测量薄膜中的介电常数

本文讨论了测量薄膜中介电常数的必要性以及用于有效实现此目的的方法。

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在薄膜中测量介电常数的重要性

引入了几种用于高速超大级集成（ULSI）的新介电材料（ULSI）微电子学已经增加了计量欧洲杯足球竞彩工具的必要性，以测量Gigahertz和Terahertz频率范围之间这些材料的频率依赖性介电常数。

为了确保通过设备的互连正确传播时钟信号，互连周围的电介质材料必须在频带中没有显着分散，这是基本频率的10倍。欧洲杯足球竞彩

常规介电恒定测量方法的局限性

常规的膜表征方法，例如基于阻抗分析仪的电容测量，椭圆法和基于网络分析仪的测量，具有频率限制。

一种有效确定介电常数的新方法

Terahertz时域光谱法（TDS）是一种已建立的技术，具有Gigahertz和Terahertz频率之间的应用。TDS采用超短电磁（EM）脉冲检测和发射来测量介电常数。反射/繁殖和输入terahertz脉冲的时间形状取决于探针光脉冲和EM脉冲之间的互相关。

EM脉冲检测非常敏感，因为它甚至可以检测到纳米瓦特信号。由于检测到的EM脉冲在短时间内调制了飞秒光学门控探针脉冲，因此该方法中没有热背景。TDS已被用来测量使用传输几何形状的独立薄膜和散装材料的介电常数。欧洲杯足球竞彩

与椭圆法相比，Goniimetric时间域光谱法（GTD）代表了一种更高级的检测技术。在这种方法中，复杂的反射率是在BREWSTER角度范围内的多个点测量的。探针光束调节为s- 在Terahertz光束时偏振p-偏振。薄膜的介电常数取决于Terahertz反射率的角度依赖性。

GTD可用于测量底物上薄膜的介电常数。

该技术需要具有θ–2θ角度计的超快光电系统，该系统具有检测器或发射极单位。GTD使用EM波的反射信息确定薄膜的介电性能。从膜反射极化EM波时获得的复杂反射率可以用Drude方程表示。

这p- 可极化波可以通过菲涅尔公式来数学描述。复杂的反射率可以用菲涅尔公式和drude方程表示作为入射角的函数。可以使用这种方法分别计算出具有各种介电常数的薄膜的相位和振幅。

可以通过多种方法使用复杂的反射曲线数据确定膜的介电常数。例如，相位曲线拟合可用于测量薄膜的介电恒定值。

该值也可以从敏感区域的角相曲线斜率中获得，在该区域，该区域在Brewster角度附近完成相位移位。相弛豫角宽度（PRAW）由布鲁斯特角度附近的两个阶段确定，并且可以从Drude方程中获得介电常数和praw之间的关系。

但是，该分析对于非吸收膜有效。对于吸收膜，曲线拟合是表征最合适的方法。

不同材料中介电常数的差异欧洲杯足球竞彩

薄膜的介电恒定值因膜材料的类型而异。例如，硅底物上3.3 µm厚的氟化聚（芳基）（火炬）膜的介电常数在1 THz时为2.8±0.1，而在计算的硅底物上的980Å厚氧化钛氧化钛的介电常数为使用Brewster角度附近的相位差，而Praw为47，为1.05 THz。

吸收材料的介电常数和折射率是复数。例如，使用GTDS确定1.8 µm厚的锆钛酸钛酸铅（PZT）的介电常数。曲线拟合方法用于测量复杂的介电常数，因为相移斜率无法反映介电常数的虚构和真实部分。

介电常数在670 GHz和1.4 THz频率之间获得。在670 GHz时，电介质常数的实际和虚构部分分别为90和120，并且随着频率的增加而逐渐衰减的介电常数的值。

最近测量薄膜介电常数的研究

在《杂志》上发表的一项研究中Physica状态实体B基础研究，研究人员使用一种非破坏性方法来确定沉积在底物上的薄膜的介电常数。在该方法中，电容最初是通过在膜顶部放置两个平行线来测量的。

随后，基于两条线之间的距离和电容对环境介质，底物和膜的电容对电容的功能依赖性，获得了一组广泛参数的介电常数。

结论

总而言之，GTD已成为一种有效的技术，用于在Gigahertz和Terahertz频率范围内对薄膜的介电恒定测量。BREWSTER角度附近的相移信息和复杂的反射曲线拟合是从GDPS技术中的复杂反射曲线数据中获取介电恒定值的最有效方法。然而，薄膜表面的粗糙度也会影响薄膜的介电常数，在测量介电常数时必须考虑这一点。

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参考和进一步阅读

Li，M.，Fortin，J.，Kim，J.Y.，Fox，G.，Chu，F.，Davenport，T.，Lu，T-M。，Zhang，X-C。使用Goniimetric Terahertz时域光谱法对薄膜的介电常数测量。AIP会议程序。550，392。2001。https://doi.org/10.1109/2944.974234

Kondovych，S.，Luk’Yanchuk，I。通过两线电容器的薄膜介电常数测量的无损方法：测量薄膜中的介电常数。Physica状态实体B基础研究。254. 2016. doi：10.1002/pssb.201600476https://arxiv.org/pdf/1611.08851.pdf

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