Stand der Technik Bei elektrischen Bauteilen treten elektrische Feldüberhöhungen zwischen spannungsführenden leitenden Materialien mit positi- ven, kleinen Krümmungsradien auf, zum Beispiel an Elektroden- Spitzen, metallischen Partikeln, am inneren Leiter von Koa- xialkabeln, sowie an Kanten und Ecken von Leistungshalblei- tern. Solche Feldüberhöhungen können zu elektrischen Durchbrü- chen oder zu beschleunigter Alterung eines isolierenden Teils führen und müssen daher in vielen Fällen vermindert oder ver- hindert werden.

Die Verringerung von Feldüberhöhungen, auch Absteuerung von elektrischen Feldüberhöhungen oder Feldsteuerung genannt, wird meist mittels einer der folgenden zwei Strategien bewerkstel- ligt : Bei der geometrischen Feldsteuerung wird die Geometrie der spannungsführenden Materialien, also der Leiter oder Elektro- den angepasst, beispielsweise durch Abrundung von Ecken und Kanten. Dies erfordert eine im allgemeinen aufwendige Bearbei- tung der Elektroden.

Bei der kapazitiv-resistiven Feldsteuerung befindet sich zwi- schen den Leitern ein makroskopisch homogenes, elektrisch nichtlineares Dielektrikum. Bei einem nichtlinearen Dielektri- kum sind die Dielektrizitätskonstante oder die Leitfähigkeit, oder sowohl die Dielektrizitätskonstante als auch die Leitfä- higkeit eine Funktion der elektrischen Feldstärke. Beispiels- weise wächst beim Anlegen einer Spannung eine geeignete nicht- lineare Leitfähigkeit oder Dielektrizitätskonstante in der Nä- he einer spitzen Elektrode an, wodurch das elektrische Feld dort vermindert wird. Somit verläuft im Betriebszustand die Leitfähigkeit oder die Dielektrizitätskonstante des Dielektri- kums inhomogen über das Volumen des Dielektrikums. Es ist je- doch schwierig, die optimalen nichtlinearen Materialeigen- schaften einzustellen und entsprechende Materialien zu entwik- keln.

Darstellung der Erfindung Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit Absteue- rung von elektrischen Feldüberhöhungen zu schaffen, welches die oben genannten Nachteile behebt. Eine weitere Aufgabe der

Erfindung ist, ein Herstellungsverfahren für ein solches er- findungsgemässes Bauteil zu schaffen.

Diese Aufgabe lösen ein Bauteil mit Absteuerung von elektri- schen Feldüberhöhungen und ein Herstellungsverfahren fur ein solches Bauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 11.

Ein erfindungsgemässes Bauteil weist mindestens ein Isolation- selement zur gegenseitigen Isolation von mindestens zwei Lei- tern auf, wobei eine Dielektrizitätskonstante des Isolation- selements inhomogen über das Volumen des Isolationselements verläuft. Dabei besteht das Isolationselement aus mindestens zwei Komponenten, wobei mindestens zwei dieser Komponenten un- terschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen.

Der inhomogene, ortsveränderliche Verlauf der Dielektrizitäts- konstante des Isolationselements ist eine Folge einer inhomo- genen Verteilung der Komponenten. Mit dem Begriff"inhomogen" ist hier eine kontinuerliche und ortsabhängige Anderung einer Grosse gemeint. Insbesondere ist eine Konzentration einer Kom- ponente mit höherer Dielektrizitätskonstante an Orten der Iso- lation, die durchschlagsgefährdet sind, höher als an Orten die weniger durchschlagsgefährdet sind. Durchschlagsgefahrdet sind diejenigen Orte der Isolation, an denen bei Verwendung eines dielektrisch homogenen Isolationsmaterials im Betriebszustand eine Überhöhung eines elektrischen Feldes auftreten würde.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizi- tätskonstanten lineare Dielektrika. Bei diesen sind Dielektri- zitätskonstante und Leitfähigkeit im Wesentlichen nicht von der Feldstärke abhängig.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die elektrischen Eigenschaften des Isolationselementes einfach einstellbar sind. Dies ist möglich, weil die elektrischen Eigenschaften eines einzelnen linearen Dielektrikums, wie auch die elektri- schen Eigenschaften eines Gemisches linearer Dielektrika ein- fach einstellbar sind. Letzteres geschieht durch Wahl des Mi- schungsverhältnisses.

Im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren wird einem Zwi- schenraum zwischen Leitern mit unterschiedlichem elektrischen Potential ein fluides Gemisch aus mindestens zwei Komponenten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten eingebracht, so dass sich aufgrund eines durch die unterschiedlichen Poten- tiale entstehenden elektrischen Feldes eine ortsabhangige Dichteverteilung der Komponenten einstellt. Durch diese inho- mogene Dichteverteilung wird auch die Dielektrizitätskonstante des Gemisches ortsabhängig, wodurch wiederum Überhöhungen des elektrischen Feldes abgebaut werden.

Diese ortsabhängige Dichteverteilung ist eine Folge der Tatsa- che, dass auf einen Dipol in einem inhomogenen Feld eine soge- nannte dielektrophoretische Kraft wirkt. Diese Kraft zieht den Dipol in Gebiete grosser absoluter Feldstarke. Dabei ist F cc V E das heisst, ein auf den Dipol wirkender Kraftvektor F ist pro- portional zu einem Gradienten eines Quadrats eines ortsabhän- gigen Absolutbetrags E einer elektrischen Feldstärke. Da eine höhere Dielektrizitätskonstante einer höheren Dipolaritäts- dichte entspricht, folgt, dass sich in einem zunächst homoge- nen fluiden Gemisch zweier isolierender Komponenten K1 und K2 mit Dielektrizitätskonstanten s1 und s2, wobei E1 > s2 ist, die Komponente Kl in Richtung höherer Feldstärke bewegt. Es ent- steht daher ein inhomogenes Gemisch, das heisst die relativen

Anteile der Komponenten variieren ortsabhängic. Dadurch ergibt sich auch eine inhomogene, kontinuierlich variierende, von ei- nem Ortsvektor X abhängige Dielektrizitätskonstante s (X) des Gemisches. An Orten einer lokal erhöhten Dielektrizitätskon- stante nimmt eine Feldüberhöhung ab.

In einer bevorzugten Variante des erfindungscemassen Herstel- lungsverfahrens wird das Gemisch, beispielsweise eine Polymer- schmelze, im flüssigen Zustand in ein geeignetes elektrisches Feld gebracht und erstarrt im gewünschten inhomogenen Zustand.

In einer weiteren bevorzugten Variante des e-findungsgemässen Herstellungsverfahrens sind die Komponenter. des Gemisches Flüssigkeiten oder eine oder mehrere Flüssigkeiten mit darin verteilten festen Teilchen oder Gasen.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemassen Herstellungsverfahrens werden Dipolmoleküle in einen festen Isolationskörper diffundiert.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevor- zugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine koaxiale Elektrodengeometrie ;

Figur 2 einen Verlauf der Feldstärke bei einem homogenen linearen Dielektrikum gemäss dem Stand der Tech- nik ; Figur 3 einen Verlauf der Dielektrizitätskonstante bei einem erfindungsgemässen Bauteil mit einem inho- mogenen Dielektrikum ; Figur 4 einen Verlauf der Feldstärke bei einem erfin- dungsgemässen Bauteil mit einem inhomogenen Die- lektrikum ; Figuren 5-7 Verläufe von Dielektrizitätskonstanten von weite- ren Ausführungsformen gemäss der Erfindung ; Figur 8 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Koaxialkabel ; und Figur 9 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Halbleiterbauelement.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Be- deutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufge- listet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung Ein erfindungsgemässes Herstellungsverfahren, woraus ein er- findungsgemässes elektrisches Bauteil resultiert, wird auf ei- ne beliebige Geometrie von Leitern oder Elektroden, bei denen Feldüberhöhungen vermindert werden sollen, angewandt. Dazu wird ein fluides, homogenes Gemisch von Komponenten mit unter- schiedlichen Dielektrizitätskonstanten in einen feldführenden Zwischenraum zwischen den Leitern eingebracht und die Leiter auf unterschiedliches elektrisches Potential gebracht. Im Fal- le von mehr als zwei Leitern entsprechen die Potential-und Feldverhältnisse vorzugsweise den im späteren Betrieb zu er-

wartenden Verhältnissen. Aufgrund einer dielektrophoretischen Kraft werden Dipole des Fluids in Richtung höherer Feldstärke bewegt. Da eine höhere Dielektrizitätskonstante einer höheren Dipolaritätsdichte entspricht, ist die dielektrophoretische Kraft für Komponenten mit grösserer Dielektrizitätskonstante grösser als für Komponenten mit kleinerer Dielektrizitäts- konstante. Bei zwei Komponenten K1 und K2 mit Dielektrizitäts- konstanten si und Es, wobei E ; l > 82 ist, nimmt dadurch die Kon- zentration der Komponente Kl an Orten höherer Feldstärke zu.

An diesen Orten höherer Feldstärke ist bei einem linearen ho- mogenen Dielektrikum auch die Gefahre eines elektrischen Durchschlags erhöht.

Eine Bewegung von Dipolen in inhomogenen elektrischen Feldern ist in den Artikeln"The Motion and Precipitation of Suspe- noids in Divergent Electric Fields", Herbert A. Pohl, Journal of Applied Physics, Vol. 22, Nr. 7, Juli 1951, und"Electric- field-induced pattern formation in colloidal dispersions", M.

Trau et al., Nature, Vol. 374, Nr. 30, März 1995, beschrieben.

Eine Dielektrizitätskonstante E des Gemisches ist eine Funkti- on der Dielektrizitätskonstante der Komponenten sowie eines Mischungsverhältnisses p. Es sei beispielsweise p gleich dem Volumenanteil der Komponente K1. Somit ist p=1, wenn die Mi- schung nur die Komponente Kl aufweist, und p=0, wenn die Mi- schung nur die Komponente K2 aufweist. Im allgemeinen geht, wenn p von eins nach null geht, die Dielektrizitätskonstante s des Gemisches von 61 nach 62. Als nützliche Näherung dient oft für flüssige Gemische ein linearer Zusammenhang £ = glp + 62 (1p)- Somit nimmt mit der Konzentration der Komponente mit höherer Dielektrizitätskonstante auch die Dielektrizitätskonstante an

Orten höherer Feldstärke zu. Als Folge dieser lokal erhöhten Dielektrizitåtskonstante nimmt die Feldüberhöhung und damit auch die Gefahr eines Durchschlags ab. Es stellt sich eine in- homogene Gleichgewichtsverteilung der Komponenten K1 und K2 ein, mit einer von einem Ortsvektor X abhängigen Dielektrizi- tätskonstante s (X). Rechnerisch wird diese Verteilung aus ei- ner Minimierung des relevanten'thermodynamischen Potentials erhalten. Aus der Diskussion des Resultats ergibt sich eine optimale Wahl des Mischungsverhältnisses der Komponenten sowie der Dielektrizitätskonstanten 61 und 82.

Für die oben beschriebene Kraft-und Bewegungswirkung ist der Absolutbetrag der Feldstärke massgebend, so dass für das er- findungsgemässe Verfahren sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen zwischen die Leiter gelegt werden können.

Verallgemeinerungen auf Komponenten mit nicht vernachlässigba- rer Leitfähigkeit geschehen analog zur allgemeinen Theorie der Dielektrophorese, das heisst über die komplexe Dielektrizi- tätskonstante, welche von einer Frequenz einer wirksamen Wech- selspannung abhangig ist.

Alle beschriebenen Vorgänge gelten selbstverstcndlich und in analoger Weise auch für Mischungen mit mehr als zwei dielek- trischen Komponenten.

Für flüssige Isolationen und Gasisolationen werden Mischungen von Komponenten mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten, respektive atomaren Polarisierbarkeiten oder permanenten Di- polmomenten gewåhlt. Bei Flüssigkeiten sind entweder alle Kom- ponenten flüssig, oder aber es liegen eine oder mehrere der Komponenten in fester oder gasförmiger Phase vor, welche dis- persiv in der flüssigen Phase verteilt sind. Dabei werden die Parameter so gewählt, dass keine elektrorheologischen Instabi-

litäten auftreten. Als Dipole einer Komponente wirken, je nach dem Aggregatzustand der Komponente, beispielsweise Partikel, Moleküle oder Ionen mit angelagerten Molekülen.

Um Festkörper-Isolationen herzustellen, werden die Komponenten im flüssigem Zustand ins geeignete elektrische Feld gebracht und erstarren im gewunschten inhomogenen Zustand. Auch hier sind beispielsweise alle Komponenten vorerst flüssig, oder aber feste oder gasförmige Komponenten sind in einer flüssigen Phase sehr fein verteilt. Die Viskosität von zähflüssigen Ge- mischen wird beispielsweise über eine Scherkraftabhängikeit durch Vibration des Gemisches erniedrigt. Die zwischen den Leitern angelegte Spannung wird beispielsweise zu Beginn des Verfahrens nicht allzu gross gewählt und während einer mit der Ausbildung der ortsveränderlichen Dielektrizitätskonstante einhergehenden Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit vergrö- ssert. Die Erstarrung ist beispielsweise eine Aushärtung oder eine Gelierung und wird beispielsweise durch eine durch Erhit- zen oder Zugabe eines Härtungsmittels ausgelöste chemische Re- aktion bewirkt, oder durch schnelles Abkühlen des Komponenten- gemisches verursacht, oder durch einen Aushärtungsprozess, der aufgrund der chemischen Eigenschaften des Komponenten mit ih- rer Durchmischung beginnt.

Bei der Wahl der Materialien und Mischungsverhältnisse werden vorzugsweise Sedimentationseffekte, bei homogenen Gemischen vorzugsweise Einflüsse von freien Mischungsenergien und bei heterogenen Gemischen wie auch bei der Elektroden-Benetzung die verschiedenen Grenzflächenenergien respektive das Benet- zungsverhalten berücksichtigt und ausgenutzt.

Dazu werden Materialien und allfällige Additive derart ge- wählt, dass eine dielektrische Energie relativ zu einem Entro- pieanteil einer freien Energie möglichst hoch wird. Die diel-

ektrische Energie ist ein Mass für die im Dielektrikum gespei- cherte elektrische Feldenergie, während der Entropieanteil der freien Energie ein Mass für die Neigung des Gemisches zur Dif- fusion, das heisst zur Unterdrückung von Inhomogenitäten ist.

Es sei beispielsweise eine zylindrische innere Elektrode gege- ben, welche auf einem Potential U gegenüber einer im Unendli- chen liegenden konzentrischen zylindrischen äusseren Elektrode liegt. Im Falle eines Gemisches von gleichlangen Polymeren un- terschiedlicher Dielektrizitätskonstante beträgt ein Mass Z für ein Verhältnis der dielektrischen Energie zum Entropiean- teil der freien Energie<BR> <BR> z Ag u2 N<BR> pkT r2 wobei Os eine Differenz der Dielektrizitätskonstante der Mi- schungskomponenten, N eine Anzahl Monomere pro Polymer, p ei- ne Dichte von Momomeren pro Volumeneinheit, k die Bolzmannkon- stante, T eine absolute Temperatur des Gemisches und r ein Radius der inneren zylindrischen Elektrode ist. Vorteilhafter- weise werden Materialien und Zusätze derart gewählt, dass Z möglichst gross, insbesondere grosser als eins ist. Dabei ist U kleiner als eine Durchbruchspannung der Anordnung.

Um den Einfluss von Diffusionskräften gegenuber der Kraft des elektischen Feldes weiter zu verkleinern, werden Parameter des Gemisches vorzugsweise in folgender Weise gewählt : Gemass der Theorie der spinodalen Entmischung lässt sich, wie in Figur 10 gezeigt, eine durch zwei Parameter, beispielsweise der Tempe- ratur T und des Mischungsverhältnissses p von Komponenten auf- gespannte Ebene aufteilen in erste Gebiete 11, in denen die Komponenten mischbar ist, zweite Gebiete 12, in denen sie nicht mischbar sind, und eventuell dazwischenliegende dritte Gebiete 13 mit metastabilen Zuständen. Eine Grenze zwischen zweiten und dritten Gebieten 12 und 13 wird Spinodale 14 ge-

nannt, eine Grenze zwischen ersten und dritten Gebieten 11 und 13 wird Binodale 15 genannt. Die beiden Grenzen treffen sich in einem Extremum bezüglich der Temperatur, einem sogenannten kritischen Punkt 16. Im allgemeinen Fall können Extrema Maxima oder Minima sein. Zusätzlich zu den in der Figur 10 gezeigten Gebieten können beispielsweise für höhere Temperaturen weitere Gebiete auftreten, in denen die Komponenten nicht mischbar sind. Es ist bekannt, dass eine effektive Diffusionskonstante bezüglich p auf der Spinodalen 14 ihr Vorzeichen wechselt und in der Nähe der Spinodalen 14 kleine Werte annimmt. Weiter sollen die Komponenten mischbar sein, da der entmischte Zu- stand isolationstechnisch nachteilig ist. Aus diesen beiden Gründen wird der Zustand des Gemisches im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren vorteilhafrerweise im ersten Gebiet 11 und möglichst nahe an der Spinodalen 14 gewahlt, also in der Nähe des kritischen Punkts 16. Dadurch wird die effektive Dif- fusionskonstante positiv und möglichst klein. Die Beeinflus- sung des Zustandes geschieht beispielsweise durch Temperatur T und Mischungsverhältnis p, oder durch zusätzliche Komponenten oder Additive, oder durch Wahl von Gemischen, welche einen Flory-Huggins Parameter aufweisen, der einem gewünschten Ex- tremum 15 entspricht.

Im Falle dass grössere Feldstärken möglich sind, das heisst, dass Z nicht klein gegen eins ist, verschiebt sich die optima- le Wahl des Gemisches vom kritischen Punkt 16 bei gleichglei- bender Temperatur zu einem Mischungsverhältnis mit einem ge- ringeren Anteil der Komponente mit höherer Dielektrizitätskon- stante.

Geeignete Komponentensubstanzen sind beispielsweise isolieren- de Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstan- ten, beispielsweise isolierende Öle. Geeignete heterogene Ge- mische sind beispielsweise sehr fein pulverisierte Ferrolek-

trika oder nichtdissoziierende Additive mit grosser Polari- sierbarkeit in isolierendem Gel oder 01. Weitere geeignete Komponenten für homogene oder heterogene flüssige Gemische sind beispielsweise Polymere oder Polymerschmelzen, sowie Lö- sungen von flüssigen respektive geschmolzenen Polymeren.

Die folgenden Gemische sind Beispiele für erfindungsgemass verwendbare flüssige Gemische, wobei die angegebene Temperatur jene des kritischen Punktes des entsprechenden Gemisches ist : "Gemisch 1 : Annähernd 4 bis annähernd 6 Volumenprozent Po- lystyrol in Cyclohexan bei ca. 30 °C, 'Gemisch 2 : annähernd 36 bis annähernd 38 Volumenprozent Ni- trobenzen in n-Hexan bei ca. 20 °C, und 'Gemisch 3 : annähernd 17 Gewichtsprozente Poly (p-Chlorstyrol) in Ethylcarbitol bei ca. 35 °C. Carbitolo ist ein Diethy- lenglykolmonoethylether.

Um Festkörper-Isolationen herzustellen werden in einer anderen Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens Dipole in einen isolierenden Festkörper oder ein Festkörpergitter eindiffundiert. Dazu wird beispielsweise der Festkörper einer hohen Temperatur und einer hohen elektrischen Spannung ausge- setzt. Die Temperatur ist so hoch, dass die Diffusion erleich- tert wird, aber nicht so hoch, dass das Material zerstört wird, beispielsweise durch eine temperaturbedingte Erniedri- gung einer Durchbruchfeldstärke oder durch chemische Verände- rungen.

Die Figur 1 zeigt als Beispiel für eine Anwendung des erfin- dungsgemässen Herstellungsverfahrens einen Querschnitt durch eine koaxiale Elektrodengeometrie, beispielsweise ein Koaxial- kabel. Diese weist eine innere Elektrode E1 mit einen inneren Radius rl und eine äussere Elektrode E2 mit einen äusseren Ra-

Radius rl und eine äussere Elektrode E2 mit einen äusseren Ra- dius r2 auf. Bei Anlegen einer Spannung U zwischen den Elek- troden ergibt sich für ein homogenes Medium zwischen den Elek- troden ein elektrisches Feld, dessen Betrag E nur von einem Radius r abhängig ist, und der für rl<r<r2 bei vorgegebener Spannung U durch E (r) =U/ [r*ln (r2/rl)] gegeben ist. Der Ver- lauf von E (r) ist in Figur 2 dargestellt. E (r) ist maximal bei r=rl, minimal bei r=r2, und unabhängig von der Dielektrizi- tätskonstante des Mediums zwischen den Elektroden.

Der Raum zwischen den beiden Elektroden wird mit einem Gemisch zweier Flüssigkeiten K1 und K2 mit Dielektrizitätskonstanten El und F, 2, wobei Si > F, ist, gefüllt. Es wird eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden angelegt, wonach nach dem oben Gesagten eine inhomogene Dichteverteilung eintritt und daraus eine ortsveränderliche Dielektrizitätskonstante s (r) des Gemisches resultiert. Vorzugsweise ist die elektrische Spannung möglichst hoch, aber ohne dass ein Durchschlag zwi- schen den Elektroden auftritt.

Der radiusabhängige Verlauf von s (r) ist vom Mischungsverhält- nis p der Dielektrika abhängig. Für die trivialen Fälle p=1 oder p=O besteht das Fluid zwischen den Elektroden nur aus der Komponente K1 respektive nur aus Komponente K2. Dann ist das Medium homogen und die Feldstärke E (rl) bei der inneren Elek- trode maximal.

Zwischen den obigen Extrema von p existiert ein Minimum von E (rl) als Funktion von p. Aus der Abhängigkeit der effektiven Dielektrizitätskonstante s einer Mischung vom Mischungsver- hältnis p und den Dielektrizitätskonstanten Ei und 82 der Kompo- nenten wird dieses Minimum beispielsweise theoretisch be-

stimmt. Im allgemeinen wird sich eine mit r abnehmende Die- lektrizitätskonstante einstellen.

Figuren 5,6 und 7 zeigen einige Fälle des radiusabhängigen Verlaufes der Dielektrizitätskonstante s (r). Beim Verlauf ge- mäss Figur 5 hat sich die Mischung in der Nähe der äusseren Elektrode E2 vollständig entmischt, so dass die Dielektrizi- tätskonstante dort konstant 82 beträgt. Beim Verlauf gemäss Fi- gur 6 hat sich die Mischung in der Nähe der inneren Elektrode E1 vollständig entmischt, so dass die Dielektrizitätskonstante dort konstant Si beträgt. Beim Verlauf gemäss Figur 7 hat sich die Mischung bei beiden Elektroden entmischt. Vorzugsweise wird ein Verlauf gemäss Figur 3 erreicht, bei dem die Dielek- trizitätskonstante s (r) zwischen rl und r2 proportional zu 1/r verläuft.

Figur 3 zeigt den theoretisch optimalen Fall, das heisst einen zu 1/r proportionalen Verlauf der Dielektrizitätskonstante e (r). In diesem Fall ergibt sich ein ortsunabhängiges Feld, dessen Betrag konstant gleich E=U/ (r2-rl) ist. Damit ist die ursprüngliche Feldüberhöhung um einen Faktor rl/r2 vermindert worden. In der Realität wird dieser Verlauf, insbesondere we- gen der Diffusion, nur annähernd erreicht.

Figur 4 zeigt den im optimalen Fall resultierenden konstanten Verlauf der Feldstärke E als ausgezogene Gerade. Im Vergleich mit dem von 1/r abhängigen Feldstärkeverlauf aus Figur 2 ist ein Maximum der Feldstärke wesentlich niedriger. Da das Inte- gral von E über den Abstand r2-rl immer die gleiche angelegte Spannung U ergeben muss, ist offensichtlich, dass eine minima- le Feldüberhöhung durch eine konstante Feldstärke E erreicht wird. Realistischerweise ist eine solcher Verlauf nicht er- reichbar, und wird die Feldstärke E von rl nach r2 hin sinken.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstel- lungsverfahrens wird es auf die Isolation in Koaxialkabeln an- gewandt. Die Komponenten, beispielsweise Zweikomponenten- Polymere, werden dabei im flüssigen Zustand verarbeitet. In einer solchen feldsteuernden Kabelisolation wird, wie oben ge- zeigt, die übliche 1/r-Feldverteilung homogenisiert, wodurch dünnere Kabelisolationen möglich werden. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für starre Koaxialleiter.

Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Koaxialkabel. Es weist einen Innenleiter 1, einen Mantel 2 und ein Isolationselement 3 auf. Die inhomogene Verteilung von Komponenten des Isolationselements 3 mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten ist durch die Verteilung von schwarz und weiss ausgefüllten Kreisen angedeutet. Eine erhöhte Dichte von schwarz ausgefüllten Kreisen bezeichnet eine erhöhte Dich- te oder Konzentration einer Komponente mit höherer Dielektri- zitätskonstante, wie in ersten Gebieten 4. Eine erhöhte Dichte von weiss ausgefüllten Kreisen bezeichnet eine erhöhte Dichte oder Konzentration einer Komponente mit tieferer Dielektrizi- tatskonstante, wie in zweiten Gebieten 5. Die Konzentration der Komponente K1 mit höherer Dielektrizitätskonstante Si ist in der Nähe des Innenleiters höher als an anderen Orten des Isolationselements 3, die Konzentration der Komponente K2 mit Dielektrizitätskonstante s2, wobei E1>E2 ist, ist in der Nähe des Mantels höher. Die Komponente K1 ist beispielsweise ein festes oder flexibles Polymer, die Komponente K2 ist bei- spielsweise ein Polymer oder besteht aus fein verteilten Teil- chen.

In einer anderen bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens werden ein oder mehrere Halbleiterbau-

steine eines Leistungshalbleitermoduls, beispielsweise von ei- nem Thyristor, IGBT oder IGCT, mit einer Isoliermasse aus ei- nem erfindungsgemässen Materialgemisch umgossen. Da die Anfor- derungen an herkömmliche feldsteuernde Materialien wegen der kleinen Dimensionen und engen Toleranzen sehr hoch sind, kön- nen die gemäss der vorliegenden Erfindung erzeugten Materiali- en mit räumlich variierender Dielektrizitätskonstante in die- ser Situation die Felder sehr effizient absteuern.

Figur 9 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Halbleiterbauelement. Es weist ein oder mehrere Halbleiter 6, ein oder mehrere Basiselemente 7 und ein oder mehrere Basis- isolatoren 8 auf. Diese sind durch ein Isolationselement 3 um- geben. Die inhomogene Verteilung von Komponenten mit unter- schiedlichen Dielektrizitätskonstanten ist in gleicher Weise wie oben angedeutet. Die Konzentration der Komponente K1 mit höherer Dielektrizitätskonstante E1 ist an Orten, an denen bei Verwendung eines linearen, dielektrisch homogenen Isolation- selementes Feldüberhöhungen auftreten würden, also beispiels- weise in der Nähe von Aussenkanten der Halbleiter 6, höher als an anderen Orten des Isolationselementes.

Prinzipiell sind erfindungsgemässe Bauteile und das erfin- dungsgemässe Verfahren für alle Isolationsanwendungen verwend- bar. Weitere Beispiele sind Kabelzubehör, Durchführungen, Kon- densatoren, Transformator-und Generator-Isolationen.

Bezugszeichenliste E1 innere Elektrode E2 aussere Elektrode rl innerer Radius r2 äusserer Radius 1 Innenleiter 2 Mantel 3 Isolationselement 4 Gebiet höherer Dielektrizitätskonstante 5 Gebiet niedrigerer Dielektrizitätskonstante 6 Halbleiter 7 Basiselement 8 Basisisolator 11 erstes Gebiet, Komponenten mischbar 12 zweites Gebiet, Komponenten nicht mischbar 13 drittes Gebiet, metastabiles Gemisch 14 Spinodale 15 Binodale 16 kritischer Punkt