A resonator for measuring the dielectric constant of thin films

Abstract

In this paper, a resonator of rectangular cross-section with a long slit hole along the entire wide wall is considered. A basic unit of a measurement system is a scalar network analyzer R2-61. The limits of measurement depend on the ratio of the sample volume to the volume of the resonator, the coupling coefficient of the diaphragm, the accuracy of the frequency measurement, the reflection coefficient, as well as the properties of the studied material. The absolute values of the real and imaginary parts of the dielectric constant vary widely, which is usually associated with the composition and structure of the material. This may be especially true for measurements of thin-film materials. To expand the possibilities of studying various films, a modified rectangular resonator with a slit hole along the entire wide wall was developed and manufactured. The volume of the measured sample in such a resonator can vary widely by increasing the length of the sample. The resonator is designed to operate at fixed frequencies: 8.33 GHz and 10.15 GHz. Checking the performance of the experimental setup with a modified resonator is confirmed by the measuring characteristics of real samples of resistive paper. A comparative analysis of the absolute values of the real and imaginary parts of the dielectric permittivity of the paper obtained by independent methods showed a good agreement.

• scalar network analyzer
• resonator
• complex permittivity
• thin-film materials

Аннотация (на русском)

Резонатор для измерения диэлектрической проницаемости тонких плёнок

В данной работе рассмотрен резонатор прямоугольного сечения с длинным узким щелевым отверстием по всей широкой стенке. Модифицированный резонатор предназначен для измерения комплексной диэлектрической проницаемости разного класса тонких плёнок. Резонатор работает на фиксированных частотах: 8.33 ГГц и 10.15 ГГц. На базе скалярного анализатора цепей Р2-61 собрана экспериментальная установка с модифицированным резонатором. Для определения значений действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости выбрана резонаторная методика. Продемонстрирована работа резонатора при исследовании реальных образцов резистивной бумаги.

For citation

References

1. О. А. Дьяконова, Ю. Н. Казанцев, Д. С. Каленов. Измерительный комплекс для определения электромагнитных характеристик материалов резонаторным методом с помощью скалярных анализаторов цепей. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2017. №7. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul17/7/text.pdf