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作者：泰克科技 各種各樣的應用通常要在許多類(lèi)型的器件上執行電容-電壓(C-V)和AC阻抗測量。例如，C-V測量用來(lái)確定以下器件參數：MOSCAPs的柵極氧化物電容、MOSFET輸入和輸出電容、太陽(yáng)能電池的內置電位、二極管的多數載流子濃度、BJT端子間的電容、MIS電容器的氧化物厚度、摻雜密度和門(mén)限電壓。 C-V測量 4215-CVU和4210-CVU都是適用于4200A-SCS參數分析儀的多頻(1 kHz ~ 10 MHz) AC阻抗測量模塊(參見(jiàn)圖1)，讓用戶(hù)能夠輕松進(jìn)行C-V測量。這兩種CVU之間的差異在于測試頻率數量和AC驅動(dòng)電壓。4215-CVU擁有10,000個(gè)不同頻率，分辨率為1 kHz；4210-CVU擁有37個(gè)不同頻率。4215-CVU的AC驅動(dòng)電壓范圍是10 mV ~ 1 V rms，4210-CVU的AC驅動(dòng)電壓范圍是10 mV ~ 100 mV rms。 
圖1. 4200A-SCS參數分析儀。 CVUs采用獨特的電路設計，通過(guò)Clarius軟件控制，支持多種特性和診斷工具，確保測量結果的準確度達到最高。CVU擁有多種內置工具，如實(shí)時(shí)測量模式、開(kāi)路、短路補償、參數提取生成器、濾波、定時(shí)控制，并能夠在軟件中切換AC電流表端子。除外，它還采用適當的線(xiàn)纜和C-V測量技術(shù)，用戶(hù)可以進(jìn)行高度靈敏的電容測量。 CVU測量概述 圖2是簡(jiǎn)化的4210-CVU和4215-CVU模型。器件的電容通過(guò)提供AC電壓，測量AC電流和相位來(lái)確定，同時(shí)在器件中應用或掃描DC電壓。
圖2. 簡(jiǎn)化的CVU圖 時(shí)域AC值被處理到頻域中，生成相量形式的阻抗。CVU使用自動(dòng)平衡電橋(ABB) 方法測量電容。ABB用來(lái)抵消DUT 一個(gè)端子( 如果AC電流表在LCUR上則為L(cháng)POT) 上已知頻率的AC信號，以警戒雜散阻抗。這個(gè)AC接地會(huì )把CVU的LPOT保持在0 VAC，這樣測試電路中的所有AC電流都會(huì )流到AC電流表，而不會(huì )經(jīng)過(guò)測試電路中的任何并聯(lián)電容。 根據測試設置，包括頻率、AC驅動(dòng)電壓和電流范圍，CVU可以測量皮法級到毫法級電容。用戶(hù)指定的測試范圍取決于被測器件和導出的參數。測試頻率范圍為 1kHz~10MHz。DC 偏置功能是 ±30V(60V差分 )。 測量模型和參數 DUT測量的典型模型通常是一條串聯(lián)或并聯(lián)電阻電容(RC) 電路。如圖3中簡(jiǎn)化的模型所示，CVU既可以作為串聯(lián)配置(RSCS) 測量DUT，也可以作為并聯(lián)配置(RPCP) 測量DUT。
圖3. 簡(jiǎn)化的測量模型 CVU可以測量和顯示以下參數：阻抗和相位角(Z,Theta)，電阻和電抗 (R+jX)，并聯(lián)電容和電導(CP-GP)，串聯(lián)電容和電阻(CS-RS)，并聯(lián)電容和雜散因子 (CP-D)，串聯(lián)電容和雜散因子(CS-D)，導納和相位角(Y,theta)。
圖4. 阻抗的矢量圖 通過(guò)使用Clarius內置的Formulator工具，還可以從測得的數據中簡(jiǎn)便地提取其他參數，如電感。圖4中的阻抗矢量圖顯示了阻抗的基礎公式。 如圖5所示，C-V測量系統可能會(huì )相當復雜，因為配置中包括測量?jì)x器和軟件、信號路徑線(xiàn)藍、測試夾具和器件。為進(jìn)行最優(yōu)測量，必需相應設置CVU的測試設置和定時(shí)參數。必須使用適當的線(xiàn)纜、探頭和測試夾具，然后必須執行連接補償。最后，器件本身可能會(huì )導致測量問(wèn)題。接下來(lái)將討論進(jìn)行良好的電容測量需要考慮的硬件和軟件。
圖5. C-V測量系統 適當的線(xiàn)纜 為獲得最好的測量結果，應只使用隨機自帶的紅色SMA電纜連接到CVU。隨機自帶的附件如下：4條CA-447A SMA到SMA 1.5米電纜(紅色)、4條CS-1247 SMA到BNC轉接頭、2條CS-701A BNC T形裝置、1個(gè)扭矩扳手（用來(lái)緊固SMA電纜連接）。
圖6. 2線(xiàn)傳感的CVU連接圖 隨機自帶的附件可以通過(guò)BNC或SMA連接，來(lái)連接測試夾具或探頭。圖6顯示了CVU以及為2線(xiàn)傳感配置的隨機自帶的附件。CS-1247 SMA到BNC轉接頭連接到每條CA-447A SMA到SMA電纜。HCUR和HPOT端子通過(guò)CS-701A BNC T形裝置連接，構成CVH；LCUR和LPOT連接在一起，構成CVL。使用隨機自帶的扭矩扳手，緊固SMA電纜連接，確保接觸良好。紅色SMA電纜為100 Ω。并聯(lián)的兩條100 Ω電纜是50 Ω，這是高頻源測量應用的標準配置。
圖7. 從CVU正確連接到DUT 圖7是DUT 4線(xiàn)傳感實(shí)例。在本例中，HCUR和HPOT端子連接到器件的一端，LPOT和LCUR端子連接到器件的另一端。為了改善帶寬，我們把同軸電纜的外部屏蔽層連接到金屬測試夾具上。我們使用到器件的4線(xiàn)連接，通過(guò)盡可能靠近器件傳感電壓，來(lái)簡(jiǎn)化靈敏的測量。 四條同軸電纜每條電纜的外部屏蔽層必須盡可能近地連接到器件上，以使屏蔽層的環(huán)路面積達到最小。同軸電纜的外部屏蔽層還應連接到金屬測試夾具上，以降低來(lái)自外部源的噪聲和耦合。這降低了電感，有助于降低諧振效應，這種效應在1MHz以上的頻率時(shí)可能會(huì )帶來(lái)負擔。
圖8. 連接兩個(gè)控制裝置公共部分的接地跳線(xiàn) 圖8是連接兩個(gè)探頭電纜組件公共部分的跳線(xiàn)。吉時(shí)利儀器公司擁有一系列4210-MMPC多測量電纜套件，適用于各種探頭，可以實(shí)現各種控制裝置的常用連接。 使用4200A-CVIV多通道開(kāi)關(guān)保護器件端子 可以使用選配的4200A-CVIV多通道開(kāi)關(guān)，自動(dòng)進(jìn)行有保護的C-V測量，如圖9所示。通過(guò)CVIV，用戶(hù)可以自動(dòng)在器件的I-V(SMU)測量和C-V (CVU)測量之間切換，并把C-V保護裝置連接到DUT的任意端子上。
圖9. 4200A-CVIV多通道開(kāi)關(guān)。 圖10顯示了把CVU的CVHI端子、CVLO端子和CV Guard端子通過(guò)4200A-CVIV的輸出連接到BJT的三個(gè)端子上。在這個(gè)實(shí)例中，CV Guard通過(guò)4200A-CVIV的通道3切換到BJT的集電極端子上，這樣就可以測量CVHI和CVLO之間的基極發(fā)射器電容。
圖10. 從4200A-CVIV連接到BJT，進(jìn)行有保護的測量。 Clarius軟件允許用戶(hù)自動(dòng)改變4200A-CVIV的輸出，從而可以保護器件的任意端子。圖11顯示了Clarius中的CVIV多通道開(kāi)關(guān)Channel Config設置。
圖11. 在BJT上進(jìn)行基極發(fā)射器電容測量時(shí)的cviv-configure設置。 表1 提供了各種測量問(wèn)題的排障方式，供參考。 表1. C-V 測量排障表
通過(guò)使用CVU 內置測量工具、正確的線(xiàn)纜和連接及相應的測量技術(shù)，可以輕松實(shí)現良好的電容測量。CVU提供了許多內置工具，包括補償、定時(shí)參數和置信度檢查。 泰克公司的Keithley 4200A是一臺集成化的多功能的電學(xué)測試系統。常用于微電子、物理、化學(xué)，甚至生物等學(xué)科的電學(xué)測試�？梢詼y試的參數曲線(xiàn)包括直流IV（I-t/V-t）/CV/pulse IV及基于這些曲線(xiàn)的其他特性參數的測試。泰克7月3日14：30 -15：45直播課堂“半導體參數測試儀使用技巧及案例集錦”，歡迎掃碼聽(tīng)課。 |
