The method of moments is applied to numerically compute the electrostatic capacitance of a parallel-plate rectangular capacitor of finite area. Each plate is discretized into 900 patches per unit area to ensure a high accuracy of computation. To further enhance computational results, the impedance matrix elements are additionally evaluated in the case that the observation patch is located above or below the source patch in the vertical direction. To examine the fringing effect at the edges of the capacitor, the normalized capacitances are computed as a function of separation distance. After these results have been verified by Palmer's formula, this method is extended to the computation of capacitances between two different size plates.
For measurement of dielectric constants, the commercial parallel plate electrodes system with guard-ring electrode have been widely used up to now. The capacitance derived from the parallel plate electrodes capacitor with guard-ring electrode is calculated by the equation of ($C={\epsilon}\;{\cdot}\;\frac{area\;of\;electrod}{distance\;between\;electrodes}$). Therefore, in parallel plate electrode capacitor, the diameter of the guarded electrode, the gap size between guarded electrode and guard ring, and distance between two active electrode should be measured precisely to calculate dielectric constants from the measured capacitance. Consequently their mechanical measurement uncertainties are directly contributed. Especially the air-gap between the electrodes and dielectric specimen at the system must be existed and the measurement error derived from the air-gap is impossible to evaluate as measurement uncertainties. In this study, we analyze the uncertainty of the commercial dielectric constant test cell using 3 kinds CRMs.
The cross capacitor electrode system applied Thompson-Lampard theorem for precise and accurate measurement of dielectric constants is studied in this study. The capacitance derived from cross capacitor is calculated by the equation of ($C=\frac{{\epsilon}ln2}{\pi}{\cdot}$ effectivelength of electrode) which is very different from the equation of capacitance derived from parallel plate capacitor. From above mentioned reason, the capacitance measurement uncertainty of cross capacitor can be reduced then that of the parallel plate capacitor. the measurement dielectric constant measured by cross capacitor electrode method is one order more accurate and precise than that of 3-electrode method.
In this study, we propose an analytical model to elucidate the formation of electric fields between two parallel conducting plates. Using nine Gaussian surfaces, we investigated the charge redistributions and electric fields formed by parallel conducting plates when two charged plates get close together. The electric charges are redistributed via a new electrostatic equilibrium to create the electric field of each plates. As a result, the electric field start from + electrode plate to - electrode plate via inducing a new electrostatic equilibrium, implying that the application of Gaussian surfaces to only one of the electrodes of parallel-plate capacitors is deserved. The results will help undergraduate students understand the charge redistribution and the electric field formation in parallel-plate capacitors in a reasonable manner.
본 연구에서는 고등학교 학생들의 변위전류에 대한 궁금증에서 출발하여 직류전압이 걸린 평행판 축전기에서 자기장과 축전기에 삽입한 토로이드 코일에 유도되는 유도전압에 관한 몇 가지 공식을 얻었다. 이 공식을 바탕으로 통상적인 실험조건에 맞는 컴퓨터 계산 결과, 자기장은 MBL 장치의 자기장 센서로는 측정이 불가능한 매우 작은 값으로 나왔으나, 유도전압은 저항 R값에 크게 의존하지만 전압센서로 측정이 가능한 범위의 값으로 나타났다. 따라서 직류전원을 사용하여 평행판 축전기에서 변위전류를 확인하기 위해서는 적당한 토로이드 코일을 축전기에 삽입하여 이것에 유도되는 유도전압을 측정하는 방법이 유용하다. 덧붙여서, 직류전압을 평행판축전기에 인가하여 변위전류를 확인하고자 하는 실험에서는 저항 R값의 선택이 매우 중요한 실험변수가 된다.
Cheon, Seong J.;Jang, Woo J.;Park, Hyeon S.;Yoon, Min K.;Park, Jae Y.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제13권1호
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pp.15-21
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2013
In this paper, a MEMS tunable capacitor was successfully designed and fabricated using an aluminum nitride film and a gold suspended membrane with two air gap structure for commercial RF applications. Unlike conventional two-parallel-plate tunable capacitors, the proposed tunable capacitor consists of one air suspended top electrode and two fixed bottom electrodes. One fixed and the top movable electrodes form a variable capacitor, while the other one provides necessary electrostatic actuation. The fabricated tunable capacitor exhibited a capacitance tuning range of 375% at 2 GHz, exceeding the theoretical limit of conventional two-parallel-plate tunable capacitors. In case of the contact state, the maximal quality factor was approximately 25 at 1.5 GHz. The developed fabrication process is also compatible with the existing standard IC (integrated circuit) technology, which makes it suitable for on chip intelligent transceivers and radios.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제1권3호
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pp.189-192
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2001
A simple metal-insulator-metal (MIM) capacitor in a standard $0.25{\;}\mu\textrm{m}$ digital CMOS process is described. Using all six interconnect layers, this capacitor exploits both the lateral and vertical electrical fields to increase the capacitance density (capacitance per unit area). Compared to a conventional parallel plate capacitor in the four upper metal layers, this capacitor achieves lower parasitic substrate capacitance, and improves the capacitance density by a factor of 4. Measurements and an extracted model for the capacitor are also presented. Calculations, model and measurements agree very well.
Yun, Il-Gu;Poddar, Ravi;Carastro, Lawrence;Brooke, Martin;May, Gary S.
ETRI Journal
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제23권1호
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pp.23-32
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2001
Examination of the statistical variation of integrated passive components is crucial for designing and characterizing the performance of multichip module (MCM) substrates. In this paper, the statistical analysis of parallel plate capacitors with gridded plates manufactured in a multilayer low temperature cofired ceramic (LTCC) process is presented. A set of integrated capacitor structures is fabricated, and their scattering parameters are measured for a range of frequencies from 50 MHz to 5 GHz. Using optimized equivalent circuits obtained from HSPICE, mean and absolute deviation is calculated for each component of each device model. Monte Carlo Analysis for the capacitor structures is then performed using HSPICE. Using a comparison of the Monte Carlo results and measured data, it is determined that even a small number of sample structures, the statistical variation of the component values provides an accurate representation of the overall capacitor performance.
In this study, large-current (75 - 400 A), high-voltage (500 - 1000 $V_{rms}$), reliable capacitors with capacitances (C) of 100 - 1000 nF were developed for energy storage facility applications. Mica was used as the dielectric of the capacitors. In order to form a parallel stack of a capacitor element, 50 ${\mu}m$ thick mica sheets with a size of $30mm{\times}35mm$ were used with lead foils for the plate lead type of mica capacitors (HCM-L), while the same sizes of mica sheets coated by Ag paste were employed with lead foils for the parallel plate terminal type (HCM-C). The developed capacitors exhibited well behaviored device characteristics which meet the requirements of the capacitors. The developed capacitors also showed excellent characteristics for thermal shock test. The stability characteristics of developed capacitors for large current stress was superior to those measured for the capacitors prepared recently by CDETm.
본 연구는 준 마이크로파 대역에서 슬롯(slot) 결합 커패시터 공진기를 이용하여 Nacl 수용액의 농도변화를 감지할 수 있는 고감도 센서를 제안하였다. 센서에 적용되는 공진기는 마이크로스트립 선로의 접지 면을 활용하여 유도성 슬롯(inductive slot)과 연결된 평행판 커패시터로 구성된다. 농도변화에 따른 유전특성 측정데이터를 기반으로, 농도변화가 확연히 드러나는 UHF 대역에서 공진주파수가 정해졌으며, 평행판 커패시터 내에 Nacl 수용액이 삽입된다. 시뮬레이션을 토대로 제안된 공진기를 설계하여 제작하였다. 농도 변화를 0 mg/dl에서 400 mg/dl까지 100 mg/dl 단계로 실험하였고, 전송 산란계수($S_{21}$)가 측정되었다. 실험결과 각 단계별 최소 1.8 dB($S_{21}$)의 변화를 얻음으로써 Nacl 수용액에서 농도검출 센서에 적용가능함을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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