氧化鋁陶瓷是一種重要的介質(zhì)材料，具有電絕緣性能優(yōu)異、介電常數(shù)低、介電損耗低、導(dǎo)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(yīng)用于電子、通信、電真空等領(lǐng)域。然而，普通的氧化鋁陶瓷介電損耗相對較高且穩(wěn)定性較差，這在半導(dǎo)體制備中的等離子設(shè)備（如CVD、蝕刻機）應(yīng)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(zhì)在交變電場作用下，由于極化滯后、電導(dǎo)損耗等機制引起的能量損耗現(xiàn)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(shù)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(shù)一般與頻率存在相關(guān)性。在PECVD、等離子蝕刻等半導(dǎo)體制造設(shè)備中，材料的介電特性會影響微波等離子體的生成與穩(wěn)定性，如果介電損耗較高，可能會導(dǎo)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(shè)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(shè)備中的高效傳輸與均勻分布，優(yōu)化工藝穩(wěn)定性和效率。

應(yīng)用于Radio Frequency（高頻）的半導(dǎo)體制造設(shè)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(dǎo)電雜質(zhì)元素（如鐵、鈉）或結(jié)構(gòu)缺陷，可能引發(fā)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(yīng)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(guān)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(gòu)成。非本征損耗是導(dǎo)致介電損耗較大的主要因素，它與材料在制備過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)缺陷（如雜質(zhì)、晶界、空位、氣孔、微裂紋和晶粒取向等）密切相關(guān)。因此，除了優(yōu)化原料的選擇，通過優(yōu)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(yīng)用環(huán)境來說，部分元素的添加可能會會引發(fā)氧化鋁陶瓷的抗侵蝕能力下降。

不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Α暗徒殡姄p耗”氧化鋁的標準可能有所不同，如下兩個半導(dǎo)體相關(guān)設(shè)備中應(yīng)用對低介電損耗氧化鋁的產(chǎn)品參數(shù)，供大家參考。

1、NTK官網(wǎng)提供的半導(dǎo)體制造用等離子設(shè)備專用低介電損耗氧化鋁的電氣特性參數(shù)：

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(wǎng)中應(yīng)用于Radio Frequency（高頻）的半導(dǎo)體制造設(shè)備的絕緣部件的低介電損耗氧化鋁電氣性能參數(shù)

不同類型產(chǎn)品的性能參數(shù)對比 來源：KYOCERA

不同頻率、不同材質(zhì)、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(chǎn)品，可以在較寬頻段內(nèi)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(yīng)用頻率等因素變化而發(fā)生變化。

參考資料：

1、NTK官網(wǎng)產(chǎn)品介紹

2、KYOCERA官網(wǎng)產(chǎn)品介紹

編輯整理：粉體圈Alpha