Física de dieléctricos : aplicación a los materiales y dispositivos electrónicos / J.M. Albella Martín, J.M. Martínez Duart.

CONTENIDO
Lista de símbolos ix
Prólogo xi
Capítulo 1. Polarización de la materia 1
1.1. Concepto de dipolo y de multipolo 1
1.2. Potencial creado por una distribución de cargas 4
1.3. Energía potencial de una agrupación de cargas en un campo eléctrico. Interacción entre dipolos 7
1.4. Campo eléctrico en el interior de un material dieléctrico. Polarización de la materia 9
1.5. Polarizabilidad 13
Capítulo 2. Polarización inducida: electrónica y iónica 17
2.1. Aproximación cuántica a la polarizabilidad electrónica 17
2.2. Modelos fenomenológicos para la polarizabilidad electrónica en átomos o iones esféricos 20
2.3. Modelo para átomos y moléculas no esféricos 24
2.4. Cálculo de la energía potencial de átomos y moléculas esféricos en un campo eléctrico 26
2.5. Polarizabilidad iónica de moléculas aisladas 29
2.6. Polarizabilidad iónica de sólidos 31
Capítulo 3. Polarización orientacional 35
3.1. Polarizabilidad orientacional 35
3.2. Dipolos libres puntuales: teoría de Langevin 37
3.3. Polarizabilidad, momento dipolar y estructura molecular 41
3.4. Extensión del modelo de Langevin a moléculas anisótropas 43
3.5. Aplicación de la teoría de Langevin a redes cristalinas iónicas 48
Capítulo 4. Relación entre la polarizabilidad y la constante dieléctrica 53
4.1. Polarización 53
4.2. Constante dieléctrica de fases diluidas 56
4.3. Constante dieléctrica en la materia condensada. Modelo de Lorentz 58
4.3.1. Relación entre la constante dieléctrica y la polarizabilidad 61
4.3.2. Efecto de la frecuencia y de la temperatura en la constante dieléctrica 62
4.4. Constante dieléctrica en la materia condensada: modelo de Onsager 65
4.4.1. Cálculo de la constante dieléctrica en el modelo de Onsager 70
4.4.2. Modelo de Kirkwood y Fröhlich 72
Capítulo 5. Comportamiento de los dieléctricos en campos eléctricos variables con el tiempo 75
5.1. Métodos de estudio de la respuesta dieléctrica 76
5.2. Función respuesta dieléctrica 77
5.3. Respuesta dieléctrica en el espacio de tiempos 81
5.4. Respuesta dieléctrica en el espacio de frecuencias 84
5.4.1. Otros parámetros que caracterizan la respuesta dieléctrica 85
5.4.2. Pérdidas dieléctricas 87
5.5. Parámetros eléctricos de los materiales conductores y dieléctricos 89
5.6. Relación de los parámetros dieléctricos con las constantes ópticas 91
5.7. Relaciones de Kramers-Kröning 94
5.8. Curva de dispersión de la constante dieléctrica 97
Capítulo 6. Fenómenos de relajación díeléctrica (frecuencias bajas) 101
6.1. Comportamiento dinámico de la polarización orientacional: modelo de Debye 101
6.2. Cálculo de la constante dieléctrica en el modelo de Debye 105
6.3. Cálculo de la corriente de desplazamiento en el modelo de Debye 109
6.4. Correcciones al modelo de Debye 111
6.4.1. Influencia del campo local 111
6.4.2. Influencia de la conductividad 112
6.4.3. Influencia de múltiples tiempos de relajación 113
6.5. Otros modelos de relajación 115
6.6. Relajación interfacial. Efecto de Maxwell-Wagner 118
Capítulo 7. Fenómenos de resonancia (frecuencias altas) 123
7.1. Polarización electrónica. Modelo del oscilador armónico 123
7.2. Polarización iónica 130
7.2.1. Estados de vibración de una red monodimensional 130
7.2.2. Cálculo de la constante dieléctrica 136
Capítulo 8. Conducción y ruptura dieléctrica en aislantes 143
8.1. Contactos metal-aislante 143
8.1.1. Contacto óhmico o contacto inyectante 144
8.1.2. Contacto neutro 146
8.1.3. Contacto bloqueante 146
8.2. Mecanismos de conducción en dieléctricos 147
8.3. Procesos limitados por la interfase metal-aislante 149
8.3.1. Conducción por túnel a través del aislante 149
8.3.2. Túnel a través de la barrera de potencial en la interfase (emisión de campo desde el electrodo)152
8.3.3. Efecto Schottky 153
8.4. Procesos limitados en el interior del dieléctrico 155
8.4.1. Efecto Poole-Frenkel 155
8.4.2. Conducción por carga espacial en aislantes 158
8.5. Conducción iónica en aislantes 161
8.6. Resumen de los mecanismos de conducción en aislantes 165
8.7. Procesos de ruptura dieléctrica 167
8.7.1. Ruptura térmica 168
8.7.2. Ruptura electrónica 170
8.7.3. Ruptura iónica 173
Capítulo 9. Aplicaciones de los dieléctricos en electrónica 175
9.1. Condensadores 175
9.2. Cermets 177
9.3. Aplicaciones de los materiales ferroeléctricos 179
9.3.1. Materiales ferroeléctricos 179
9.3.2. Memorias ferroeléctricos 181
9.3.3. Convertidores ferroeléctricos de energía 183
9.4. Transductores piezoeléctricos 184
9.5. Aplicaciones ópticas de los materiales electrónicos aislantes 186
9.5.1. Aplicación de los dieléctricos en láseres de estado sólido 186
9.5.2. Dispositivos electroópticos 187
9.5.3. Fibras ópticas 188
Capítulo 10. Materiales dieléctricos de interés en mieroelectrónica 191
10.1. Oxido de silicio 191
10.2. Nitruro de silicio 196
10.3. Aislantes ultrafinos en microelectrónica 198
10.4. Oxido de tantalio 199
10.5. Substratos dieléctricos: vidrios, cerámicas y cristales 201
Capítulo 11. Aplicaciones de los dieléctricos a dispositivos microelectrónicos 205
11.1. Aplicaciones de los dieléctricos como elementos pasivos en microelectrónica 205
11.1.1. Condensadores de capa fina 206
11.1.2. Procesos fotolitográficos para la difusión 207
11.1.3. Capas pasivantes 208
11.2. Aplicaciones de los dieléctricos como elementos activos en microclectrónica 208
11.2.1. Transistores MOSFET 209
11.2.2. Memorias microclectrónicas 211
11.2.3. Transistores sobre substratos aislantes 212
11.2.4. Dispositivos de acoplamiento de carga (CCD) 214
Capítulo 12. Medidas de las características dieléctricas 217
12.1. Circuitos equivalentes 217
12.2. Medidas en el espacio de frecuencias (métodos en corriente alterna) 221
12.2.1. Región de baja frecuencia 221
12.2.2. Región de las microondas 227
12.2.3. Región óptica 229
12.3. Medida en el espacio de tiempos (métodos en corriente continua) 232
12.4. Medida de las características intensidad-voltaje y del potencial de ruptura dieléctrica 238
Bibliografía 243