1. はじめに

誘電特性は、コンデンサ、半導体、光学デバイス、各種絶縁材料の基礎的な電気特性として広く測定されます。 近年はパワー半導体の高耐圧化に伴い、コンデンサなど高電圧条件下での誘電特性評価の必要性が高まっています。
誘電材料評価の基礎項目である比誘電率は、市販のLCRメータやインピーダンスアナライザ（以下、測定器）で簡便に測定できますが、 測定器から直接印加できる電圧はDC/ACを合わせて50 V程度が上限のため、実動作電位とかけ離れるという課題があります。
この課題には電圧アンプで測定器の出力を増幅する方法が有効です。 ただし、約400 Vを超える高電圧では、一般に電圧アンプの周波数特性が低下しやすく、 高電圧かつ数kHz以上の評価を行うには、直流（DC）と交流（AC）を分離して別個に印加・計測する回路を用意する必要があります。
本稿では、誘電率測定に関わる設定パラメータと測定器仕様の関係を概説したうえで、 当社が提案できる測定器・電圧アンプ・サンプルホルダを例に、具体的なシステム構成を紹介します。

※ 以下の数値は代表値です。具体的な装置検討にあたっては、条件に応じた十分な事前検討が必要です。

2. 測定パラメータと構成品の対応関係

誘電率測定の装置選定で検討する主なパラメータは、以下の4項目です。

• ① 直流電圧（DC Bias）
• ② 交流電圧（AC Test Level）
• ③ 静電容量（サンプルの比誘電率・厚み・電極サイズに依存）
• ④ 周波数範囲

一般的な誘電率測定では、測定器とサンプルホルダのみで測定できます。 一方、高電圧下で測定する場合は、電圧増幅アンプや、 条件に応じてDC/AC分離用インターフェースが必要になります。 各機器は上記パラメータと対応関係にあるため、次章で具体例を示します。

3. ケーススタディ

以下に、数百Vレベルでの評価（ケースI）と、 数千Vレベルでの評価（ケースII）を例として、 システム構成例を示します。

ケース I

目的： 厚み100 µm、比誘電率10程度のサンプルについて、 DC 200 V、AC 200 V、50 Hz～10 kHz付近の誘電率評価を行いたい。

構成例：

• 計測器：E4980A EDMS
• 電圧アンプ：A800
• インターフェース：不使用
• サンプルホルダ：SH2-Z

想定できる測定レンジ（要点）：

• 直流電圧範囲：±400 V
• 交流電圧範囲：±400 V
• 周波数範囲：20 Hz ～ 100 kHz
• 静電容量レンジ：約100 pF ～ 1 nF

ケース II

目的： 厚み100 µm、比誘電率約1000のサンプルについて、 DC 1000 V、AC 100 V、 50 Hz～100 kHz付近の誘電率評価を行いたい。

構成例：

• 計測器：MIA-5M
• DCアンプ：BOP-1000DM
• ACアンプ：A800
• インターフェース：6792
• サンプルホルダ：SH2-Z（高耐圧オプション）

4. 注意点

高電圧下での誘電率測定では、回路構成、測定器・アンプの実効帯域、 インターフェースによる影響、安全対策を含めた総合的な設計が重要です。 特に誤ショート時の過電圧印加を防止するため、 適切な保護回路やインターロック機構の導入が不可欠です。

5. まとめ

本稿では、高電圧下での誘電率測定における装置構成の考え方と、 具体的なシステム例を紹介しました。 DC/AC分離印加、周波数特性、耐電圧、安全性を考慮した構成設計により、 実動作条件に即した信頼性の高い評価が可能になります。

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