相對(duì)介電常數(shù)εr可以用靜電場(chǎng)用如下方式測(cè)量：首先在兩塊極板之間為真空的時(shí)候測(cè)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(cè)得電容Cx。然后相對(duì)介電常數(shù)可以用下式計(jì)算
εr=Cx/C0
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對(duì)電容率εr=1.00053。因此，用這種電極構(gòu)形在空氣中的電容Ca來(lái)代替C0來(lái)測(cè)量相對(duì)電容率εr時(shí)，也有足夠的準(zhǔn)確度。（參考GB/T 1409-2006）
對(duì)于時(shí)變電磁場(chǎng)，物質(zhì)的介電常數(shù)和頻率相關(guān)，通常稱為介電系數(shù)。
2常見(jiàn)溶劑
附常見(jiàn)溶劑的相對(duì)介電常數(shù)，條件為室溫下，測(cè)試頻率為1KHz。
溫度對(duì)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） 6.15
C6H6（苯） 2.28
CCl4（四氯化碳） 2.24
n-C6H14（正己烷）1.88
n-C4H10（四號(hào)溶劑） 1.78
3電介質(zhì)
| 氣體 | 相對(duì)介電常數(shù) | 固體 | 相對(duì)介電常數(shù) | ||
| 水蒸汽氣態(tài)溴氦氫氧氮?dú)鍤鈶B(tài)汞空氣硫化氫真空乙mi液態(tài)二氧化碳甲醇乙醇水液態(tài)氨液態(tài)氦液態(tài)氫液態(tài)氧液態(tài)氮液態(tài)氯煤油松節(jié)油苯油漆甘油 | 1.007851.01281.0000741.0002641.000511.000581.000561.000741.0005851.00414.3351.58533.725.781.516.21.0581.221.4652.281.92～42.22.2833.545.8 | 固體氨固體醋酸石蠟聚苯乙烯無(wú)線電瓷超高頻瓷二氧化鋇橡膠硬橡膠紙干砂15%水濕砂（金剛石）木頭琥珀冰蟲膠（紫膠）賽璐珞玻璃黃磷硫碳云母花崗石大理石食鹽氧化鈹聚氯乙烯 | 4.01～4.12.0～2.32.4～2.66～6.57～8.51062～34.32.52.5約2～82.82.83～43.34～115~104.25.5～16.56～86~88.36.27.593.1~3.5 |
4相關(guān)解釋
"介電常數(shù)" 在工具書中的解釋：
1.又稱電容率或相對(duì)電容率，表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)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(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(duì)能力?？諝夂虲S2的ε值分別為1.0006和2.6左右，而水的ε值較大，10℃時(shí)為 83.83。
2.介電常數(shù)是物質(zhì)相對(duì)于真空來(lái)說(shuō)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(xué)中，介電常數(shù)是溶劑的一個(gè)重要性質(zhì)，它表征溶劑對(duì)溶質(zhì)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(shí)也具有較強(qiáng)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(jiàn)下表：
"介電常數(shù)" 在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的解釋：
1.介電常數(shù)是指物質(zhì)保持電荷的能力，損耗因數(shù)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(xiàng)參數(shù)值較小。
介電常數(shù)與頻率變化的關(guān)系其介質(zhì)常數(shù)具有復(fù)數(shù)形式，實(shí)數(shù)部分稱為介電常數(shù)，虛數(shù)部分稱為損耗因子。通常用損耗角的正切值tanθ（損耗因子與介電常數(shù)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(qiáng)。
3.介電常數(shù)是指在同一電容器中用某一物質(zhì)為電介質(zhì)與該電容器在真空中的電容的比值。在高頻線路中信號(hào)傳播速度的公式如下：V=K。
4.為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，后面將相對(duì)介電常數(shù)均稱為介電常數(shù)。反射脈沖信號(hào)的強(qiáng)度，與界面的波反射系數(shù)和透射波的衰減系數(shù)有關(guān)，主要取決于周圍介質(zhì)與反射體的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。
5應(yīng)用
低介電常數(shù)薄膜機(jī)械性質(zhì)量測(cè)結(jié)果近十年來(lái)，半導(dǎo)體工業(yè)界對(duì)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(chǎn)工藝中應(yīng)用的速度卻遠(yuǎn)沒(méi)有人們想象的那么快。其主要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(yīng)用的要求。圖2是不同時(shí)期半導(dǎo)體工業(yè)界預(yù)計(jì)低介電常數(shù)材料在集成電路工藝中應(yīng)用的前景預(yù)測(cè)。
早在1997年，人們就認(rèn)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(dá)到1.5。然而隨著時(shí)間的推移，這種樂(lè)觀的估計(jì)被不斷更新。到2003年，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃（ITRS 2003[7]）給出低介電常數(shù)材料在集成電路未來(lái)幾年的應(yīng)用，其介電常數(shù)范圍已經(jīng)變成2.7~3.1。
造成人們的預(yù)計(jì)與現(xiàn)實(shí)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(jī)械強(qiáng)度（MECHANICAL strength）以支撐多層連線的架構(gòu)、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(qiáng)度（adhesion strength）、低吸水性（low moisture uptake）、低薄膜應(yīng)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(xué)機(jī)械拋光工藝的兼容性（compatibility with CMP process）等等。能夠滿足上述特性的低介電常數(shù)材料并不容易獲得。例如，薄膜的介電常數(shù)與熱傳導(dǎo)系數(shù)往往就呈反比關(guān)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。
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(shù)的研究，先后選用了應(yīng)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(shù)[8] ，與現(xiàn)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(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(wèn)題，是已經(jīng)用于集成電路商業(yè)化生產(chǎn)為數(shù)不多的低介電常數(shù)材料之一。
1-1電橋簡(jiǎn)介:
高壓電橋是本公司推出的新一代高壓電橋，主要用于測(cè)量工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損耗(tgδ)及介電常數(shù)（ε）。符合GB1409，1693及GB5654,其采用了西林電橋的經(jīng)典線路，內(nèi)附0-5000的數(shù)顯高壓電源及100PF標(biāo)準(zhǔn)電容器，并可按用戶要求擴(kuò)裝外接標(biāo)準(zhǔn)電容線路。
1-2電橋的特點(diǎn)；
l橋體內(nèi)附電位跟蹤器及指零儀，外圍接線及少。
l電橋采用接觸電阻小，機(jī)械壽命長(zhǎng)的十進(jìn)開關(guān)，保證測(cè)量的穩(wěn)定性
l儀器具有雙屏蔽，能有效防止外部電磁場(chǎng)的干擾。
l儀器內(nèi)部電阻及電容元件經(jīng)特殊老化處理，使儀器技術(shù)性能穩(wěn)定可靠。
l內(nèi)附高壓電源精度3%
l內(nèi)附標(biāo)準(zhǔn)電容損耗﹤0.00005，名義值100pF
一、 技術(shù)指標(biāo)
2-1測(cè)量范圍及誤差
本電橋的環(huán)境溫度為20±5℃，相對(duì)濕度為30%-80%條件下，應(yīng)滿足下列表中的技術(shù)指示要求。
在Cn=100 pF R4=3183.2（Ω）時(shí)
測(cè)量項(xiàng)目 | 測(cè)量范圍 | 測(cè)量誤差 |
電容量Cx | 40pF—20000pF | ±0.5% Cx±2pF |
介損損耗tgδ | 0-1 | ±1.0% tgδx±0.00005 |
在Cn=100 pF R4=318.3（Ω）時(shí)
測(cè)量項(xiàng)目 | 測(cè)量范圍 | 測(cè)量誤差 |
電容量Cx | 4pF—2000pF | ±0.5% Cx±2pF |
介損損耗tgδ | 0-0.1 | ±1.0% tgδx±0.00005 |
2-2電橋測(cè)量靈敏度
電橋在使用過(guò)程中，靈敏度直接影響電橋平穩(wěn)衡的分辨程度，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測(cè)量電壓，標(biāo)準(zhǔn)電容量成正比。
在下面的計(jì)算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際情況估算出電橋靈敏度水平，在這個(gè)水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來(lái)。
ΔC/C或Δtgδ=Ig/UωCn(1+Rg/R4+Cn/Cx)
式中: U 為測(cè)量電壓 伏特 (V)
ω為角頻率2πf=314(50Hz)
Cn標(biāo)準(zhǔn)電容器容量 法拉(F)
Ig通用指零儀的電流5×10-10 安培(A)
Rg平衡指零儀內(nèi)阻約1500 歐姆(Ω)
R4橋臂R4阻值3183 歐姆(Ω)
Cx被測(cè)試品電容值 法拉(pF)
2-3工作電壓說(shuō)明
在使用中，本電橋頂A，B對(duì)V點(diǎn)的電壓最高不超過(guò)11V，R3橋臂各盤的電流不超過(guò)下列規(guī)定：
10×1kΩ 1max≤15mA
10×100Ω 1max≤120mA
10×10Ω l max≤150mA
用戶在使用前應(yīng)注意以上的問(wèn)題。如不清楚，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)電壓及標(biāo)準(zhǔn)電容量，按以下公式來(lái)計(jì)算出大概的工作電流。
I=ω V C
2-4輔橋的技術(shù)特性：
不失真跟蹤電壓0～11V（有效值）
2-5指零裝置的技術(shù)特性：
在50Hz時(shí)電壓靈敏度不低于1×10-6V/格
電流靈敏度不低于2×10-9 A/格
二次諧波 減不小于25dB
三次諧波 減不小于50dB
二、 電橋工作原理
高壓電橋采用典型的西林電橋線路。C4橋臂在基本量程時(shí)，與R4橋臂并聯(lián)，測(cè)量數(shù)值為正損耗因數(shù)。結(jié)構(gòu)采用了雙層屏蔽。并通過(guò)輔橋的輔助平衡，消除寄生參數(shù)對(duì)電橋平衡的影響。輔橋由電位自動(dòng)電位跟蹤器與內(nèi)層屏蔽（S）組成。自動(dòng)跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂B處取一輸入電壓，通過(guò)放大后，在內(nèi)屏蔽（S）產(chǎn)生一個(gè)與B電位相等的電壓。當(dāng)電橋在平衡時(shí)，A,B,S三點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤的目的。本電橋在平衡過(guò)程中，輔橋采用自動(dòng)電位跟蹤，在主橋平衡過(guò)程的同時(shí)，輔橋也自動(dòng)跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用戶只要對(duì)主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時(shí)也有效的抑制了電壓波動(dòng)對(duì)平衡所帶來(lái)的影響。在指零部分，采用了指針式電表指示，視覺(jué)直觀，分辨清楚，克服了以往振動(dòng)式檢流計(jì)的缺點(diǎn)。
3-1 橋體的組成
電橋各臂的組成
第一臂：由被測(cè)對(duì)象Cx組成Z1。
第二臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn組成Z2。
第三臂：由十進(jìn)電阻器10×（1000＋100＋10＋1＋0.1）歐姆和滑線電阻（0-0.13）歐姆組成Z3。
第四臂：由十進(jìn)電容臂10×（0.1＋0.01＋0.001＋0.0001）uf和可變電容器100pF組成C4再與電組R4并聯(lián)組成Z4。
3-2計(jì)算公式
Cx=R4× Cn / R3 R4[Ω] R3[Ω] Cn[pF] Cx[pF]
tgδ=ω·R4·C4 R4[Ω] C4[F]
當(dāng)R4=10K/π
tgδ=C4
當(dāng)R4=1K/π
tgδ=0.1C4
我們采取相對(duì)固定R4電阻，分別調(diào)節(jié)R3和C4使橋跟平衡，從而測(cè)得試品的電容值Cx和介質(zhì)損耗tg。本電橋?yàn)榱酥弊x出損耗值，取電阻R4的阻值為角頻率（f=50Hz）若干倍。
3-3 公式說(shuō)明
.頻率對(duì)介質(zhì)損耗正公式：
本電橋額定的工作頻率f=50Hz，在實(shí)際工作頻率偏離額定頻率時(shí)可用修正式進(jìn)行修正：
tg=f’·tgδ / f
式中：f 為額定工作頻率（f=50Hz）
f’ 為實(shí)際工作頻率
tgδ 電橋測(cè)得損耗值
tg 為被測(cè)試品介質(zhì)損耗角正切的實(shí)際值
四、安全操作規(guī)程
1. 本儀器必須有專人負(fù)責(zé)保管，使用，非專職操作者應(yīng)在使用前了解和熟悉本說(shuō)明書，以免造成不必要的損失和事故。
2. 每次使用前應(yīng)仔細(xì)檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。
3. 接通電源前應(yīng)將靈敏度開關(guān)調(diào)到zui低位置。
4. 測(cè)量試品前應(yīng)先對(duì)試品進(jìn)行高壓試驗(yàn)，證明在電橋工作電壓下無(wú)噪聲，電離等現(xiàn)象出現(xiàn)，然后才能進(jìn)行測(cè)試（若試品己做過(guò)高壓試驗(yàn)，該項(xiàng)可不必每次測(cè)量都做）。
5. 對(duì)試品施加高壓時(shí)緩慢升高，不可以加突變電壓。
6. 測(cè)試時(shí)操作人員必須集中思想，工作前做好一切準(zhǔn)備工作，測(cè)試地點(diǎn)周圍應(yīng)有明顯的標(biāo)記或金屬屏蔽圍成高壓危險(xiǎn)區(qū)，以防止非操作人員闖入。
7. 在測(cè)量過(guò)程中，如有放電管發(fā)光時(shí)，則必須及時(shí)切斷電源，仔細(xì)檢查接線及試品都無(wú)擊穿，待檢查排除故障后，再進(jìn)行高壓測(cè)量工作。
五．操作方法
5.1 測(cè)試前的準(zhǔn)備工作
①按圖（3）所示，連接標(biāo)準(zhǔn)電容Ｃｎ（選用外接標(biāo)準(zhǔn)電容時(shí)背后Cn開關(guān)放在OUT位置），連接被測(cè)電容Ｃｘ，并且將標(biāo)準(zhǔn)電容與被測(cè)電容盡可能遠(yuǎn)離，以防止互相之間干擾，選用外接方式時(shí)，只需打開電源總開關(guān)即可，不能啟動(dòng)自帶的高壓。如選用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電容器（背后Cn開關(guān)放在IN位置），只需連接被測(cè)試品即可。
②檢查周圍是否有強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，應(yīng)盡量避免。
③檢查大地線是否牢靠，以保證操作人員的安全，應(yīng)檢查電橋上的（⊥）與大地是否接觸良好。
④檢查電橋的靈敏度開關(guān)是否已回另位。
⑤檢查試品的絕緣強(qiáng)度，應(yīng)符合大于2U+1的標(biāo)準(zhǔn)。
⑥對(duì)試品施加試驗(yàn)電壓（按部標(biāo)或國(guó)際所規(guī)定的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行）。
5.2 試品的測(cè)試
①在不知道被測(cè)試品的大概容量及損耗時(shí)，可先施加少許的電壓，找到粗平衡點(diǎn)后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細(xì)平衡點(diǎn)。
②在測(cè)量時(shí)，靈敏度開關(guān)是按從小到大的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。
③在測(cè)量時(shí)，R3開關(guān)時(shí)按從左至右的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。
④在測(cè)量時(shí)，C4開關(guān)時(shí)按從右至左的規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)的。
⑤整個(gè)測(cè)量步絮：首先檢查接線無(wú)誤后，方可通電試驗(yàn)。第二升起試驗(yàn)電壓，并調(diào)節(jié)靈敏度開關(guān)，使UA表頭有明顯的指示。此時(shí)表明電橋沒(méi)有平衡。第三調(diào)節(jié)R3開關(guān)，順序從左至右。這時(shí)通過(guò)觀察表頭來(lái)觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應(yīng)總保持能明顯地觀察到調(diào)節(jié)R3時(shí)，電橋的平衡狀況。第四在某一點(diǎn)上用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)R3已無(wú)法使表頭再回到另位。這時(shí)可調(diào)節(jié)C4開關(guān)，順序時(shí)從右至左，把表頭指針調(diào)節(jié)到最小位。第五用戶在調(diào)節(jié)C4到某一點(diǎn)時(shí)又會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)法將指針調(diào)回另位。這時(shí)又要去調(diào)節(jié)R3開關(guān)，調(diào)節(jié)的位數(shù)是上一次調(diào)節(jié)R3的最后位，然后又會(huì)出現(xiàn)第四點(diǎn)時(shí)的問(wèn)題，又必須要調(diào)節(jié)C4開關(guān)．．．就這樣來(lái)回往復(fù)地調(diào)節(jié)R3和C4兩組開關(guān)，直至靈敏度開關(guān)最大時(shí)，并指針回另（或指另儀指示到最?。?。表明電橋已達(dá)到平衡。
⑥測(cè)量完畢后或在暫停測(cè)量時(shí)，應(yīng)將另儀的靈敏度開關(guān)降至“0"，再將測(cè)量電壓降至另并切斷電源開關(guān)，根據(jù)計(jì)算公式，算出被測(cè)試品的容量及介損值。
五、裝置成套性
1．高壓電橋 一臺(tái)
3．雙屏蔽測(cè)量電纜 一根
4．使用說(shuō)明書 一份
5．電源線 一根
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