介電常數(shù)測試儀 GDAT-A

介質在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場，介質中電場與原外加電場（真空中）的比值即為相對介電常數(shù)(permittivity， 不規(guī)范稱 dielectric constant)，又稱誘電率，與頻率相關。介電常數(shù)是相對介電常數(shù)與真空中介電常數(shù)乘積。如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中，電場的強度會在電介質內有可觀的下降，理想導體內部由于靜電屏蔽場強總為零，故其介電常數(shù)為無窮。

介電常數(shù)（又稱電容率），以ε表示，ε=εr*ε0，ε0為真空介電常數(shù)，ε0=8.85*10^(-12)F/m。需要強調的是，一種材料的介電常數(shù)值與測試的頻率密切相關。

一個電容板中充入介電常數(shù)為ε的物質后電容變大εr倍。電介質有使空間比起實際尺寸變得更大或更小的屬性。例如，當一個電介質材料放在兩個電荷之間，它會減少作用在它們之間的力，就像它們被移遠了一樣。

當電磁波穿過電介質，波的速度被減小，有更短的波長。

根據(jù)物質的介電常數(shù)可以判別高分子材料的極性大小。通常，介電常數(shù)大于3.6的物質為極性物質；介電常數(shù)在2.8~3.6范圍內的物質為弱極性物質；介電常數(shù)小于2.8為非極性物質。

測量方法

相對介電常數(shù)εr可以用靜電場用如下方式測量：首先在兩塊極板之間為真空的時候測試電容器的電容C0。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入電介質后測得電容Cx。然后相對介電常數(shù)可以用下式計算

εr=Cx/C0

在標準大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對電容率εr=1.00053.因此，用這種電極構形在空氣中的電容Ca來代替C0來測量相對電容率εr時，也有足夠的準確度。（參考GB/T 1409-2006)

對于時變電磁場，物質的介電常數(shù)和頻率相關，通常稱為介電系數(shù)。

附常見溶劑的介電常數(shù)，條件為室溫下，測試頻率為1KHz。

溫度對介電常數(shù)的影響

H2O (水) 78.5

HCOOH (甲酸) 58.5

HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7

CH3OH (甲醇) 32.7

C2H5OH (乙醇) 24.5

CH3COCH3 (丙酮) 20.7

n-C6H13OH （正己醇）13.3

CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15C6H6 (苯) 2.28

n-C6H14 （正己烷）1.88

"介電常數(shù)" 在工具書中的解釋：

1．又稱電容率或相對電容率，表征電介質或絕緣材料電性能的一個重要數(shù)據(jù)，常用ε表示。它是指在同一電容器中用同一物質為電介質和真空時的電容的比值，表示電介質在電場中貯存靜電能的相對能力。對于介電材料，相對介電常數(shù)愈小絕緣性愈好?？諝夂虲S2的ε值分別為1.0006和2.6左右，而水的ε值特別大，10℃時為 83.83，與溫度有關。

2．介電常數(shù)是物質相對于真空來說增加電容器電容能力的度量。介電常數(shù)隨分子偶極矩和可極化性的增大而增大。在化學中，介電常數(shù)是溶劑的一個重要性質，它表征溶劑對溶質分子溶劑化以及隔開離子的能力。介電常數(shù)大的溶劑，有較大隔開離子的能力，同時也具有較強的溶劑化能力。介電常數(shù)用ε表示，一些常用溶劑的介電常數(shù)見下表：

"介電常數(shù)" 在學術文獻中的解釋：

1．介電常數(shù)是指物質保持電荷的能力，損耗因數(shù)是指由于物質的分散程度使能量損失的大小。理想的物質的兩項參數(shù)值較小

文獻來源

介電常數(shù)與頻率變化的關系

2.其介質常數(shù)具有復數(shù)形式，實數(shù)部分稱為介電常數(shù)，虛數(shù)部分稱為損耗因子.通常用損耗正切值(損耗因子與介電常數(shù)之比)來表示材料與微波的耦合能力，損耗正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強

3．介電常數(shù)是指在同一電容器中用某一物質為電介質與該物質在真空中的電容的比值.在高頻線路中信號傳播速度的公式如下：V=K

4.為簡單起見，后面將相對介電常數(shù)均稱為介電常數(shù).反射脈沖信號的強度，與界面的波反射系數(shù)和透射波的衰減系數(shù)有關，主要取決于周圍介質與反射體的電導率和介電常數(shù)。

應用

近十年來，半導體工業(yè)界對低介電常數(shù)材料的研究日益增多，材料的種類也五花八門。然而這些低介電常數(shù)材料能夠在集成電路生產工藝中應用的速度卻遠沒有人們想象的那么快。其主要

低介電常數(shù)薄膜機械性質量測結果

原因是許多低介電常數(shù)材料并不能滿足集成電路工藝應用的要求。圖2是不同時期半導體工業(yè)界預計低介電常數(shù)材料在集成電路工藝中應用的前景預測。

早在1997年，人們就認為在2003年，集成電路工藝中將使用的絕緣材料的介電常數(shù)（k值）將達到1.5。然而隨著時間的推移，這種樂觀的估計被不斷更新。到2003年，半導體技術規(guī)劃（ITRS 2003[7]）給出低介電常數(shù)材料在集成電路未來幾年的應用，其介電常數(shù)范圍已經(jīng)變成2.7~3.1。

造成人們的預計與現(xiàn)實如此大差異的原因是，在集成電路工藝中，低介電常數(shù)材料必須滿足諸多條件，例如：足夠的機械強度（MECHANICAL strength）以支撐多層連線的架構、高楊氏系數(shù)（Young's modulus）、高擊穿電壓（breakdown voltage>4MV/cm)、低漏電(leakage current<10-9 at 1MV/cm)、高熱穩(wěn)定性（thermal stability >450oC)、良好的粘合強度(adhesion strength)、低吸水性（low moisture uptake）、低薄膜應力（low film stress）、高平坦化能力（planarization）、低熱漲系數(shù)（coefficient of thermal expansion）以及與化學機械拋光工藝的兼容性（compatibility with CMP process）等等。能夠滿足上述特性的的低介電常數(shù)材料并不容易獲得。例如，薄膜的介電常數(shù)與熱傳導系數(shù)往往就呈反比關系。因此，低介電常數(shù)材料本身的特性就直接影響到工藝集成的難易度。

目前在超大規(guī)模集成電路制造商中，TSMC、 Motorola、AMD以及NEC等許多公司為了開發(fā)90nm及其以下技術的研究，先后選用了應用材料公司（Applied Materials）的Black Diamond 作為低介電常數(shù)材料。該材料采用PE-CVD技術[8] ，與現(xiàn)有集成電路生產工藝*融合，并且引入BLOk薄膜作為低介電常數(shù)材料與金屬間的隔離層，很好的解決了上述提及的諸多問題，是目前已經(jīng)用于集成電路商業(yè)化生產為數(shù)不多的低介電常數(shù)材料之一。

標簽：

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