JPH08226941A - 誘電体薄膜の高周波特性測定法 - Google Patents
誘電体薄膜の高周波特性測定法Info
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Abstract
定につき、半導体基板と対応の基板上に、下部電極層、
誘電体薄膜と同様の測定用誘電体薄膜、上部電極層の積
層構成の測定用素子を形成し、その両電極層間の高周波
特性の測定結果を用いる測定法において、誘電体薄膜の
高周波特性をより正確に測定可能にする。 【構成】 基板上に、上部電極層が下部電極層と対向
していないことを除いて測定用素子と同様形成の第1の
補正用素子を形成し、その両電極層間の高周波特性を測
定用素子の場合と同様に測定するとともに、基板上
に、上部電極が下部電極層と対向していないこと及び下
部電極層に連結していることを除いて測定用素子と同様
形成の第2の補正用素子を形成し、その両電極層間の高
周波特性を測定用素子の場合と同様に測定し、測定用
素子の測定結果を、第1及び第2の補正用素子の測定結
果で補正し、それを測定用素子の測定結果として用い
る。
Description
ている誘電体薄膜を有する半導体装置を製造する場合に
適用される、半導体基板上に形成される誘電体薄膜の高
周波特性を測定する誘電体薄膜の高周波特性測定法に関
する。
体薄膜Fの高周波特性Hを測定するにつき、図4に示す
ように、(a)半導体基板Bに対応している基板BB上
に形成されている測定用下部電極層ELMと(b)基板
BB上に、測定用下部電極層ELM上に延長して、半導
体基板B上に形成されている誘電体薄膜と材質上から
も、形状上からも同様に形成されている測定用誘電体薄
膜FMと(c)測定用誘電体薄膜FM上に、測定用下部
電極層ELMと対向するように延長して形成されている
測定用上部電極層EUMとを有する測定用素子DMを形
成し、そして、その測定用素子DMの測定用下部電極層
ELM及び測定用上部電極層EUM間でみた高周波特性
HMを測定し、その測定用素子DMの高周波特性HMの
測定結果を用いる、という誘電体薄膜の高周波特性測定
法が提案されている。
Mの測定は、測定用素子DMの測定用下部電極層ELM
及び測定用上部電極層EUM間でみたアドミタンスYA
の測定とし得る。
測定結果の用い方は、測定用素子DMの高周波特性HM
の測定を、測定用素子DMの測定用下部電極層ELM及
び測定用上部電極層EUM間でみたアドミタンスYA の
測定とする場合、そのアドミタンスYA から、周波数f
に対する測定用下部電極層ELM及び測定用上部電極層
EUM間の容量Cの関係を求め、その求められた容量C
が周波数fのどのような値またはどのような範囲の値で
どのような値を呈するのかとか、測定されたアドミタン
スYA から測定用誘電体薄膜FMの誘電損失tanδを
求め、その誘電損失tanδがどのような値を呈してい
るのか、測定されたアドミタンスYA から測定用誘電体
薄膜FMの比誘電率εを求め、その比誘電率εがどのよ
うな値を呈するかなどの判知ができるように用い得る。
高周波特性測定法である。
測定法によれば、測定用素子DMを、半導体装置を製造
するのに従来用いている方法によって、容易に形成する
ことができるので、半導体基板B上に形成される誘電体
薄膜Fの高周波特性Hを、容易に測定することができ
る。
体薄膜の高周波特性測定法の場合、測定用素子DMの高
周波特性HMの測定は、それを測定用素子DMの測定用
下部電極層ELM及び測定用上部電極層EUM間でみた
アドミタンスYA の測定とする場合、その測定用素子D
MのアドミタンスYA が、一般に、周波数fに対する測
定用下部電極層ELM及び測定用上部電極層EUM間の
容量CのアドミタンスYC だけからなる等価アドミタン
ス回路で表されず、図5に示すような、測定用下部電極
層ELM及び測定用上部電極層EUM間の容量Cのアド
ミタンスYC と、それと直列な寄生アドミタンスY
S と、アドミタンスYC と並列な寄生アドミタンスYP
とを有する等価アドミタンス回路で表されるので、測定
用素子DMの測定用下部電極層ELM及び測定用上部電
極層EUMでみたアドミタンスYM から周波数fに対す
る測定用下部電極層ELM及び測定用上部電極層EUM
間の容量Cの関係を求めるとすれば、その周波数fに対
する測定用下部電極層ELM及び測定用上部電極層EU
M間の容量Cが、測定用素子DMが容量Cのアドミタン
スYC だけからなる等価アドミタンス回路で表されると
すれば、例えば図6の線aに示すように、周波数fの5
0GHz以下の値において一定値であるとして得られる
にも拘らず、図6の線bに示すように、周波数fの10
GHzから50GHzの範囲の値において周波数fが高
くなるに従い大きくなる値を呈して得られる。
電体薄膜の高周波特性測定法の場合、半導体基板B上に
形成される誘電体薄膜Fの高周波特性Hを、正確に測定
することができない、という欠点を有していた。
規な誘電体薄膜の高周波特性測定法を提案せんとするも
のである。
の高周波特性測定法は、半導体基板上に形成される誘電
体薄膜の高周波特性を測定するにつき、図4で上述した
従来の誘電体薄膜の高周波特性測定法の場合と同様に、
(a)上記半導体基板に対応している基板上に形成され
ている測定用下部電極層と(b)上記基板上に、上記測
定用下部電極層上に延長して、上記半導体基板上に形成
されている上記誘電体薄膜と同様に形成されている測定
用誘電体薄膜と(c)上記測定用誘電体薄膜上に、上記
測定用下部電極層と対向するように延長して形成されて
いる測定用上部電極層とを有する測定用素子を形成し、
そして、上記測定用素子の上記測定用下部電極層及び上
記測定用上部電極層間でみた高周波特性を測定し、その
測定用素子の高周波特性の測定結果を用いる。
高周波特性測定法は、このような誘電体薄膜の高周波特
性測定法において、(i)(a)上記基板上に、上記基
板上に形成されている上記測定用下部電極層と同様に形
成されている第1の補正用下部電極層と(b)上記基板
上に、上記測定用下部電極層上に延長している上記測定
用誘電体薄膜と同様に上記第1の補正用下部電極層上に
延長して、上記基板上に形成されている上記測定用誘電
体薄膜と同様に形成されている第1の補正用誘電体薄膜
と(c)上記第1の補正用誘電体薄膜上に、上記測定用
誘電体薄膜上に形成されている上記測定用上部電極層
と、それが上記測定用下部電極層と対向して延長してい
るようには上記第1の補正用下部電極層と対向するよう
に延長していないことを除いて、同様に形成されている
第1の補正用上部電極層とを有する第1の補正用素子を
形成し、そして、その第1の補正用素子の上記第1の補
正用下部電極層及び上記第1の補正用上部電極層間でみ
た高周波特性を、上記測定用素子の高周波特性の測定の
場合と同様に測定するとともに、(ii)(a)上記基
板上に、上記基板上に形成されている上記測定用下部電
極層と同様に形成されている第2の補正用下部電極層と
(b)上記基板上に、上記測定用下部電極層上に延長し
ている上記測定用誘電体薄膜と同様に上記第2の補正用
下部電極層上に延長して、上記基板上に形成されている
上記測定用誘電体薄膜と同様に形成されている第2の補
正用誘電体薄膜と(c)上記第2の補正用誘電体薄膜上
に、上記測定用誘電体薄膜上に形成されている上記測定
用上部電極層と、それが上記測定用下部電極層と対向し
て延長しているようには上記第2の補正用下部電極層と
対向して延長していないこと及び上記第2の補正用下部
電極層に連結していることを除いて、同様に形成されて
いる第2の補正用上部電極層とを有する第2の補正用素
子を形成し、そして、その第2の補正用素子の上記第2
の補正用下部電極層及び上記第2の補正用上部電極層間
でみた高周波特性を、上記測定用素子の高周波特性の測
定の場合と同様に測定し、(iii)上記測定用素子の
高周波特性の測定結果を、上記第1の補正用素子の高周
波特性の測定結果及び上記第2の補正用素子の高周波特
性の測定結果で補正し、その補正された上記測定用素子
の高周波特性の測定結果を、上記測定用素子の高周波特
性の測定結果として用いる。
膜の高周波特性測定法の実施例を述べよう。
符号を付して示す。
波特性測定法の実施例は、半導体基板B上に形成される
誘電体薄膜Fの高周波特性Hを測定するにつき、図4に
示す従来の誘電体薄膜の高周波特性測定法の場合と同様
に、(a)半導体基板Bに対応している基板BB上に形
成されている測定用下部電極層ELと(b)基板BB上
に、測定用下部電極層ELM上に延長して、誘電体薄膜
Fが半導体基板B上に形成されているのと同様に形成さ
れている測定用誘電体薄膜FMと(c)測定用誘電体薄
膜FM上に、測定用下部電極層ELMと対向するように
延長して形成されている測定用上部電極層EUMとを有
する測定用素子DMを形成し、その測定用素子DMの測
定用下部電極層ELM及び測定用上部電極層EUM間で
みた高周波特性HMを測定し、その測定用素子DMの高
周波特性HMの測定結果を用いる。
Mの測定は、図4に示す従来の誘電体薄膜の高周波特性
測定法の場合と同様に、測定用素子DMの測定用下部電
極層ELM及び測定用上部電極層EUM間でみたアドミ
タンスYA の測定とし得る。
測定結果の用い方は、図4に示す従来の誘電体薄膜の高
周波特性測定法の場合と同様に、測定用素子DMの高周
波特性HMの測定を、測定用素子DMの測定用下部電極
層ELM及び測定用上部電極層EUM間でみたアドミタ
ンスYA の測定とする場合、図4に示す従来の誘電体薄
膜の高周波特性測定法の場合に準じて、そのアドミタン
スYA の後述するように補正されたアドミタンスYA ′
から、周波数fに対する測定用下部電極層ELM及び測
定用上部電極層EUM間の容量Cの関係を求め、その求
められた容量Cが周波数fのどのような値またはどのよ
うな範囲の値でどのような値を呈するのかとか、補正さ
れたアドミタンスYA から測定用誘電体薄膜FMの誘電
損失tanδを求め、その誘電損失tanδがどのよう
な値を呈しているのか、補正されたアドミタンスYA ′
から測定用誘電体薄膜FMの比誘電率εを求め、その比
誘電率εがどのような値を呈するかなどの判知ができる
ように用いる。
波特性測定法の実施例においては、上述した誘電体薄膜
の高周波特性測定法において、(i)(a)上述した測
定用素子DMを形成するのに用いている同じ基板BB上
に、基板BB上に形成されている測定用素子DMの測定
用下部電極層ELMと材質上からも、形状上からも同様
に形成されている第1の補正用下部電極層ELC1と
(b)基板BB上に、測定用素子MMの測定用下部電極
層ELM上に延長している測定用誘電体薄膜FMと形状
上からも同様に第1の補正用下部電極層ELC1に延長
して、基板BB上に形成されている測定用素子DMの測
定用誘電体薄膜FMと材質上からも、形状上からも同様
に形成されている第1の補正用誘電体薄膜FC1と
(c)その第1の補正用誘電体薄膜FC1上に、測定用
素子DMの測定用誘電体薄膜FM上に形成されている測
定用上部電極層EUMと、それが測定用下部電極層EL
Mと対向して延長しているようには第1の補正用下部電
極層ELC1と対向して延長していないことを除いて、
材質上からも、形状上からも同様に形成されている第1
の補正用上部電極層EUC1とを有する第1の補正用素
子DC1を形成し、そして、その第1の補正用素子DC
1の第1の補正用下部電極層ELC1及び第1の補正用
上部電極層EUC1間でみた高周波特性HC1を、測定
用素子DMの高周波特性HMの測定の場合と同様に測定
する。
特性HC1の測定は、上述した測定用素子DMの高周波
特性HMの測定が、測定用素子DMの測定用下部電極層
ELM及び測定用上部電極層EUM間でみたアドミタン
スYA の測定であるとするとき、第1の補正用素子DC
1の第1の補正用下部電極層ELC1及び第1の補正用
上部電極層EUC1間でみたアドミタンスYB の測定と
し得る。
BB上に形成されている測定用下部電極層ELMと材質
上からも、形状上からも同様に形成されている第2の補
正用下部電極層ELC2と(b)基板BB上に、測定用
素子DMの測定用下部電極層ELM上に延長している測
定用誘電体薄膜FMと形状的にも同様に第2の補正用下
部電極層ELC2上に延長して、基板BB上に形成され
ている測定用素子DMの測定用誘電体薄膜FMと材質上
からも、形状上からも同様に形成されている第2の補正
用誘電体薄膜FC2と(c)その第2の補正用誘電体薄
膜FC2上に、測定用素子DMの測定用誘電体薄膜FM
上に形成されている測定用上部電極層EUMと、それが
測定用下部電極層ELMと対向して延長しているように
は第2の補正用下部電極層と対向して延長していないこ
と及び第2の補正用下部電極層ELC2に連結している
ことを除いて、材質上からも、形状上からも同様に形成
されている第2の補正用上部電極層EUC2とを有する
第2の補正用素子DC2を形成し、そして、その第2の
補正用素子DC2の第2の補正用下部電極層ELC2及
び第2の補正用上部電極層EUC2間でみた高周波特性
HC2を測定用素子DMの高周波特性HMの測定の場合
と同様に測定する。
特性HC2の測定は、上述した測定用素子DMの高周波
特性HMの測定を、測定用素子DMの測定用下部電極層
ELM及び測定用上部電極層EUM間でみたアドミタン
スYA の測定であるとするとき、第2の補正用素子DC
2の第2の補正用下部電極層ELC2及び第2の補正用
上部電極層EUC2間でみたアドミタンスYD の測定と
し得る。
波特性HMの測定結果を、第1の補正用素子DC1の高
周波特性HC1の測定結果及び第2の補正用素子DC2
の高周波特性HC2の測定結果で補正し、その補正され
た測定用素子DMの高周波特性HMの測定結果を、測定
用素子DMの高周波特性HMの測定結果として用いる。
Mの測定結果の補正は、測定用素子DMの高周波特性H
Mの測定を上述したように測定用素子DMの測定用下部
電極層ELM及び測定用上部電極層EUM間でみたアド
ミタンスYA の測定とし、また第1の補正用素子DC1
の高周波特性HC1の測定を上述したように第1の補正
用素子DC1の第1の補正用下部電極層ELC1及び第
1の補正用上部電極層EUC1間でみたアドミタンスY
B の測定とし、さらに第2の補正用素子DC2の高周波
特性HC2の測定を上述したように第2の補正用素子D
C2の第2の補正用下部電極層ELC2及び第2の補正
用上部電極層EUC2間でみたアドミタンスYD の測定
とする場合、アドミタンスYA をアドミタンスYB 及び
YC を用いてアドミタンスYA ′に補正するものとし得
る。
特性HMの測定結果の用い方は、測定用素子DMの高周
波特性HMの測定結果を、上述したアドミタンスYA を
アドミタンスYA ′に補正するものとするとき、そのア
ドミタンスYA ′から、周波数fに対する測定用素子D
Mの測定用下部電極層ELM及び測定用上部電極層EU
M間の容量Cの関係を求め、その求められた容量Cが周
波数fのどのような値またはどのような範囲の値でどの
ような値を呈するのかとか、アドミタンスYA′から測
定用誘電体薄膜FMの誘電損失tanδを求め、その誘
電損失tanδがどのような値を呈しているのか、アド
ミタンスYA から測定用誘電体薄膜FMの比誘電率ε
を求め、その比誘電率εがどのような値を呈するかなど
の判知ができるように用い得る。
特性測定法の実施例である。
波特性測定法によれば、測定用素子DMを、図4に示す
従来の誘電体薄膜の高周波特性測定法の場合と同様に、
半導体装置を製造するのに従来用いている方法によっ
て、容易に形成することができるとともに、第1及び第
2の補正用素子DC1及びDC2も、測定用素子DMと
同様に且つ同時に、容易に形成することができるので、
半導体基板B上に形成される誘電体薄膜Fの高周波特性
Hを、容易に測定することができる。
の高周波特性測定法の場合、測定用素子DMの高周波特
性HMの測定を、上述したように測定用素子DMの測定
用下部電極層ELM及び測定用上部電極層EUM間でみ
たアドミタンスYA の測定とし、また、第1の補正用素
子DC1の高周波特性HC1の測定を上述したように第
1の補正用素子DC1の第1の補正用下部電極層ELC
1及び第1の補正用上部電極層EUC1間でみたアドミ
タンスYB の測定とし、さらに第2の補正用素子DC2
の高周波特性HC2の測定を上述したように第2の補正
用素子DC2の第2の補正用下部電極層ELC2及び第
2の補正用上部電極層EUC2間でみたアドミタンスY
D の測定とする場合、測定用素子DMのアドミタンスY
A が、一般に、周波数fに対する測定用下部電極層EL
M及び測定用上部電極層EUM間の容量Cのアドミタン
スYC だけからなる等価アドミタンス回路で表されな
く、図2A及び図5に示すような、測定用下部電極層E
LM及び測定用上部電極層EUM間の容量Cのアドミタ
ンスYC と、それと直列な寄生アドミタンスYS と、ア
ドミタンスYC と並列な寄生アドミタンスYP とを有す
る等価アドミタンス回路で表されるとしても、第1の補
正用素子C1の第1の補正用下部電極層ELC1及び第
1の補正用上部電極層EUC1間でみたアドミタンスY
B が、一般に、図2Bに示す図2AのアドミタンスYC
がオープンしている等価アドミタンス回路で表され、ま
た第2の補正用素子DC2の第2の補正用下部電極層E
LC2及び第2の補正用上部電極層EUC2間でみたア
ドミタンスYD が、一般に、図2Cに示す図2Aのアド
ミタンスYCがショートしている等価アドミタンス回路
で表されることから、アドミタンス回路YC を、 YC={(YA−YB)(YC−YB)/(YC−YA)}Y0
=G+iωC で求め(Y0 は定数)、そして、そのアドミタンスYC
を用いて、周波数fに対する測定用下部電極層ELM及
び測定用上部電極層EUM間の容量Cの関係を求めるよ
うにすれば、その周波数fに対する測定用下部電極層E
LM及び測定用上部電極層EUM間の容量Cが、測定用
素子DMが容量CのアドミタンスYC だけからなる等価
アドミタンス回路で表されるとする場合に得られる図3
及び図6の線aに示すように、周波数fの50GHz以
下の値において一定値であるとして得られる。
誘電体薄膜の高周波特性測定法の場合、半導体基板B上
に形成される誘電体薄膜Fの高周波特性Hを、図4で前
述した従来の誘電体薄膜の高周波特性測定法の場合に比
し、正確に測定することができる。
体薄膜の高周波特性測定法の1つの実施例を示したに留
まり、本発明の精神を脱することなしに種々の変型、変
更をなし得るであろう。
説明に供する、測定用素子、及び第1及び第2の補正用
素子を示す略線的平面図(図1A)及びそのb−b線上
の断面図(図1B)である。
性測定法の説明に供する、測定用素子、及び第1及び第
2の補正用素子の等価回路を示す図である。
性測定法の説明に供する、測定用素子の高周波特性の測
定結果から求められる周波数fに対する容量(C)の関
係を示す図である。
供する、測定用素子を示す略線的平面図(図4A)及び
そのb−b線上の断面図(図4B)である。
法の説明に供する、測定用素子の等価回路を示す図であ
る。
法の説明に供する、測定用素子の高周波特性の測定結果
から求められる周波数fに対する容量(C)の関係を示
す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成される誘電体薄膜の
高周波特性を測定するにつき、 (a)上記半導体基板に対応している基板上に形成され
ている測定用下部電極層と(b)上記基板上に、上記測
定用下部電極層上に延長して、上記半導体基板上に形成
されている上記誘電体薄膜と同様に形成されている測定
用誘電体薄膜と(c)上記測定用誘電体薄膜上に、上記
測定用下部電極層と対向するように延長して形成されて
いる測定用上部電極層とを有する測定用素子を形成し、
上記測定用素子の上記測定用下部電極層及び上記測定用
上部電極層間でみた高周波特性を測定し、その測定用素
子の高周波特性の測定結果を用いる誘電体薄膜の高周波
特性測定法において、 (i)(a)上記基板上に、上記基板上に形成されてい
る上記測定用下部電極層と同様に形成されている第1の
補正用下部電極層と(b)上記基板上に、上記測定用下
部電極層上に延長している上記測定用誘電体薄膜と同様
に上記第1の補正用下部電極層上に延長して、上記基板
上に形成されている上記測定用誘電体薄膜と同様に形成
されている第1の補正用誘電体薄膜と(c)上記第1の
補正用誘電体薄膜上に、上記測定用誘電体薄膜上に形成
されている上記測定用上部電極層と、それが上記測定用
下部電極層と対向して延長しているようには上記第1の
補正用下部電極層と対向するように延長していないこと
を除いて、同様に形成されている第1の補正用上部電極
層とを有する第1の補正用素子を形成し、その第1の補
正用素子の上記第1の補正用下部電極層及び上記第1の
補正用上部電極層間でみた高周波特性を、上記測定用素
子の高周波特性の測定の場合と同様に測定するととも
に、 (ii)(a)上記基板上に、上記基板上に形成されて
いる上記測定用下部電極層と同様に形成されている第2
の補正用下部電極層と(b)上記基板上に、上記測定用
下部電極層上に延長している上記測定用誘電体薄膜と同
様に上記第2の補正用下部電極層上に延長して、上記基
板上に形成されている上記測定用誘電体薄膜と同様に形
成されている第2の補正用誘電体薄膜と(c)上記第2
の補正用誘電体薄膜上に、上記測定用誘電体薄膜上に形
成されている上記測定用上部電極層と、それが上記測定
用下部電極層と対向して延長しているようには上記第2
の補正用下部電極層と対向して延長していないこと及び
上記第2の補正用下部電極層に連結していることを除い
て、同様に形成されている第2の補正用上部電極層とを
有する第2の補正用素子を形成し、その第2の補正用素
子の上記第2の補正用下部電極層及び上記第2の補正用
上部電極層間でみた高周波特性を、上記測定用素子の高
周波特性の測定の場合と同様に測定し、 (iii)上記測定用素子の高周波特性の測定結果を、
上記第1の補正用素子の高周波特性の測定結果及び上記
第2の補正用素子の高周波特性の測定結果で補正し、そ
の補正された上記測定用素子の高周波特性の測定結果
を、上記測定用素子の高周波特性の測定結果として用い
ることを特徴とする誘電体薄膜の高周波特性測定法。
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---|---|---|---|
JP05509795A JP3173554B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 誘電体薄膜の高周波特性測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05509795A JP3173554B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 誘電体薄膜の高周波特性測定法 |
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JPH08226941A true JPH08226941A (ja) | 1996-09-03 |
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JP05509795A Expired - Lifetime JP3173554B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 誘電体薄膜の高周波特性測定法 |
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