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유전체 분광학

관련 제품 : MFIA , MFLI + MF-IA

응용기술 설명

유전체 분광학은 임피던스 분광학중 하나로서, 매질 또는 샘플의 유전 특성(유전 상수 및 손실 계수)을 주파수의 함수로 특성화합니다. 유전체는 DC에서 전도도가 매우 낮은 전기 절연체입니다. 그러나 분극성으로 인하여 유전체는 저주파 또는 중주파 범위에서 전하를 저장할 수 있습니다. 이러한 용량성(capacitive) 효과는 유전체를 전하 저장 및 분산에 유용하게 만듭니다. 유전체가 사용되는 응용기술은 다음과 같습니다.

  • 저손실 전기 부품
  • 배터리 및 슈퍼 커패시터와 같은 에너지 저장 장치
  • 반도체 소자의 하이-k 및 로우-k 게이트
  • 압전 및 강유전 센서 및 트랜스듀서

재료 물리학을 완전히 이해하고 장치 성능을 최적화하기 위해서는 유전체의 임피던스 연구가 필요합니다.

측정 전략

유전체 특성화는 2개의 전극과 접촉한 잘 정의된 형상을 가진 샘플에서 수행됩니다. 일반적으로 평행판 고정 장치(그림 1 참조) 또는 특정 전극 영역과 간격이 있는 침지 프로브를 사용합니다. 이 기하학을 기반으로 R||C 또는 D||C 등가 회로 모델을 설정할 수 있으며 결과적으로 유전 상수(유전율)가 추출됩니다. 그림 1에 표시된 것과 같은 고정 장치는 종종 Q 미터 또는 자동 균형 브리지 기반 기기와 결합됩니다. 그러나 이러한 제품은 저주파수 및 고임피던스에서의 측정이 제한됩니다.

Dielectric spectroscopy setup featuring the Zurich Instruments MFIA

그림 1: 디스크 샘플이 전극 사이에 삽입된 서드파티 유전체 테스트 픽스처가 있는 MFIA의 스케치. 회색 상자는 온도 의존 테스트를 위한 고정 장치를 수용할 수 있는 서드파티 선택적 저온 유지 장치 또는 오븐 챔버를 나타냅니다.

Impedance, phase, dissipation factor and capacitance vs frequency for a dielectric sample characterized with the MFIA

그림 2: 유전체 샘플의 임피던스, 위상, 소산 계수 그리고 커패시턴스(위부터 아래로)가 주파수의 함수로 표시됩니다. LabOne Sweeper 모듈의 이중 플롯 모드로 데이터를 수집했습니다.

Dielectric sample probed at 10 Hz with the Plotter module of LabOne and using the one-period averaging feature

그림 3: LabOne Plotter 모듈의 1-주기 평균화 기능을 사용하여 10Hz의 고정 주파수에서 측정한 유전체 샘플. 실시간 통계 및 히스토그램이 포함된 트레이스는 위에서부터, 절대 임피던스, 위상, 소산 계수 그리고 커패시턴스를 나타냅니다.

위상-감지 락인 디텍션을 사용하는 직접적인 I-V 측정은 유전체 특성화에 영향을 미치는 한계를 극복할 수 있는 매력적인 방법을 보여줍니다. MFIA 임피던스 분석기 는 2mdeg의 뛰어난 위상 정확도를 유지하면서 최대 1TOhm까지 임피던스를 정확하게 측정할 수 있습니다. 유전체 분광학 은 LabOne ® 기기 제어 소프트웨어의 Sweeper 모듈을 사용하여 간단하게 수행할 수 있습니다(그림 2 참조). 유전 특성의 시간적 변화를 연구하기 위해 LabOne Plotter(그림 3 참조) 또는 데이터 취득 (DAQ) 모듈을 활용하여 시간 영역에서 측정을 수행할 수 있습니다. 저온 유지 장치 또는 오븐과 통합될 수 있는 MFIA와 이러한 도구를 통하여 온도 의존 연구를 지원 합니다. 저주파 실험의 경우 Sweeper를 포함한 모든 LabOne 모듈에서 5MHz에서 1mHz까지의 테스트 신호를 설정할 수 있습니다(그림 4 참조).

LabOne의 스위퍼 모듈

그림 4: 에어갭 커패시터의 절대 임피던스(위)와 위상 및 커패시턴스(아래)를 보여주는 LabOne Sweeper 모듈의 이중 트레이스 모드. 애니메이션은 x1000 속도로 실행됩니다.

Product Highlights

MFIA 500 kHz / 5 MHz Impedance Analyzer

  • 2- and 4- terminal configurations
  • Wide impedance range between 1m Ω to 1 TΩ
  • Wide frequency range: 1mHz-5MHz
  • Included user compensation
  • Faster low frequency characterization via one-period averaging
  • API programming support for Python, MATLAB, LabVIEW, C, .NET

취리히인스트루먼트 선택의 이점

  • 최저 1mHz넓은 주파수 범위 와 최대 1TOhm의 광범위한 임피던스 값에 걸쳐 유전체를 측정할 수 있습니다 .
  • 1-주기 평균화 기능 덕분에 저주파 측정을 신속하게 처리하여 시간을 절약합니다.
  • 시간 소모적인 스윕 없이 실시간으로 등가 회로 매개변수를 알아냅니다.
  • MFIA의 우수한 위상 정확도와 손실 계수의 낮은 기준선 덕분에 얻은 결과에 대해 높은 신뢰 를 가질 수 있습니다.
  • LabOne API 덕분에 기존 유전체 테스트 셋업으로의 통합이 간단 합니다.

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동영상

MFIA 임피던스 분석기 개요

Dielectric Spectroscopy of Liquids

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Deep Level Optical Spectroscopy | Impedance Measurement

훌륭한 임피던스 분석기를 만드는 것은 무엇입니까?

What makes a great Impedance Analyzer?

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