材料の特性評価

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誘電特性の測定は、材料やデバイスを最適化する作業の重要な一部です。誘電率を測定することで、以下のような材料特性を明確にできます。

  • 変化:経年変化、温度、湿度、ストレスにより生じます。
  • 透明度:特定の電磁波周波数で調査します(例:レーダー周波数での自動車バンパーの透明度を確認する)。
  • 適合性:回路に対する適合性を把握します(例:PCB材料がRF回路に適合することを確認する)。
  • 一貫性

:誘電特性を測定する測定器は2種類あります。その選択は、周波数レンジによって異なります。

  • インピーダンス・アナライザは、mHzから低域のMHzまでで一般的に使用されます。多くの実環境アプリケーションには、低周波で十分です。
  • ベクトル・ネットワーク・アナライザ(VNA)は、広域のMHzからGHzまでで使用される材料に適しています。THzレンジの測定の場合、VNAにアップコンバーターを組み合わせて使用できます。
mHz~THzのテストソリューション
mHz~THzのテストソリューション

ローデ・シュワルツは、RFテクノロジーに関する強力なバックグランドにより材料科学研究をサポートします。2021年7月、Zurich Instrumentsがローデ・シュワルツ・ファミリーに加わりました。Zurich Instruments社は、ローデ・シュワルツのポートフォリオを完全に補完するインピーダンス測定ソリューションと材料科学ソリューションを提供します。

インピーダンス・アナライザ - 低周波測定

誘電体は、その分極率のためにDCでの伝導率が非常に低い電気絶縁体です。低域と中域の周波範囲で電荷を蓄えることもできます。この容量効果により、誘電体は、電荷の貯蔵と消散に役立ちます。キャパシタや薄膜誘電アプリケーションで使用される材料の誘電率を把握することが重要です。例を以下に示します。

  • 低損失電子コンポーネント
  • スーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵デバイス
  • 半導体デバイスのHigh-k/Low-kゲート
  • 圧電センサ、強誘電センサ、トランスデューサー

誘電体のインピーダンスを調査することは、材料物理学を完全に理解するために必要なだけでなく、デバイスの性能を最適化するためにも必要です。

インピーダンス・アナライザは、低周波での測定に最適な測定器です。Zurich Instruments社のMFIAは、1 mHz~5 MHzの周波数範囲で測定を実行してインピーダンスパラメータを計算でき、例えば、誘電率損失係数を求められます。

インピーダンス・アナライザによる誘電特性評価は、明確に定義された形状のサンプル上で、2本の電極が接した状態で実行されます。一般的に、これは平行板フィクスチャを用いて実現されます。誘電率は空気の静電容量に対する材料の静電容量の比なので、この形状に基づいて誘電率を抽出できます。

ベクトル・ネットワーク・アナライザ(VNA)- 高周波特性評価

高周波特性評価には、VNAが必要です。測定手法は、周波数範囲の要件と必要な測定速度および確度によって異なります。最も広く使用されている手法が4つあります。

  • 伝送/反射法
  • 自由空間法
  • 開放端同軸プローブ法
  • 共振器(キャビティー)法

材料の物理的特性と誘電特性も重要です。例えば、材料は固体なのか、液体なのか、粉末なのか。また、非常に熱いのか、特定の形状なのか。このような特性は、どの特性評価手法が最適なのかということに強い影響を及ぼします。

測定手法により、VNAに加えて必要な材料サンプルフィクスチャも決まります。

材料特性評価機器の概要

ローデ・シュワルツおよびZurich Instruments社が提供するインピーダンス・アナライザベクトル・ネットワーク・アナライザは、材料科学研究に必要な周波数範囲全体をカバーしています。

弊社のポートフォリオを参照して、パッシブ/アクティブコンポーネントを解析するのに最適なツールをご検討ください。

  • 汎用的な高性能ネットワーク・アナライザ。最大周波数:1.1 THz
  • 標準マルチポートソリューション。最大ポート数:48ポート
  • インピーダンス・アナライザは、低周波と高いインピーダンス範囲をカバー。従来のインピーダンス・アナライザを超えるインピーダンス範囲に対応

ローデ・シュワルツの材料特性評価測定器の利点

ローデ・シュワルツの材料特性評価ソリューションは、独自の広い周波数範囲をカバーしています。信頼できるテストフィクスチャ・サプライヤとの連携により、ソリューション用のドライバーが提供されているので、測定器とプラグアンドプレイ方式で接続可能です。それ以外にも、以下のような利点があります。

  • 効率的な高速測定
  • 容易な設定/操作
  • 既存のセットアップとのシームレスな統合
  • 継続的なサポートとテクニカルリソース

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