一、應(yīng)用背景

在材料介電常數(shù)的測試中，網(wǎng)絡(luò)分析儀作為一種常用手段，在低頻段的應(yīng)用存在明顯局限。通常情況下，其測試頻率下限僅為100MHz，難以滿足對低頻介電性能的表征需求。此外，該方法的整體測試成本較高，尤其是專用夾具價(jià)格昂貴，進(jìn)一步限制了其在低頻領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

針對上述痛點(diǎn)，本文介紹一種更為經(jīng)濟(jì)高效的解決方案——采用阻抗分析儀進(jìn)行低頻介電常數(shù)測試。以同惠電子TH2851阻抗分析儀配合TH26077專用夾具為例，該方案的測試頻率下限可延伸至20Hz甚至更低，完美覆蓋了網(wǎng)絡(luò)分析儀難以觸及的低頻區(qū)間。

本文將重點(diǎn)分享該方案在西安某大學(xué)微電子學(xué)院的實(shí)際應(yīng)用案例，詳細(xì)記錄了針對新型薄膜材料的完整測試方法與操作流程，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的科研與檢測工作提供有價(jià)值的參考。

二、測試方法

阻抗分析儀測試介電常數(shù)方法為平行板測試法

圖：平板測試法原理

使用此方法可以直接在夾具上讀出材料厚度，此夾具可以測試的參數(shù)有電容(C)、耗損因數(shù)(D)、介電常數(shù)(εr', εr'')

三、測試原理：

介電常數(shù)公式

四、系統(tǒng)配置

TH2851

TH26077夾具

介電常數(shù)軟件為選件，開通后在TH2851界面直接選擇對應(yīng)的參數(shù)即可，分別可以單測、列表掃描、曲線掃描，下圖為曲線掃描界面。

圖：儀器，夾具和軟件

測試材料

圖：測試材料

五、儀器夾具設(shè)置流程

1.首先旋轉(zhuǎn)千分尺旋鈕觀察電子讀數(shù)，并觀察儀器lzl值，接近于零時(shí)，將千分尺歸零

2.將樣品放在測試臺(tái)上并壓緊材料

六、軟件操作流程

1. 設(shè)置 TH2851 的測試狀態(tài)

按“CAL”按鈕，將測量夾具選“0m”

2. 選擇合適的電極大小并連接夾具和 TH2851，并對夾具進(jìn)行檢查并對夾具的電極進(jìn)行平整度調(diào)節(jié)。先不要進(jìn)行開路和短路校準(zhǔn)。

3. 將 TH26077 夾具設(shè)置成開路狀態(tài)。

4. 按 TH2851 的“CAL”按鍵，選擇“夾具校準(zhǔn)”，并“開始夾具校準(zhǔn)”

5. 選擇“用戶標(biāo)準(zhǔn)件”里的“100kHz”，按“確認(rèn)”，確保 TH26077 夾具處于正確的開路設(shè)置狀態(tài)，并按“開始”。TH2851 會(huì)連續(xù)進(jìn)行相位校準(zhǔn)和開路校準(zhǔn)。

6. 開路校準(zhǔn)結(jié)束后會(huì)提示進(jìn)行短路校準(zhǔn)，先將 TH26077 夾具設(shè)置成短路狀態(tài)，然后按“開始”進(jìn)行短路校準(zhǔn)。

7. 短路校準(zhǔn)結(jié)束后會(huì)提示進(jìn)行負(fù)載校準(zhǔn)，先將 TH26077 的開短路件移除，并將兩個(gè)電極間距調(diào)整至 0.2 厘米，然后按“開始”進(jìn)行負(fù)載校準(zhǔn)。校準(zhǔn)期間請遠(yuǎn)離 TH26077 夾具并避免空氣流動(dòng)對負(fù)載校準(zhǔn)的干擾。

8. 校準(zhǔn)完畢后點(diǎn)擊“完成”按鈕。

9. 點(diǎn)測界面按 LCR METER 區(qū)域的“Meas”按鈕進(jìn)入測量設(shè)置;列表模式在列表總菜單;掃描模式按 RESPONSE 區(qū)域的“Meas”按鈕，可以對 TH26077的屏蔽電極種類和介質(zhì)厚度進(jìn)行設(shè)置。

10. 測量參數(shù)選擇介電即可進(jìn)行測試并觀察測試值記錄。

七、其他應(yīng)用

無源元件：

電容器、電感器、磁芯、電阻器、壓電器件、變壓器、芯片組件和網(wǎng)絡(luò)元件等的阻抗參數(shù)評估和性能分析。

半導(dǎo)體元件：

LED驅(qū)動(dòng)集成電路寄生參數(shù)測試分析;變?nèi)?a target="_blank">二極管的C-VDC特性;晶體管或集成電路的寄生參數(shù)分析

其它元件：

印制電路板、繼電器、開關(guān)、電纜、電池等阻抗評估

介質(zhì)材料：

塑料、陶瓷和其它材料的介電常數(shù)和損耗角評估

磁性材料：

鐵氧體、非晶體和其它磁性材料的導(dǎo)磁率和損耗角評估

半導(dǎo)體材料：

半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)、導(dǎo)電率和C-V特性

液晶單元：

介電常數(shù)、彈性常數(shù)等C-V特性