candidatematerial as MOSFET gate insulator, especially in new generations ofintegrated circuits.