介電常數測試儀基本解譯

介電常數測試儀 GDAT-A

介質(zhì)在外加電場(chǎng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生感應電荷而削弱電場(chǎng)，介質(zhì)中電場(chǎng)與原外加電場(chǎng)（真空中）的比值即為相對介電常數(permittivity， 不規范稱(chēng) dielectric constant)，又稱(chēng)誘電率，與頻率相關(guān)。介電常數是相對介電常數與真空中介電常數乘積。如果有高介電常數的材料放在電場(chǎng)中，電場(chǎng)的強度會(huì )在電介質(zhì)內有可觀(guān)的下降，理想導體內部由于靜電屏蔽場(chǎng)強總為零，故其介電常數為無(wú)窮。

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

一個(gè)電容板中充入介電常數為ε的物質(zhì)后電容變大εr倍。電介質(zhì)有使空間比起實(shí)際尺寸變得更大或更小的屬性。例如，當一個(gè)電介質(zhì)材料放在兩個(gè)電荷之間，它會(huì )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(guò)電介質(zhì)，波的速度被減小，有更短的波長(cháng)。

根據物質(zhì)的介電常數可以判別高分子材料的極性大小。通常，介電常數大于3.6的物質(zhì)為極性物質(zhì)；介電常數在2.8~3.6范圍內的物質(zhì)為弱極性物質(zhì)；介電常數小于2.8為非極性物質(zhì)。

測量方法

相對介電常數εr可以用靜電場(chǎng)用如下方式測量：首先在兩塊極板之間為真空的時(shí)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(zhì)后測得電容Cx。然后相對介電常數可以用下式計算

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(lái)代替C0來(lái)測量相對電容率εr時(shí)，也有足夠的準確度。（參考GB/T 1409-2006)

對于時(shí)變電磁場(chǎng)，物質(zhì)的介電常數和頻率相關(guān)，通常稱(chēng)為介電系數。

附常見(jiàn)溶劑的介電常數，條件為室溫下，測試頻率為1KHz。

溫度對介電常數的影響

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" 在工具書(shū)中的解釋?zhuān)?/span>

1．又稱(chēng)電容率或相對電容率，表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要數據，常用ε表示。它是指在同一電容器中用同一物質(zhì)為電介質(zhì)和真空時(shí)的電容的比值，表示電介質(zhì)在電場(chǎng)中貯存靜電能的相對能力。對于介電材料，相對介電常數愈小絕緣性愈好?？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(shí)為 83.83，與溫度有關(guān)。

2．介電常數是物質(zhì)相對于真空來(lái)說(shuō)增加電容器電容能力的度量。介電常數隨分子偶極矩和可極化性的增大而增大。在化學(xué)中，介電常數是溶劑的一個(gè)重要性質(zhì)，它表征溶劑對溶質(zhì)分子溶劑化以及隔開(kāi)離子的能力。介電常數大的溶劑，有較大隔開(kāi)離子的能力，同時(shí)也具有較強的溶劑化能力。介電常數用ε表示，一些常用溶劑的介電常數見(jiàn)下表：

"介電常數" 在學(xué)術(shù)文獻中的解釋?zhuān)?/span>

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

文獻來(lái)源

介電常數與頻率變化的關(guān)系

2.其介質(zhì)常數具有復數形式，實(shí)數部分稱(chēng)為介電常數，虛數部分稱(chēng)為損耗因子.通常用損耗正切值(損耗因子與介電常數之比)來(lái)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．介電常數是指在同一電容器中用某一物質(zhì)為電介質(zhì)與該物質(zhì)在真空中的電容的比值.在高頻線(xiàn)路中信號傳播速度的公式如下：V=K

4.為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，后面將相對介電常數均稱(chēng)為介電常數.反射脈沖信號的強度，與界面的波反射系數和透射波的衰減系數有關(guān)，主要取決于周?chē)橘|(zhì)與反射體的電導率和介電常數。

應用

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

低介電常數薄膜機械性質(zhì)量測結果

原因是許多低介電常數材料并不能滿(mǎn)足集成電路工藝應用的要求。圖2是不同時(shí)期半導體工業(yè)界預計低介電常數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（k值）將達到1.5。然而隨著(zhù)時(shí)間的推移，這種樂(lè )觀(guān)的估計被不斷更新。到2003年，半導體技術(shù)規劃（ITRS 2003[7]）給出低介電常數材料在集成電路未來(lái)幾年的應用，其介電常數范圍已經(jīng)變成2.7~3.1。

造成人們的預計與現實(shí)如此大差異的原因是，在集成電路工藝中，低介電常數材料必須滿(mǎn)足諸多條件，例如：足夠的機械強度（MECHANICAL strength）以支撐多層連線(xiàn)的架構、高楊氏系數（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（coefficient of thermal expansion）以及與化學(xué)機械拋光工藝的兼容性（compatibility with CMP process）等等。能夠滿(mǎn)足上述特性的的低介電常數材料并不容易獲得。例如，薄膜的介電常數與熱傳導系數往往就呈反比關(guān)系。因此，低介電常數材料本身的特性就直接影響到工藝集成的難易度。

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

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介電常數常數測試儀

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