CN1253722C - 铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试方法及装置是一种铁电功能陶瓷材料的测试方法及装置，其测试方法为：将待测铁电薄膜的任意一端与信号发生器的输出端的负电极相连，将该待测铁电薄膜的另一端的电极与一个已知阻值的电阻的任意一端串联，该电阻另一端与信号发生器输出端的正电极相连，以信号发生器输出端的负电极作为参考地；对采样得到的信号用数字相敏检测的方法进行计算，得出这两端信号的幅度V₀和V_p以及这两端信号之间的相位差θ；所谓数字相敏检测方法是指将待测信号经过模拟/数字变换后，由微处理器进行数字解调计算。得到待测铁电薄膜的等效电容量C_p和等效电阻值R_p；得到待测铁电薄膜的相对介电常数ε_r和介质损耗tgδ。

Description

铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试方法及装置

                         技术领域

本发明是一种铁电功能陶瓷材料的测试方法及装置，尤其是锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜材料的介电性能测试方法及装置。

                         背景技术

铁电材料是一种功能材料，其在电子工业部门、计算、激光、红外、微声、自控、计测和能源工程等领域中有广泛的用途。锆钛酸铅(分子式为Pb(Zr，Ti)O₃，简称PZT)是一种性能优异的铁电材料，早已应用于非挥发性动态随机存储器的制作。近年来，随着微机电***技术的迅速发展，PZT铁电薄膜因为具有高的压电常数和高的机电耦合系数等优点而受到了青睐，被认为是微机电***中最有前途的传感和驱动材料之一，广泛应用于微机电***中微马达、微镜以及微压电悬臂梁等的制作。目前，有多种技术用于微机电***中PZT铁电薄膜的制备，如：溶胶-凝胶法、磁控溅射法、脉冲激光淀积法、水热法、以及喷射铸造法等，然而，不同方法制备得到的PZT铁电薄膜的性能差别很大，而同一种方法在不同工艺条件下制备得到的PZT铁电薄膜，其性能也有较大差别，因而对于PZT铁电薄膜介电性能的测试方法的适应性和测试方便性有很高要求。另外，对微器件加工工艺过程中微小PZT图形的性能测试，也对测试装置的灵敏度以及分辨率提出了更高的要求。因此，PZT铁电薄膜的性能测试技术研究已成为PZT铁电薄膜制备技术研究以及基于PZT铁电薄膜的微型传感器与微型驱动器设计中的关键问题之一。

铁电材料的介电性能包括相对介电常数(ε_r)、介质损耗(tgδ)等参数。铁电材料的相对介电常数(ε_r)的测量是通过测量样品的电容量，经过计算求得的。其方法有多种，如谐振法、差拍法、比较法、替代法、分压法、Q表法和电桥法等等。铁电材料的介质损耗(tgδ)的测量方法有Q表法、阻抗电桥法、tgδ表直读法等。这些常用方法存在各种缺点，例如它们需要标准的可变电容器或高精度的频率计或高精度的专用电容测量仪；并且对于微***中用到的铁电薄膜需要知道其在各个频率下的相对介电常数和介质损耗，而以上几种方法都是针对样品单一频率下的相对介电常数和介质损耗。

                          发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种具有较高的精度，能准确、方便、快速的自动测量铁电薄膜材料在各频率下的介电性能的铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试方法及装置。

技术方案：本发明的技术解决方案如下：

测试方法(方案一)为：

1).将待测铁电薄膜的任意一端与信号发生器的输出端的负电极相连，将该待测铁电薄膜的另一端的电极与一个已知阻值的电阻的任意一端串联，该电阻另一端与信号发生器输出端的正电极相连，以信号发生器输出端的负电极作为参考地：

2).设置信号发生器，使其输出待测频率点下的正弦波；对该已知电阻的两端的正弦电压信号进行同步采集，至少采集一个完整周期的信号，采样频率根据具体所采用的数字相敏检测算法的要求设定；对采样得到到的信号用数字相敏检测的方法进行计算，得出这两端信号的幅度V₀和V_p以及这两端信号之间的相位差θ；

3).根据式 $C_P=\frac{\left|\sin \mathrm{\θ}\right|*V_0}{R*2*\mathrm{\π}*f*V_P},$ $R_P=\frac{R}{\frac{\left|\mathrm{COS\θ}\right|*V_0}{V_P}-1}---\left(1\right)$

得到待测铁电薄膜的等效电容量C_p和等效电阻值R_p；

根据式 ${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C_{p}t}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}A},$ $\mathrm{tg\δ}=\frac{1}{2\mathrm{\πf}{C}_p{R}_p}---\left(2\right)$

得到待测铁电薄膜的相对介电常数ε_r和介质损耗tgδ；

式中V₀为测量辅助分压电阻与信号发生器输出端正电极相连端的正弦电压信号的幅值；V_p为测量辅助分压电阻与待测铁电薄膜连接端的正弦电压信号的幅值，θ为测量辅助分压电阻两端(即以上两路)的正弦电压信号之间的相位差，f为信号发生器产生的正弦波的频率，R为已知电阻的阻值；t为待测铁电薄膜的厚度，A为待测铁电薄膜的电极面积，ε₀为真空介电常数。

测试方法(方案二)为：

1).将待测铁电薄膜的任意一端电极与信号发生器输出端的负电极相连，将待测铁电薄膜的另一端电极与一个已知阻值的电阻的任意一端串联，该电阻另一端与信号发生器输出端的正电极相连，以信号发生器输出端的负电极作为参考地；

2).设置信号发生器，使其输出待测频率点下的正弦波信号，用商用锁相放大器分别测出已知电阻的两端的正弦电压信号的幅值V₀和V_p以及这两路信号相对于信号发生器输出的同步参考信号的相位差θ₀、θ_p，由这两个相位差计算出这两路信号之间的相位差θ＝θ₀-θ_p；

3)根据式 $C_P=\frac{\left|\sin \mathrm{\θ}\right|*V_0}{R*2*\mathrm{\π}*f*V_P},$ $R_P=\frac{R}{\frac{\left|\cos \mathrm{\θ}\right|*V_0}{V_P}-1}---\left(1\right)$

得到待测铁电薄膜的等效电容量C_p和等效电阻值R_p；

根据式 ${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C_{p}t}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}A},$ $\mathrm{tg\δ}=\frac{1}{2\mathrm{\πf}{C}_p{R}_p}---\left(2\right)$

得到待测铁电薄膜的相对介电常数ε_r和介质损耗tgδ。

测量装置(方案一)包含的部分为：测试信号发生器、测量辅助分压电阻、A/D转换及接口控制单元、实现数字锁相计算以及采样控制的微处理器主控单元以及计算机。将待测铁电薄膜的任意一端电极与测试信号发生器的输出端的负电极相连，待测铁电薄膜的另一端与测量辅助分压电阻的任意一端串联，测量辅助分压电阻的另一端与测试信号发生器的输出端的正电极相连。这样待测铁电薄膜、测量辅助分压电阻和测试信号发生器串联成回路，该回路以测试信号发生器输出端的负电极作为参考地。A/D转换及接口控制单元的两个输入端分别与测量辅助分压电阻的两端相连。A/D转换及接口控制单元的数字信号输出以及控制信号与微处理器主控单元的数字及控制总线相连。微处理器主控单元与计算机通过打印机并行接口或者RS232串行接口或者USB接口或者PCI总线相连。

或者本发明的装置(方案二)包括：测试信号发生器、测量辅助分压电阻、商用锁相放大器单元以及计算机。待测铁电薄膜的任意一端与测试信号发生器的输出端的负电极相连，待测铁电薄膜的另一端电极与测量辅助分压电阻的任意一端串联，测量辅助分压电阻的另一端与测试信号发生器的输出端的正电极相连。这样待测铁电薄膜、测量辅助分压电阻和测试信号发生器串联成回路，该回路以测试信号发生器输出端的负电极作为参考地。测试信号发生器的同步输出端与商用锁相放大器单元的参考输入端相连。商用锁相放大器单元的输入端与测量辅助分压电阻两端相连。商用锁相放大器单元与计算机通过打印机并行口或者RS232串行接口或者USB接口或者PCI总线相连。

方案一及方案二中所述的测试信号发生器为通用的函数发生器，其用于产生各频率的标准正弦波。测试***以该信号发生器所产生的正弦波信号作为测试的基准信号，也就是说测试***测试待测铁电薄膜在该信号发生器所产生的正弦波的频率点下的相对介电常数和介质损耗。

方案一及方案二中所述测量辅助分压电阻为已知阻值的标准电阻，其取值与待测铁电薄膜在测量频率范围的中间频率处的等效电阻值为同一量级；测量辅助分压电阻与待测铁电薄膜串联连接，分压电阻和铁电薄膜的另一端分别与信号发生器输出端的正、负电极相联；该串联回路以信号发生器的负输出端作为参考地。

方案一中所述的A/D转换和接口控制单元包括：模拟信号放大调整电路、A/D转换部分、接口控制部分和供电电源部分。

A/D转换部分包括完全相同的两路A/D转换通道，每一个通道包括A/D转换电路，以及与之相适应的模拟信号放大调整电路。A/D转换电路和模拟信号放大调整电路同样以前述的信号发生器的负输出端为参考地。两路A/D转换通道要能够完全同步的进行A/D转换，并且两路A/D转换通道能各自独立的输出数据有效通知信号。两路A/D转换通道的模拟信号放大调整电路的输入端分别与前述的已经与待测铁电薄膜和信号发生器串连成回路的测量辅助分压电阻的两端相连。两路模拟信号放大调整电路的输出分别与相应的A/D转换电路的输入相连。A/D转换部分的数据线和控制线与接口控制部分的数据线和控制线相连。接口控制部分具有接口控制和数据缓冲功能，接口控制部分能够对两路A/D转换通道的数据、控制和状态存储器进行访问，并且能够选择对任何一路A/D转换通道进行读写和控制。供电电源部分的输出与模拟信号放大调整电路，A/D转换电路和接口控制部分的相应的电源输入相连，为这三个部分提供电源。

方案一中所述的实现数字锁相计算以及采样控制的微处理器主控单元在硬件上可以由基于数字信号处理器(DSP)的***、基于单片机的***或者基于嵌入式微处理器的***构成，在功能上该单元实现数字锁相放大计算以及采样控制、端口控制和通信控制等。对于内置有A/D转换和接口控制单元的微处理器***，如果内置的A/D转换和接口控制单元的性能满足本***的要求，则可以省略前述的A/D转换和接口控制单元。微处理器主控单元至少应包括微处理器，主机接口控制单元，程序及数据存储器，扩充外设总线控制单元，电源和其他外设。微处理器主控单元的扩充外设总线与前述的A/D转换和接口控制单元的接口控制部分的输出总线相连接。微处理器主控单元能够输出频率连续可调的并且作为前述两路A/D转换的采样时钟信号；前述两路A/D转换的数据有效通知信号与微处理器单元的两个外部中断输入端相联作为相应的中断触发信号。微处理器主控单元通过前述的A/D转换和接口控制单元中的接口控制部分来对任意一路A/D转换通道的数据进行读取并对其进行控制。微处理器单元通过主机接口控制单元经并行总线或串行总线或USB口或PCI总线与主机进行通信。

方案二中所述的商用锁相放大器单元，其作用相当于方案一中的A/D转换和接口控制单元以及微处理器主控单元的集合。商用锁相放大器的输入端与前述的已经与待测铁电薄膜以及与信号发生器串联成回路的测量辅助分压电阻的两端相连，另外商用锁相放大器单元的参考输入端与测试信号发生器的同步输出端相连。商用锁相放大器单元通过外部打印机并行接口或RS232串行接口或USB接口或PCI总线与计算机相连。

方案一和方案二中所述的计算机与微处理器主控单元或商用锁相放大器单元之间通过并行口或串行口或USB口或者PCI总线相连接，用于参数输入、测量状态监控和结果显示。

综上本发明是将测试信号发生器，测量辅助分压电阻，A/D转换及接口控制单元，实现数字锁相计算以及采样控制部分的微处理器主控单元以及计算机组成有机的整体，或者将测试信号发生器，测量辅助分压电阻，商用锁相放大器单元，计算机组成有机的整体，各部分之间的连接线应尽量短以减小线间寄生电容和外界干扰。

本发明的测试方法是通过测量在各个频率下的待测铁电薄膜的等效电容量和等效电阻值进而计算出待测铁电薄膜的相对介电常数和介质损耗。

对于方案一，测量的具体工作过程为：计算机根据用户设定的参数即待测的频率值和已知的辅助分压电阻的阻值向微处理器主控单元发出指令；微处理器主控单元首先初始化各部分和各端口包括信号发生器，A/D转换和接口控制单元；然后微处理主控单元进入数据采集程序，数据采集程序启动定时器发出采样信号，采样信号的频率与待测的频率点值和所采用的数字锁相算法有关，A/D转换及接口控制单元中的两路A/D转换电路在采样信号的控制下同时对取自测量辅助分压电阻两端并且经过模拟信号调整放大电路(7)处理过的正弦电压信号进行采样，之后微处理器主控单元的数据采集程序进入等待状态；两路A/D转换通道采样完数据并且转换结束后，各自发出数据有效信号；这两路信号分别触发微处理器主控单元的两个外部中断，这时微处理器主控单元的数据采集程序进入中断例程，分别读取两路A/D转换通道所采集得到的数据；待本频率下的全部数据点采集完毕之后微处理器主控单元进入数据处理程序，该程序对所采集到的数据进行数字锁相计算，计算得到两路信号的幅值和相位差，进而由式(1)得到待测压电薄膜的等效电容量和等效电阻值。所采用的数字锁相计算的算法可以有多种，其目的都是计算获得两待测正弦信号的幅度和相位。

在得到待测铁电薄膜的等效电容量和等效电阻值后由式(2)则可以得到待测铁电薄膜在频率f下的相对介电常数和介质损耗。改变信号频率f，再重复以上步骤，就能得到待测铁电薄膜在各个频率值下的相对介电常数和介质损耗，即可完成整个测试过程。

对于方案二，测量的具体工作过程为：用户对信号发生器设定参数即所需要的频率值f；计算机通过接口对商用锁相放大器单元发出指令，使其分两次分别测出前述测量辅助分压电阻两端的正弦电压信号的幅值V₀，V_p和它们各自相对于信号发生器同步输出信号的相位差θ₀，θ_p。由θ₀，θ_p可以计算出测量辅助分压电阻两端信号的相位差θ(θ＝θ₀-θ_p)。之后由式(1)，(2)则可以得到待测压电薄膜在频率f下的相对介电常数和介质损耗。改变信号频率f，再重复以上步骤，就能得到待测铁电薄膜在各个频率值下的相对介电常数和介质损耗，即可完成整个测试过程。

有益效果：综上所述，本发明将信号发生器、辅助分压电阻、A/D转换及接口控制单元、微处理器主控单元、计算机各部分有机地结合为一体，组成铁电薄膜介电性能的多频率自动测试***，该***能实现在各频率下的铁电薄膜相对介电常数和介质损耗的测量。其具有测试过程简单，用户调整性好，测量精度高，并且能连续测量各频率点的介点常数和介质损耗等特点，具有很好的应用前景。

                         附图说明

图1为本装置整体连接框图。其中有信号发生器1、辅助分压电阻2、待测铁电薄膜21、A/D转换及接口控制单元3、微处理器主控单元4、计算机5。

图2为本装置方案二的整体连接框图。其中有商用锁相放大器单元6。

图3为A/D转换及接口控制单元3的电原理框图。其中有模拟信号调整放大电路7、A/D转换电路(8)、接口控制部分9、供电电源部分10。

图4为微处理器主控单元4的电原理框图。其中有扩充外设总线控制单元11、微处理器12、主机接口控制单元13、程序及数据存储器14、外设15、电源16。

图5为A/D转换电路8和接口控制部分9的电路原理图。

图6为模拟信号放大调整电路7具体连接图，其中只包括一路，另一路相同。

图7为电源部分10的电路原理图。

图8为计算机5以及DSP主控单元程序流程图。

图9为锁相放大算法框图。

图10为实施例一所测量得到的PZT薄膜样品的相对介电常数与频率关系图。

图11为实施例一所测量得到的PZT薄膜样品的介质损耗与频率关系图。

图12为实施例二的计算机程序流程图。

图13为实施例二所测量得到的PZT薄膜样品的相对介电常数与频率关系图。

图14为实施例二所测量得到的PZT薄膜样品的介质损耗与频率关系图。

                        具体实施方式

以下结合实施例对本发明再作进一步描述。

实施例一，本实施例采用方案一，即由测试信号发生器(1)、测量辅助分压电阻(2)、A/D转换及接口控制单元(3)、实现数字锁相计算以及采样控制的微处理主控单元(4)以及计算机(5)组成测试装置。

其中信号发生器(1)、辅助分压电阻(2)、待测铁电薄膜(21)串联成一个电回路，在辅助分压电阻(2)的两端分别接A/D转换及接口控制单元(3)。其中测试信号发生器(1)采用MOTECH FG503型DDS函数发生器，其能产生从1Hz到3MHz的正弦波信号以及与之同步的方波信号。辅助分压电阻(2)为碳膜电阻，其阻值与待测铁电薄膜在测量频率范围的中段频率(1KHz)的等效电阻值为同一量级。

其中A/D转换及接口控制单元(3)采用自制的***，由模拟信号调整放大电路(7)、A/D转换电路(8)、接口控制部分(9)、供电电源部分(10)组成。模拟信号调整放大电路(7)主要由运算放大器max410和max4108、电压参考芯片max6341组成。A/D转换电路(8)主要由A/D转换芯片max1201构成。接口控制部分(9)主要由数据缓冲芯片74LVTH162245、地址译码芯片74HC138、信号缓冲芯片74HCT541组成。供电电源部分(10)主要由芯片LM7815、LM7915、LM7805、LM7905、TL783、LM337等构成。两路模拟信号放大调整电路(7)的输入端与待测铁电薄膜(21)的两端相联。两路模拟信号放大调整电路(7)的输出分别与相应的A/D转换电路(8)的输入相连；A/D转换电路(8)的数据线和控制线与接口控制部分(9)的数据线和控制线相连；供电电源部分(10)的输出与模拟信号放大调整电路(7)，A/D转换电路(8)和接口控制部分(9)的相应的电源输入相连，为这三个部分提供电源。A/D转换及接口控制单元的输出信号包括16位数据线、3位地址线、两个读写控制线、一路时钟信号线、和两路中断控制线，这些信号线与微处理单元(4)相联。

微处理器主控单元(4)采用TI公司的TMS320C6711 DSP STARTER KIT。该DSP STARTER KIT板以TMS320C6711数字信号微处理器(12)为核心，并包括主机接口控制单元(13)，扩充外设总线控制单元(11)，程序及数据存储器(14)，电源(16)以及其他外设(15)。微处理器(12)的数据及控制总线与程序及数据存储器(14)、扩充外设总线控制单元(11)、主机接口控制单元(13)以及外设(15)的相应数据和控制接口相连。电源(16)的输出与微处理器(12)、程序及数据存储器(14)、扩充外设总线控制单元(11)、主机接口控制单元(13)以及外设(15)的相应电源输入相连。扩充外设总线控制单元(11)的外设总线与前述的A/D转换和接口控制单元(3)的接口控制部分(9)的输出总线相连接。主机接口控制单元(13)的输出数据及控制总线与计算机(5)通过外部打印机并行相连。

测试时计算机将参数以及运行程序下载到DSP中，并将控制权交给DSP，待DSP采集完数据并计算出结果后将结果传递给计算机显示结果。所采用的锁相放大算法如附图9所示，图中S(t)为待测信号，频率为ω₁，采样后成为数字信号S(n)。R₁(n)、R₂(n)为参考序列，为计算机产生的标准正弦序列，振幅为1，二者频率相同皆为ω₂、相位相差90度。参考序列的频率ω₂与A/D转换的采样频率相同，并且满足ω₂＝Kω₁，K为4的倍数且最小为8，采样的总点数为N。最后可以得到待测信号的幅度U_r为：U_r＝2U_O。待测信号相对参考信号的初相位φ为： $\cos \mathrm{\φ}=\frac{2Y_1}{U_r},\sin \mathrm{\φ}=\frac{2Y_2}{U_r}.$ 本装置测试了采用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备的铁电薄膜，该铁电薄膜用溅射法在薄膜表面镀上150nm厚的Au膜作为薄膜的上电极，50nm的Cr薄膜被用来增强PZT与Au之间的粘着力。实验测试了样品(t＝1μm，A＝6.1mm²)从100Hz到10KHz的相对介电常数和介质损耗，结果如图10，11。

实施例二，本实施例采用方案二即包括测试信号发生器(1)、测量辅助分压电阻(2)、商用锁相放大器(6)以及计算机(5)。

其中所用的测试信号发生器(1)以及测量辅助分压电阻(2)与实施例一中所用相同。待测铁电薄膜(21)、测量辅助分压电阻(2)和测试信号发生器(1)的连接与实施例一相同。

本实施例采用商用锁相放大器(6)型号为NF LI5630。锁相放大器(6)的输入端与待测铁电薄膜(21)的两端相联，锁相放大器的参考输入端与信号发生器同步信号输出端相联，锁相放大器与计算机通过RS232口连接。测试时锁相放大器先后测试待测铁电膜薄两端的信号幅度和这两端信号相对于测试信号发生器的同步信号的相位。计算机通过RS232口从锁相放大器中读取其测试的结果并计算出待测铁电薄膜的相对介电常数和介质损耗。本装置测试了采用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备的铁电薄膜，该铁电薄膜用溅射法在薄膜表面镀上150nm厚的Au膜作为薄膜的上电极，50nm的Cr薄膜被用来增强PZT与Au之间的粘着力。实验测试了样品(t＝1μm，A＝6.1mm²)从100Hz到10KHz的相对介电常数和介质损耗，结果如图13，14。

Claims (6)

1、一种铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试方法，其特征在于测试方法为：

1)、将待测铁电薄膜的任意一端与信号发生器的输出端的负电极相连，将该待测铁电薄膜的另一端的电极与一个已知阻值的电阻的任意一端串联，该电阻另一端与信号发生器输出端的正电极相连，以信号发生器输出端的负电极作为参考地；

2)、设置信号发生器，使其输出待测频率点下的正弦波；对该已知电阻的两端的正弦电压信号进行同步采集，至少采集一个完整周期的信号，采样频率根据具体所采用的数字相敏检测算法的要求设定；对采样得到的信号用数字相敏检测的方法进行计算，得出这两端信号的幅度V₀和V_p以及这两端信号之间的相位差θ；所谓数字相敏检测方法是指将待测信号经过模拟/数字变换后，由微处理器进行数字解调计算。

3)、根据式 $C_P=\frac{\left|\sin \mathrm{\θ}\right|*V_0}{R*2*\mathrm{\π}*f*V_P},R_P=\frac{R}{\frac{\left|\cos \mathrm{\θ}\right|*V_0}{V_P}-1}$

得到待测铁电薄膜的等效电容量C_p和等效电阻值R_p；

根据式 ${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{C_{p}t}{{\mathrm{\ϵ}}_{0}A},\mathrm{tg\δ}=\frac{1}{2\mathrm{\πf}{C}_p{R}_p}$

得到待测铁电薄膜的相对介电常数ε_r和介质损耗tgδ；

式中V₀为测量辅助分压电阻(2)与信号发生器(1)输出端正电极相连端的正弦电压信号的幅值；V_p为测量辅助分压电阻(2)与待测铁电薄膜连接端的正弦电压信号的幅值，θ为测量辅助分压电阻(2)两端即以上两路的正弦电压信号之间的相位差，f为信号发生器产生的正弦波的频率，R为已知电阻的阻值；t为待测铁电薄膜的厚度，A为待测铁电薄膜的电极面积，ε₀为真空介电常数。

2、根据权利要求1所述的铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试方法，其特征在于以上测试方法的步骤2为：设置信号发生器，使其输出待测频率点下的正弦波信号，用商用锁相放大器分别测出已知电阻的两端的正弦电压信号的幅值V₀和V_p以及这两路信号相对于信号发生器输出的同步参考信号的相位差θ₀、θ_p，由这两个相位差计算出这两路信号之间的相位差θ＝θ₀-θ_p。

3、一种铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试装置，其特征在于该装置包括信号发生器(1)、辅助分压电阻(2)、A/D转换及接口控制单元(3)、微处理器主控单元(4)、计算机(5)，其中信号发生器(1)、辅助分压电阻(2)、待测铁电薄膜(21)串联成一个电回路，在辅助分压电阻(2)的两端分别接A/D转换及接口控制单元(3)，A/D转换及接口控制单元(3)的数字信号输出以及控制信号与微处理器主控单元(4)的数字及控制总线相连，微处理器主控单元(4)与计算机(5)通过打印机并行接口或者RS232串行接口或者USB接口或者PCI总线相连。

4、根据权利要求3所述的铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试装置，其特征在于A/D转换及接口控制单元(3)、微处理器主控单元(4)由商用锁相放大器单元(6)代替，商用锁相放大器单元(6)的输入端与待测铁电薄膜(21)以及信号发生器(1)串联成回路的测量辅助分压电阻(2)的两端相连，商用锁相放大器单元(6)的参考输入端与测试信号发生器(1)的同步输出端相连，商用锁相放大器单元(6)通过外部打印机并行接口或RS232串行接口或USB接口或PCI总线与计算机(5)相连。

5、根据权利要求3所述的铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试装置，其特征在于A/D转换及接口控制单元(3)由模拟信号调整放大电路(7)、A/D转换电路(8)、接口控制部分(9)、供电电源部分(10)组成，两路模拟信号放大调整电路(7)的输出分别与相应的A/D转换电路(8)的输入相连；A/D转换电路(8)的数据线和控制线与接口控制部分(9)的数据线和控制线相连；供电电源部分(10)的输出与模拟信号放大调整电路(7)，A/D转换电路(8)和接口控制部分(9)的相应的电源输入相连，为这三个部分提供电源。

6、根据权利要求3所述的铁电薄膜材料介电性能多频率自动测试装置，其特征在于微处理器主控单元(4)由扩充外设总线控制单元(11)、微处理器(12)、主机接口控制单元(13)、程序及数据存储器(14)、外设(15)、电源(16)组成，微处理器(12)的数据及控制总线与程序及数据存储器(14)、扩充外设总线控制单元(11)、主机接口控制单元(13)以及外设(15)的相应数据和控制接口相连。电源(16)的输出与微处理器(12)、程序及数据存储器(14)、扩充外设总线控制单元(11)、主机接口控制单元(13)以及外设(15)的相应电源输入相连。微处理器主控单元(13)的扩充外设总线与前述的A/D转换和接口控制单元(3)的接口控制部分(9)的输出总线相连接。主机接口控制单元(13)的输出数据及控制总线与计算机(5)通过外部打印机并行接口或RS232串行接口或USB接口或PCI总线相连。

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