半导体C-V丈量入门(2)

根本测验装备
图3给出了一种根本的C-V丈量装备框图。因为C-V丈量实践上是在沟通频率下进行的，因而待测器材（DUT）的电容可以依据下列公式核算得到：
CDUT = IDUT / 2πfVac，其间
IDUT是经过DUT的沟通电流幅值，
f是测验频率，
Vac是测得的沟通电压的幅值和相位角。
换句话说，该测验是经过施加一个沟通电压，丈量电容南北极之间的沟通电流、电流电压和阻抗相位角，然后测得DUT的沟通阻抗。

图3.C-V丈量的根本测验装备
这些丈量考虑了与电容串联和并联的电阻，以及损耗因数（走漏）。图4给出了可以从这些丈量中得到的首要电路变量。

Z，θ：阻抗与相位角
R+jX：电阻与电抗
Cp-Gp：并联电容与电导
Cs-Rs：串联电容与电阻
其间：Z=阻抗
D=损耗因数
θ=相位角
R=电阻
X=电抗
G=电导
图4.C-V丈量得到的首要电气变量
成功C-V丈量的应战C-V测验装备的框图（图3）看起来好像非常简略。可是，这种测验还存在着必定的应战。一般来说，测验人员会在下列几个方面呈现问题：
>低电容丈量（皮法级和更小的电容值）
>C-V丈量仪器与圆片器材的衔接（经过探针）
>漏电容（高D）的丈量
>运用硬件和软件收集数据
>参数提取
应对这些应战需求特别注意与恰当的硬件和软件一同运用的技能。
低电容丈量。假如C较小，那么DUT的沟通呼应电流就较小而且很难丈量。可是，在教高的频率下，DUT的阻抗就会下降，然后电流增大并更简略丈量。半导体电容一般很低（小于1pF），低于许多LCR表的丈量才能。即便那些宣称可以丈量这些小电容值的LCR表或许因为阐明书模糊不清，也很难让人确认其终究的丈量精度。假如没有清晰阐明处于仪器全量程之内的丈量精度，那么用户就需求与制造商弄清这一问题。
高D（走漏）电容。除了具有较低的C值之外，半导体电容或许还会发生走漏。当等效的R与C并联值太低的时分就会呈现这种状况。这会导致电阻性阻抗压倒电容性阻抗，C的巨细被淹没在噪声中。关于选用超薄栅氧层的器材，D的巨细或许会大于5。一般来说，跟着D的增大，C的丈量精度会敏捷下降，因而高D值是C表在实践运用时的一个约束要素。此外，进步频率有助于处理这一问题。在较高的频率下，电容性阻抗较低，发生的C电流较大，比较简略丈量。
C-V丈量衔接。在大多数测验环境中，DUT都是坐落圆片上的某一测验结构：它经过探针、探针卡适配器和开关矩阵与C-V丈量仪器相衔接。即便不运用开关矩阵，也会用到探针和许多的衔接线。在高频状况下，有必要选用特别校对和补偿技能。一般来说，这可以结合开路、短路或校对设备来完成。因为硬件结构、连线和补偿技能非常复杂，因而，实践测验之前最好与C-V测验运用工程师充沛洽谈。他们运用过各种探测体系，关于处理各类互联问题富有经历。
获取有用数据。除了之前说到的精度问题之外，在收集C-V丈量数据时实践需求考虑到问题还包含仪器测验参数的量程、参数提取软件的通用性以及硬件运用的方便性。一般的，C-V测验仅限于直流偏压30V和10mA左右。可是，许多运用，例如对LDMOS结构、低夹层电介质、MEM器材、有机TFT显示器和光电二极管进行特征剖析，就需求测验更高的电压或电流。关于这类运用，需求独自的高压直流电源和C表；高达400V的分直流偏压和300mA的输出电流对错常有用的。假如可以将差分直流偏压加载到C-V测验仪的HI端和LO端，则可以更灵敏地操控DUT内的电场，这关于新式器材（例如纳米级元件）的研讨和建模对错常有协助的。
仪用软件应该可以直接运转测验例程，无需用户编程。这类软件应该适用于运用最广泛的器材技能和测验规程，正如本文前三段所说到的那样。有些研讨人员或许还对一些不常见的测验感兴趣，例如对MIM（金属-绝缘层-金属）电容进行C-V和C-f扫描，丈量圆片上的小互连电容，或许对双端纳米器材进行C-V扫描等。带自动绘图功用的参数提取东西应该简略取得。（如图5所示。）

图5.吉时利4200-SCS的参数提取实例给出了半导体的掺杂特征（左图中的蓝线），它与1/C2与Vg的联系曲线（红线）呈反相联系。右图给出了掺杂散布状况，即每立方厘米的载流子数量与衬底深度的函数联系。
一般，工程技能人员和研讨人员都期望在测验仪器上不需求太多经历和培训就可以进行C-V丈量，这就要求测验体系具有直观的用户界面和简略易用的特征。其间包含简略的测验装备、序列操控和数据剖析。不然，用户在学习把握体系上所花的时刻就会超越收集和运用数据的时刻。挑选测验体系还应该考虑下列要素：
>严密集成的源丈量单元、数字示波器和C-V表；
>简略集成其他的外部仪器；
>探针尖具有高分辨率和准确丈量才能（直流偏压低至毫伏，%&&&&&%丈量低至飞法）；
>测验装备和库简略修正；
>可以协助用户查看体系是否可以正常运转的确诊/毛病扫除东西。