氧化鋁陶瓷是一種重要的介質材料，具有電絕緣性能優異、介電常數低、介電損耗低、導熱率較高、機械強度高，以及耐高溫、耐磨、耐化學腐蝕等特點。其性價比高，工藝成熟，廣泛應用于電子、通信、電真空等領域。然而，普通的氧化鋁陶瓷介電損耗相對較高且穩定性較差，這在半導體制備中的等離子設備（如CVD、蝕刻機）應用中存在一定限制。

用于等離子裝置的低電介損耗型氧化鋁 來源：NTK

介電損耗（Dielectric Loss）指的是電介質在交變電場作用下，由于極化滯后、電導損耗等機制引起的能量損耗現象，通常介電損耗的程度通過介電損耗正切角（tanδ）來衡量，該參數定義為材料在電場中損耗功率與存儲功率的比值，tanδ越小，介電損耗越低。此外該參數一般與頻率存在相關性。在PECVD、等離子蝕刻等半導體制造設備中，材料的介電特性會影響微波等離子體的生成與穩定性，如果介電損耗較高，可能會導致：等離子體分布不均勻，影響蝕刻或沉積均勻性；微波能量耦合效率降低，需要更高功率維持等離子體，從而影響成本和設備壽命。采用低介電損耗氧化鋁零部件能確保微波能量在等離子設備中的高效傳輸與均勻分布，優化工藝穩定性和效率。

應用于Radio Frequency（高頻）的半導體制造設備的氧化鋁絕緣部件 來源：KYOCERA

影響氧化鋁介電性能的因素

氧化鋁本身是非極性材料，極化能力有限，但如果存在導電雜質元素（如鐵、鈉）或結構缺陷，可能引發取向極化和離子極化，從而增加介電損耗。理論上，提高氧化鋁的純度有助于降低氧化鋁陶瓷材料的介電損耗。然而，在實際應用中，高純度的氧化鋁粉體并不總能保證高Q×f值或低介電損耗，材料的制備工藝過程同樣至關重要。

氧化鋁陶瓷的介電損耗主要由本征損耗（intrinsic loss）和非本征損耗（extrinsic loss）兩部分構成。非本征損耗是導致介電損耗較大的主要因素，它與材料在制備過程中產生的結構缺陷（如雜質、晶界、空位、氣孔、微裂紋和晶粒取向等）密切相關。因此，除了優化原料的選擇，通過優化制備工藝以降低氧化鋁陶瓷的介電損耗也是一個重要的方向。在降低氧化鋁介電損耗的研究工作這，采用“摻雜”工藝是一種常見的手段，但對于需要隨時被等離子體攻擊的應用環境來說，部分元素的添加可能會會引發氧化鋁陶瓷的抗侵蝕能力下降。

不同應用領域對“低介電損耗”氧化鋁的標準可能有所不同，如下兩個半導體相關設備中應用對低介電損耗氧化鋁的產品參數，供大家參考。

1、NTK官網提供的半導體制造用等離子設備專用低介電損耗氧化鋁的電氣特性參數：

標準氧化鋁standard alumina與低電介損耗類型氧化鋁LD的電氣特性對比 來源：NTK

標準氧化鋁standard alumina與低電介損耗類型氧化鋁LD的介電損耗正切值 來源：NTK

2、KYOCERA公司官網中應用于Radio Frequency（高頻）的半導體制造設備的絕緣部件的低介電損耗氧化鋁電氣性能參數

不同類型產品的性能參數對比 來源：KYOCERA

不同頻率、不同材質、不同厚度的介電正切測量 來源：KYOCERA

在上述資料中的“低介電損耗氧化鋁”的產品，可以在較寬頻段內保持低的介電損耗正切值，而普通用途的高純度氧化鋁的介電損耗正切值會隨著制品厚度、尺寸、應用頻率等因素變化而發生變化。

參考資料：

1、NTK官網產品介紹

2、KYOCERA官網產品介紹

編輯整理：粉體圈Alpha