介電常數(shù)的測(cè)量方法

介電常數(shù)是物體的重要物理性質(zhì)，對(duì)介電常數(shù)的研究有重要的理論和應(yīng)用意義。電氣工程中的電介質(zhì)問題、電磁兼容問題、生物醫(yī)學(xué)、微波、電子技術(shù)、食品加工和地質(zhì)勘探中，無一不利用到物質(zhì)的電磁特性，對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量提出了要求。目前對(duì)介電常數(shù)測(cè)量方法的應(yīng)用可以說是遍及民用、工業(yè)、國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域。

在食品加工行業(yè)當(dāng)中，儲(chǔ)藏、加工、滅菌、分級(jí)及質(zhì)檢等方面都廣泛采用了介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)。例如，通過測(cè)量介電常數(shù)的大小，新鮮果蔬品質(zhì)、含水率、發(fā)酵和干燥過程中的一些指標(biāo)都得到間接體現(xiàn)，此外，根據(jù)食品的介電常數(shù)、含水率確定殺菌時(shí)間和功率密度等工藝參數(shù)也是重要的應(yīng)用之一[1]。

在路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)中，如果利用常規(guī)的方法，盡管測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但工作量大、周期長(zhǎng)、速度慢且對(duì)路面造成破壞。由于土體的含水量、溫度及密度都會(huì)對(duì)其介電特性產(chǎn)生不同程度的影響，因此可以采用雷達(dá)對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)試以反算出介電常數(shù)的數(shù)值，通過分析介電性得到路基的密度及壓實(shí)度等參數(shù)，達(dá)到快速測(cè)量路基的密度及壓實(shí)度的目的[2]。此外，復(fù)介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)還在水土污染的監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用[3]。并且還可通過對(duì)巖石介電常數(shù)的測(cè)量對(duì)地震進(jìn)行預(yù)報(bào)[4]。

上面說的是介電常數(shù)測(cè)量在民用方面的部分應(yīng)用，其在工業(yè)上也有重要的應(yīng)用。典型的例子有低介電常數(shù)材料在超大規(guī)模集成電路工藝中的應(yīng)用以及高介電常數(shù)材料在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中的應(yīng)用。在集成電路工藝中，隨著晶體管密度的不斷增加和線寬的不斷減小，互聯(lián)中電容和電阻的寄生效應(yīng)不斷增大，傳統(tǒng)的絕緣材料二氧化硅被低介電常數(shù)材料所代替是必然的。目前Applied Materials的Black Diamond作為低介電常數(shù)材料，已經(jīng)應(yīng)用于集成電路的商業(yè)化生產(chǎn)[5]。在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中，利用高介電常數(shù)材料能夠解決半導(dǎo)體器件尺寸縮小而導(dǎo)致的柵氧層厚度極限的問題，同時(shí)具備特殊的物理特性，可以實(shí)現(xiàn)具有特殊性能的新器件[6]。在軍事方面，介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)也廣泛應(yīng)用于雷達(dá)和各種特殊材料的制造與檢測(cè)當(dāng)中。

對(duì)介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以說是不勝枚舉。介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)和國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域，并且有發(fā)展的空間和必要性。我們對(duì)測(cè)量介電常數(shù)的方法進(jìn)行總結(jié)，能更清晰的認(rèn)識(shí)測(cè)量方法的現(xiàn)狀，為某些應(yīng)用提供一種可能適合的方法，是有一定理論和工程應(yīng)用意義的。