薄膜介電常數(shù)測定儀

接觸式電極——某一樣本與其自帶電極(電極材料為以下所列材料之一)一起供應是可以接受的,對于兩終端測量,電極應延伸到樣本邊緣或小于樣本。在后一種場合,兩種電極在規(guī)格上等效或不等效是可以接受的。如果電極尺寸等效,但是小于樣本,樣本邊緣必須越過電極延伸至少2倍的樣本厚度。這三個電極規(guī)格的選擇將取決于電極應用的方便性,同時取決于所采用的測量類型。在電極延伸到樣本邊緣的場合,邊緣修正值(見表1)是較小的,而對于不等效電極,邊緣修正值是較大的。當電極延伸到樣本邊緣,這些邊緣必須是銳利的。如果根本是使用附著的電極,當采用一個測微計電極系統(tǒng)時,必須使用這類電極。當?shù)刃б?guī)格電極小于所用樣本時,難于將它們置于中心,除非樣本是半透明的或者采用了一種對準工裝。對于三終端測量,保護電極寬度應至少為兩倍的樣本厚度(6,7)。間隙寬度應盡可能小(可以為0.5mm)。對于在較高頻率下的耗散因子測量,該類型電極可能不滿足要求,因為其串聯(lián)電阻。使用測微計電極來進行測量。

薄膜介電常數(shù)測定儀1.Q 值測量范圍:2~1023

2.Q 值量程分檔:30、100、300、1000、自動換檔或手動換檔;

3.電感測量范圍:自身殘余電感和測試引線電感的自動扣除功能 4.5nH-100mH 分別有 0.1μ H、0.5μ H、

2.5μ H、10μ H、50μ H、100μ H、1mH、5mH、10mH 九個電感組成。

4.電容直接測量范圍:1~460pF

5.主電容調(diào)節(jié)范圍: 30~500pF

6.電容準確度 150pF 以下±1.5pF;150pF 以上±1%

7.信號源頻率覆蓋范圍 10KHz-70MHz (雙頻對向搜索 確保頻率不被外界干擾)另有 GDAT-C  頻率范圍 200KHZ-160M

8、型號頻率指示誤差:1*10-6 ±1

Q 值合格指示預置功能范圍:5~1000 Q 值自動鎖定,無需人工搜索

9.Q 表正常工作條件

a.   環(huán) 境 溫 度 :0℃~+40℃ 

b.相對濕度:<80%;          

c.電源:220V±22V,50Hz±2.5Hz。

10.其 他          a.消耗功率:約 25W;

b.凈重:約 7kg;

c.  外型尺寸:(l×b×h)mm:380×132×280。

11.產(chǎn)品配置: a.測試主機一臺; b.電感一套;

c.夾具一 套

電極材料:

金屬箔片——厚度為0.0075~0.025mm且涂覆較小量精制凡士林,硅脂,硅油或其它合適低損耗粘合劑的鉛或錫箔片通常用于作為電極材料。鋁箔片也已經(jīng)被使用,但是不建議使用,因為其具有剛性以及由于氧化的表面導致高接阻的可能性。鉛箔片也可能因為其剛性而產(chǎn)生問題。在足夠平滑壓力下應用這些電極,以排除所有的皺紋,同時過量的粘合劑可以在箔片邊緣上工作。一個非常有效的方法是使用一個窄輥,同時沿著表面向外滾壓,直到在箔片上沒有可見的標記。通過小心處理,粘合劑膜可以減小至0.0025mm。該膜層與樣本串聯(lián)相連,這將總是導致測量的電容率太低,同時耗散因子有可能太高。對于厚度小于0.125mm的樣本,這些誤差通常變得非常大。對于這類薄樣本,只有當膜層耗散因子幾乎與樣本耗散因子相同時,該耗散因子誤差才是可以忽略的。當電極將延伸到邊緣,則制造的電極應大于樣本,然后切成帶小型細磨刀片的邊緣。受保護電極和保護電極可采用一個電極制造而成,該電極包含整個表面,通過配有一個窄切割邊緣的圓規(guī)方式來裁剪一條窄帶(可以為0.5mm)來制備電極。

7電極系統(tǒng)補充信息可在研究報告RR:D09-1037中找到,該研究報告可從ASTM總部獲得。

導電涂料——某些類型的高導電銀涂料,不管是空氣干燥還是低溫烘烤型類型,都可以從商業(yè)渠道獲得以作為電極材料使用。它們要有足夠的氣孔來允許濕分的擴散,從而允許試驗樣本在電極涂覆之后進行調(diào)節(jié)。這對于研究濕度影響特別有用。涂料具有應用之后不準備立即使用的缺點。它通常要求整夜空氣干燥或低溫烘烤,以去除任何溶劑痕跡,因為溶劑痕跡可能增大電容率和耗散因子。當刷涂涂料時,通常不容易獲得明確定義的的電極區(qū)域,但是通過噴涂涂料以及采用外夾裝或壓力敏感面罩,可以克服這種局限性。銀涂料電極電導率通常足夠低,從而在較高頻率時產(chǎn)生問題。涂料溶劑不會較久性影響樣本是非常重要的。

燒銀——燒銀電極只適用于玻璃和其它可以承受大約350℃的燃燒溫度而不會發(fā)生變化的陶瓷。它的高電導率使得電極材料適用于低損耗材料,例如熔融石英,甚至在較高頻率下,其某一粗糙表面的能力使得其適合用于作為高電容率材料,例如鈦酸鹽。

噴涂金屬——采用一個噴槍涂覆的低熔點金屬提供了一層海綿狀膜層,該膜層可用于作為電極材料,由于其粒狀結構,因此大體上具有與導電涂料相同的電學電導率和相同的濕分孔隙率。合適的面罩必須使用以獲得尖銳的邊緣。它容易滿足某一粗糙的表面,例如布,但是在薄膜上不能滲透極其小的孔,同時不會產(chǎn)生短路。其在某些表面上的附著性是非常差的,特別是暴露在高濕度或水浸泡之后。導電涂料的優(yōu)點是沒有溶劑的影響,以及在涂覆之后可立刻準備就緒使用。

蒸發(fā)金屬——作為一種電極材料使用的蒸發(fā)金屬可能具有不適當?shù)碾妼?尤其其極其薄,同時必須采用電鍍銅或薄板金屬作為底漆。其附著性是適當?shù)?同時其自身具有足夠的濕分氣孔。在蒸發(fā)金屬時,使用一種真空系統(tǒng)的必要性是不利的。

液態(tài)金屬——使用汞電極時,在水銀池上浮動樣本,同時使用帶尖銳邊緣的限制環(huán)來攔住受保護和保護電極中的汞,如圖9所示。當必須測試相當數(shù)量的樣本時,一種更方便的裝置是試驗方法D1082中圖4所示的試驗工裝。由于汞蒸氣具有毒性,尤其是在高溫下,可能存在一些健康危險,因此在使用期間應采取合適的預防措施。在測量薄膜形式的低損耗材料時,例如云母片剝離,汞污染可能引入相當大的誤差,這通常將有必要使用干凈的汞進行每一次試驗。伍德合金或其它低熔點合金可采用類似方式來使用,以在某種程度上降低健康危險。

警告——長期認為汞金屬蒸汽是工業(yè)中的一種危險。暴露極限由政府機構進行設置,同時通常以美國政府工業(yè)衛(wèi)生學者會議8提出的建議為基礎。破碎的溫度計,氣壓計和其它使用汞的儀器所溢出的汞濃度可能輕易地超過這些暴露極限。汞作為一種高表面張力和非常重的液體,其將分散成小液滴,同時滲透進入地板中的裂紋和裂縫。這種暴露面積的增加顯著增大了在空氣中的汞蒸氣濃度。任何時候發(fā)生溢出時,建議使用商用泄漏應急工具包。汞蒸氣濃度容易采用商用嗅探器進行監(jiān)測。在汞暴露于大氣的區(qū)域,在作業(yè)周圍定期進行現(xiàn)場檢查。溢出之后進行*地檢查。

備注:

Specimen:樣本;Mercury:汞

圖9 帶汞電極的受保護樣本

剛性金屬——對于光滑,比較厚或者稍微壓縮的樣本,有時可以使用高壓下的剛性電極,特別是對于常規(guī)作業(yè)。目前已發(fā)現(xiàn)直徑為10mm的電極在18.0MPa壓力下課有助于塑料材料的測量,甚至材料可以薄至0.025mm。直徑為50mm的電極在壓力下也已經(jīng)被成功用于較厚的材料。然而,當使用實心電極時,很難避免一層空氣膜,同時隨著被測材料電容率增大以及其厚度減小,該膜層的影響變得更大。在施加壓力之后,樣本尺寸將可能繼續(xù)發(fā)生變化,變化時長達到24小時。

水——當在低頻率(大約達到1000Hz)進行測量時,下水可作為絕緣電線和電纜測量用的一個電極。操作必須小心,以確保在樣本末端的電泄漏可以忽略不計。

非接觸式電極:

固定電極——在不將電極嵌入預制電極系統(tǒng)(電極系統(tǒng)在樣本的一側或兩側存在一條故意的空氣間隙)前提下,可以測量具有足夠低表面電導率的樣本。剛性裝配電極系統(tǒng),確保其包含一個保護電極。為獲得相同的精度,如果使用直接接極,要求對電極間距和樣本厚度進行更準確的測定。然而,如果電極系統(tǒng)充滿某一種液體,則可能這些局限性(見7.3.3)。

8 美國政府衛(wèi)生學者會議,Building D-7, 6500 Glenway Ave., Cincinnati, OH 45211.

測微計電極——圖10所示的測微計電極系統(tǒng)已開發(fā)用于(8)排除在高頻率下連接導線和測量電容器的串聯(lián)電感和電阻導致的誤差。內(nèi)置的微調(diào)電容器也提供用于電納變化方法。同時不管試驗樣本是否在電路之內(nèi)還是之外,都能保持這些電感和電阻都是相對恒定的。那些尺寸與電極相同或者小于電極尺寸的樣本夾緊在電極之間。除非樣本表面重疊或磨得非常平,在放入電極系統(tǒng)之前,金屬箔片或其等效物必須應用到樣本上。如果應用電極,它們也必須是光滑和平直的。在移除樣本之后,通過移動測微計電極讓其更近的靠在一起,電極系統(tǒng)可制成具有相同電容。當測微計電極系統(tǒng) 小心校準電容變化時,其應用排除了邊緣電容,接地電容和連接電容的修正值。在這一方面,在整個頻率范圍上使用電極系統(tǒng)是有好處的。一個缺點是電容校準沒有傳統(tǒng)多層可變電容器的電容校準那么準確,同時還不能直接讀數(shù)。在頻率小于1MHz時,當導線的串聯(lián)電感和電阻的影響可以忽略不計時,測微計電極的電容校準可以采用一個標準電容器的電容校準來替代,該標準電容器可與測微計電極系統(tǒng)并聯(lián)或者位于電橋的電容臂附近。樣本之內(nèi)和之外的電容變化可以該電容器形式來進行測量。某一測微計電極系統(tǒng)的小誤差來源是電極系統(tǒng)校準時包含的電極邊緣電容,當存在與電極直徑相同的電介質(zhì)時,該邊緣電容將發(fā)生稍微變化。在實際中,可讓樣本直徑比電極直徑小2倍的樣本厚度(3),則可以排除該誤差。當沒有電極附著在樣本上時,表面電導率可能導致低損耗材料耗散因子測量產(chǎn)生嚴重的誤差。當測量用電橋具有一個保護電路時,則使用受保護測微計電極將是有利的。邊緣現(xiàn)象等的影響幾乎可以*排除。當電極和固定架都制備得非常好時,則沒有必要進行電容校準,因為電容可由電極間距和直徑計算得出。然而測微計將要求進行校準。當使用受保護測微計電極時,在樣本上使用電極將是不可行的,除非樣本直徑小于受保護電極。

備注:

Micrometer Screw:測微計螺釘;Bellows:風箱;Grounded Electrode:接地電極;

Specimen:樣本;Vernier Capacitor:微型電容器;High Electrode:高電極;

Grounded Terminals:接地終端