誘電ゆうでん体たい

誘電ゆうでん体たい（ゆうでんたい、英えい: dielectric）とは、導電性どうでんせいよりも誘電ゆうでん性せいが優位ゆういな物質ぶっしつである。広ひろいバンドギャップを有ゆうし､直流ちょくりゅう電圧でんあつに対たいしては電気でんきを通とおさない絶縁ぜつえん体たいとしてふるまう。身近みぢかに見みられる誘電ゆうでん体たいの例れいとして、多おおくのプラスチック、セラミックス、雲母うんも（マイカ）、油あぶらなどがある。

誘電ゆうでん体たいは電子でんし機器ききの絶縁ぜつえん材料ざいりょう､コンデンサの電極でんきょく間あいだ挿入そうにゅう材料ざいりょう､半導体はんどうたい素子そしのゲート絶縁ぜつえん膜まくなどに用もちいられている。また、高たかい誘電ゆうでん率りつを有ゆうすることは光学こうがく材料ざいりょうとして極きわめて重要じゅうようであり、光ひかりファイバー、レンズの光学こうがくコーティング､非線形ひせんけい光学こうがく素子そしなどに用もちいられている。

誘電ゆうでん分極ぶんきょく

誘電ゆうでん分極ぶんきょく を参照さんしょう

誘電ゆうでん分散ぶんさん

誘電ゆうでん率りつは電界でんかいの周波数しゅうはすうに依存いぞんする。これを誘電ゆうでん分散ぶんさんと呼よぶ。 空間くうかん電荷でんか分極ぶんきょくと配向はいこう分極ぶんきょくは緩和かんわ型がた、イオン分極ぶんきょくと電子でんし分極ぶんきょくは共鳴きょうめい型がたの誘電ゆうでん分散ぶんさんを示しめす。

誘電ゆうでん緩和かんわ

誘電ゆうでん緩和かんわとは、物質ぶっしつの誘電ゆうでん率りつの瞬間しゅんかん的てきな遅おくれのこと。 通常つうじょうこれは誘電ゆうでん媒質ばいしつ（コンデンサ内部ないぶや２ふたつの大おおきな導体どうたい表面ひょうめん間あいだなど）の変動へんどう電場でんじょうによる分子ぶんし分極ぶんきょくの遅おくれによって起おこる。 変動へんどう電場でんじょうによる誘電ゆうでん緩和かんわは、（インダクタや変圧へんあつ器きにおける）変動へんどう磁場じばによるヒステリシスと同様どうように考かんがえることができる。 一般いっぱん的てきに緩和かんわは線形せんけい応答おうとうの遅おくれであるため、誘電ゆうでん緩和かんわは期待きたいされた線形せんけい定常ていじょう状態じょうたい（平衡へいこう）誘電ゆうでん率りつについて測定そくていされる。

物理ぶつり学がくにおける誘電ゆうでん緩和かんわは、誘電ゆうでん媒質ばいしつの外部がいぶからの振動しんどう電場でんじょうへの緩和かんわ応答おうとうを意味いみする。 この緩和かんわは誘電ゆうでん率りつの周波数しゅうはすう依存いぞん性せいで記述きじゅつされ、理想りそう系けいではデバイ式しきで表あらわされる。 一方いっぽうで、イオン分極ぶんきょくや電子でんし分極ぶんきょくについての歪ゆがみは共鳴きょうめい型がたまたは振動しんどう子こ型がたのふるまいを示しめす。 歪ゆがみ過程かていの特性とくせいは、試料しりょうの構造こうぞう・組成そせい・環境かんきょうに依存いぞんする。

デバイ緩和かんわ

詳細しょうさいは「デバイ緩和かんわ」を参照さんしょう

デバイ緩和かんわとは、外部がいぶ電場でんじょうが与あたえられたときの理想りそう的てきな相互そうご作用さようのない双極そうきょく子こ集団しゅうだんの誘電ゆうでん緩和かんわ応答おうとうである。 場ばの周波数しゅうはすうωおめがを変数へんすうとした複素ふくそ誘電ゆうでん率りつεいぷしろんで表あらわされる。

${\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\Delta \varepsilon }{1+i\omega \tau }}$

ここでεいぷしろん_∞高周波こうしゅうは上限じょうげんでの誘電ゆうでん率りつ、Δでるたεいぷしろん = εいぷしろん_s − εいぷしろん_∞、εいぷしろん_sは静的せいてきな低てい周波しゅうは誘電ゆうでん率りつ、τたうは媒質ばいしつの緩和かんわ時間じかんである。

この緩和かんわモデルは物理ぶつり学者がくしゃピーター・デバイによって1913年ねんに導出みちびきだされた。

デバイ式しきの他ほかの表ひょう式しき

• コール・コール式しき

  誘電ゆうでんロスピークが対称たいしょう的てきであるときに用もちいられる。

• コール・ダビッドソン式しき

  誘電ゆうでんロスピークが非対称ひたいしょう的てきであるときに用もちいられる。

• Havriliak–Negamiの関係かんけい

  対称たいしょう的てきであるときも非対称ひたいしょうであるときも考慮こうりょされている。

• Kohlrausch–Williams–Watts関数かんすう（引ひき延のばされた指数しすう関数かんすうのフーリエ変換へんかん）

誘電ゆうでん体たいの分類ぶんるい

誘電ゆうでん体たいの分類ぶんるいとその関係かんけい

誘電ゆうでん体たいには最もっとも基本きほん的てきな常つね誘電ゆうでん体たいおよび圧あつ電でん体たい・焦こげ電でん体たい・強つよし誘電ゆうでん体たいの全ぜん4種類しゅるいに分類ぶんるいされ、以下いかのような性質せいしつを示しめす。なお、強つよ誘電ゆうでん体たいはこれら全すべての特徴とくちょうを兼かね備そなえ、焦こげ電でん体たいは圧あつ電でん体たい・常つね誘電ゆうでん体たいの性質せいしつも示しめすなど、右みぎの図ずのような関係かんけいにある。

常つね誘電ゆうでん体たい

強つよ誘電ゆうでん体たい以外いがいの誘電ゆうでん体たいのことをいう。

圧あつ電でん体からだ

応力おうりょくを加くわえることにより分極ぶんきょく（および電圧でんあつ）が生しょうじる誘電ゆうでん体たいを圧あつ電でん体からだと呼よぶ。 また、逆ぎゃくに電圧でんあつを印加いんかすることで応力おうりょくおよび変形へんけいが生しょうじる。これらの性質せいしつは圧あつ電でん性せいと呼よばれ、ソナーなどに利用りようされている。

焦こげ電でん体からだ

圧あつ電でん体たいのうち、外そとから電界でんかいを与あたえなくても自発じはつ的てきな分極ぶんきょくを有ゆうしているものを特とくに焦こげ電でん体からだと呼よぶ。微小びしょうな温度おんど変化へんかに応おうじて誘電ゆうでん分極ぶんきょく（およびそれによる起電きでん力りょく）が生しょうじる性質せいしつが名称めいしょうの由来ゆらいである。この性質せいしつは赤外線せきがいせんセンサなどに応用おうようされている。

強つよ誘電ゆうでん体たい

焦こげ電でん体たいのうち、これを外部がいぶからの電界でんかいによって方向ほうこうを反転はんてんさせることのできるものを特とくに強つよ誘電ゆうでん体たいと呼よぶ。 強つよ誘電ゆうでん体たいの特徴とくちょうとして、分極ぶんきょくが外部がいぶ電場でんじょうに対たいするヒステリシス特性とくせいを有ゆうすることが挙あげられる。この特性とくせいは不揮発ふきはつ性せいメモリの1種しゅであるFeRAMに応用おうようされている。

高こう誘電ゆうでん率りつ材料ざいりょうと低てい誘電ゆうでん率りつ材料ざいりょう

半導体はんどうたい素子そしの微細びさい化か、低てい消費しょうひ電力でんりょく化かのために、トランジスタのゲート絶縁ぜつえん膜まくを薄膜うすまく化かし、静せい電でん容量ようりょうを大おおきくすることで高性能こうせいのう化かを計はかってきたが、量子力学りょうしりきがく的てきなトンネル効果こうか等ひとしによるリーク電流でんりゅうの増大ぞうだいを招まねき、デバイスの信頼しんらい性せいを著いちじるしく低下ていかさせている。薄膜うすまく化かに代かわる静せい電でん容量ようりょうを増大ぞうだいさせる方法ほうほうとして、ゲート絶縁ぜつえん膜まくを従来じゅうらいの誘電ゆうでん率りつが低ひくいSiO₂系けい材料ざいりょうから高こう誘電ゆうでん率りつ絶縁ぜつえん膜まく（High-κかっぱ絶縁ぜつえん膜まく）にする必要ひつよう性せいが高たかまってきている。有望ゆうぼうな高こう誘電ゆうでん率りつ絶縁ぜつえん膜まくとしてHfO₂系けい材料ざいりょうなどが挙あげられる。

同時どうじに半導体はんどうたい素子そしの微細びさい化かは、多層たそう配線はいせん間あいだでコンデンサ容量ようりょう（寄生きせい容量ようりょう）を形成けいせいしてしまい、これによる配線はいせん遅延ちえんが問題もんだいになってきている。寄生きせい容量ようりょうを低減ていげんさせるために層間そうかん絶縁ぜつえん膜まくを低てい誘電ゆうでん率りつ絶縁ぜつえん膜まく（Low-κかっぱ絶縁ぜつえん膜まく）にする必要ひつよう性せいが高たかまってきている。有望ゆうぼうな低てい誘電ゆうでん率りつ絶縁ぜつえん膜まくとしてSiOF（酸化さんかシリコンにフッ素ふっそを添加てんかしたもの）、SiOC（酸化さんかシリコンに炭素たんそを添加てんかしたもの）、有機ゆうきポリマー系けいの材料ざいりょうなどがある。