[发明专利]利用网络分析仪测试纳米级薄膜介电常数与Q值的方法

说明书

本发明涉及纳米级薄膜电学性能测试技术领域，特别是涉及一种利用网络分析仪测试纳米级薄膜介电常数与Q值的方法。包括如下步骤：S1：在待测试薄膜表面制备电极，并与待测试薄膜组成电容器；S2：使用探针台将电极与网络分析仪进行连接，并在连接前对电路进行阻抗匹配；S3：测量待测薄膜在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21参数；S4：利用S3测试出的S参数，计算出不同频率下薄膜的电容与Q值；S5：利用S4所得出的电容，计算出不同频率下薄膜的介电常数。本发明具有可以同时测出薄膜Q值的优势；并且可以在GHz频率下测试，具有测试频率高的优势。本发明实现了对纳米级薄膜介质介电常数和Q值的同时测试，具有测试结果准，测试频率高的特点。

技术领域

本发明涉及纳米级薄膜电学性能测试技术领域，特别是涉及一种利用网络分析仪测试纳米级薄膜介电常数与Q值的方法。

背景技术

电介质薄膜已经被广泛利用与可调电容器、超级电容器、传感器、微波射频器件和军用雷达等先进电子器件领域。相比块体，电介质薄膜拥有更小的体积，有利于器件小型化，更有利于与芯片相关的半导体集成。高介电常数与高Q值(低损耗)意味着电介质薄膜更好的性能。然而作为纳米级薄膜，更小的体积也提高了对其进行介电常数与Q值测量的难度。利用网络分析仪测试波导反射系数，虽然可以无接触检测薄膜的介电常数，但无法测试其Q值。利用阻抗分析仪虽然可以同时直接测试介电常数与Q值，但针对高频器件所需要的GHz条件下测试，阻抗分析仪难以实现。

鉴于上述原因，本发明提出了一种利用高频网络分析仪测试纳米级薄膜介电常数与Q值的方法。相对利用波导反射系数测试介电常数的方法，本发明具有可以同时测出薄膜Q值的优势；相对利用半导体分析仪测试介电常数的方法，本发明可以在GHz频率下测试，具有测试频率高的优势。本发明实现了对纳米级薄膜介质介电常数和Q值的同时测试，具有测试结果准，测试频率高的特点。

发明内容

本发提出一种利用网络分析仪测试纳米级薄膜介电常数与Q值的方法。解决现有技术中存在的网络分析仪针对高频器件所需要的GHz条件下测试，阻抗分析仪难以实现的问题；本发明的方法通过在频带内进行扫描测量以确定网络参量。具有操作简便、频带宽、测试准确等优势。

本发明的技术方案，一种利用网络分析仪测试纳米级薄膜介电常数与Q值的方法，包括以下具体步骤：

S1：在待测试薄膜表面制备电极，并与待测试薄膜组成电容器；

S2：使用探针台将电极与网络分析仪进行连接，并在连接前对电路进行阻抗匹配；

S3：测量待测薄膜在不同频率下的谐振频率及该谐振频率下的S21参数；

S4：利用S3测试出的S参数，计算出不同频率下薄膜的电容与Q值；

S5：利用S4所得出的电容，计算出不同频率下薄膜的介电常数。

优选的，S1中：所制备的电极分布在被测薄膜的表面。

优选的，S1中，所制备的电极的面积根据薄膜尺寸1:100比例调整。电极制备方法可选择如物理气相沉积法、化学气相沉积法、激光脉冲沉积法。

优选的，S2中：网络分析仪在与电极连接之前，进行开路校准、短路校准和负载校准。

优选的，所制备的电容器与网络分析仪采用双端口并联直通法进行连接，即为电容器两端分别与网络分析仪两端口的微带线与地线相接。

优选的，S3中：对S参数进行测试的过程中，样品置于信号屏蔽箱内，减少环境干扰。

优选的，不同频率下测量应尽量保证一段频域内的测试点数量。如在1MHz的频率范围内，采样点数量应大于1000。

优选的，S4中：先利用S参数计算出被测样品的阻抗后，在计算电容与Q值。