C-V测量的三种测量技术
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发布时间：2022-04-28 13:34
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时间：2023-10-10 16:55
半导体C-V测试目前可以采用三种不同的电容测量技术：常用的交流阻抗电容计、准静态电容测量以及射频技术（采用矢量网络分析仪和射频探测器）。接下来我们简要介绍一下每种技术。
1、交流阻抗电容计及参数的测量方法
交流阻抗表[4]，也称为LCR表[5]（电感[L]、电容[C]、电阻[R]），利用一个自动平衡电桥保持电容的检测端交流假接地，从而测量复阻抗。这类电表通常的频率范围为1kHz到10MHz。
交流电源、交流伏特计、交流安培计
图1.交流阻抗表
这类电表（如图1所示）工作原理相对简单。它通过在高电流输出端（HCUR）施加一个交流电压来测量交流阻抗[6]。通过低电流端（LCUR）测量流过器件的电流，通过高低电位端（HPOT和LPOT）测量器件上的电压降。电压和电流的测量采用了能够精确判断二者之间相位角的锁相方式[7]。通过测量幅值和相位角，就可以计算出任意所需的交流阻抗参数。
Z、θ ——阻抗与相位角
R+jX ——电阻与电抗
Cp-Gp ——并联电容和电导
Cs-Rs ——串联电容和电阻
Cp-D ——并联电容和耗散因子
Cs-D ——串联电容和耗散因子
R+jX ——电阻与电抗
Cp-Gp ——并联电容和电导
Cs-Rs ——串联电容和电阻
Cp-D ——并联电容和耗散因子
Cs-D ——串联电容和耗散因子
图2. 基本的交流阻抗参数
要得到基本交流阻抗参数就必须测量阻抗的幅值，在图2中表示为“Z”。还需要测量电流和电压之间的相位角，表示为θ。因此，在极坐标方式下，这一阻抗就是相角为θ的Z。但我们还可以从数学上将其转化为直角坐标的形式，即表示为R+jX。其中R是实数部分，即同相阻抗矢量，jX是虚数部分，即相位阻抗矢量偏转90°，它也是电容矢量。我们甚至可以从数学上将极坐标和直角坐标形式转化为实际的电容和电阻值。
有两种常用的交流阻抗模型：并联模型和串联模型。在并联模型中，结果表示为并联电容（Cp）和并联电导（Gp）。在串联模型中，结果表示为串联电容（Cs）和串联电阻（Rs）。耗散因子（D），即实阻抗与虚阻抗的比值，是从数学上推导出的另外一个常用参数。当测量晶圆上的电容时，我们通常要看耗散因子，因为它是判断最终C-V测量质量的最佳指标。无论采用哪种交流阻抗模型，耗散因子都很容易计算出来。
2、基于数字源表的准静态电容测量
在准静态电容测量[8]中，我们通过测量电流和电荷来计算电容值。这种“斜率”方法使用简单，但是它的频率范围有限（1 ～10Hz），因而只能用于一些特殊情况下。
图3. 准静态C-V“斜率”测量方法
斜率测量方法只需要使用两台数字源表（SMU）[9]。通过第一台SMU将一个恒定电流加载到待测器件（DUT）的一个节点上。这台SMU还负责测量该节点上的电压和时间。同时，第二台SMU测量DUT另一个节点输出的电流。然后可以利用下列公式计算出电容：
I = C dV/dt or C = I / (dV/dt)
这种方法通常可用于测量大小为100～400pF斜率为0.1～1V/S的电容。
3、利用射频技术[10]测量电容
传输线的电容测量通常采用射频技术。其中利用矢量网络分析仪测量散射参数（S参数），即入射波的反射和传输系数。
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时间：2023-10-10 16:55
半导体C-V测试目前可以采用三种不同的电容测量技术：常用的交流阻抗电容计、准静态电容测量以及射频技术（采用矢量网络分析仪和射频探测器）。接下来我们简要介绍一下每种技术。
1、交流阻抗电容计及参数的测量方法
交流阻抗表[4]，也称为LCR表[5]（电感[L]、电容[C]、电阻[R]），利用一个自动平衡电桥保持电容的检测端交流假接地，从而测量复阻抗。这类电表通常的频率范围为1kHz到10MHz。
交流电源、交流伏特计、交流安培计
图1.交流阻抗表
这类电表（如图1所示）工作原理相对简单。它通过在高电流输出端（HCUR）施加一个交流电压来测量交流阻抗[6]。通过低电流端（LCUR）测量流过器件的电流，通过高低电位端（HPOT和LPOT）测量器件上的电压降。电压和电流的测量采用了能够精确判断二者之间相位角的锁相方式[7]。通过测量幅值和相位角，就可以计算出任意所需的交流阻抗参数。
Z、θ ——阻抗与相位角
R+jX ——电阻与电抗
Cp-Gp ——并联电容和电导
Cs-Rs ——串联电容和电阻
Cp-D ——并联电容和耗散因子
Cs-D ——串联电容和耗散因子
R+jX ——电阻与电抗
Cp-Gp ——并联电容和电导
Cs-Rs ——串联电容和电阻
Cp-D ——并联电容和耗散因子
Cs-D ——串联电容和耗散因子
图2. 基本的交流阻抗参数
要得到基本交流阻抗参数就必须测量阻抗的幅值，在图2中表示为“Z”。还需要测量电流和电压之间的相位角，表示为θ。因此，在极坐标方式下，这一阻抗就是相角为θ的Z。但我们还可以从数学上将其转化为直角坐标的形式，即表示为R+jX。其中R是实数部分，即同相阻抗矢量，jX是虚数部分，即相位阻抗矢量偏转90°，它也是电容矢量。我们甚至可以从数学上将极坐标和直角坐标形式转化为实际的电容和电阻值。
有两种常用的交流阻抗模型：并联模型和串联模型。在并联模型中，结果表示为并联电容（Cp）和并联电导（Gp）。在串联模型中，结果表示为串联电容（Cs）和串联电阻（Rs）。耗散因子（D），即实阻抗与虚阻抗的比值，是从数学上推导出的另外一个常用参数。当测量晶圆上的电容时，我们通常要看耗散因子，因为它是判断最终C-V测量质量的最佳指标。无论采用哪种交流阻抗模型，耗散因子都很容易计算出来。
2、基于数字源表的准静态电容测量
在准静态电容测量[8]中，我们通过测量电流和电荷来计算电容值。这种“斜率”方法使用简单，但是它的频率范围有限（1 ～10Hz），因而只能用于一些特殊情况下。
图3. 准静态C-V“斜率”测量方法
斜率测量方法只需要使用两台数字源表（SMU）[9]。通过第一台SMU将一个恒定电流加载到待测器件（DUT）的一个节点上。这台SMU还负责测量该节点上的电压和时间。同时，第二台SMU测量DUT另一个节点输出的电流。然后可以利用下列公式计算出电容：
I = C dV/dt or C = I / (dV/dt)
这种方法通常可用于测量大小为100～400pF斜率为0.1～1V/S的电容。
3、利用射频技术[10]测量电容
传输线的电容测量通常采用射频技术。其中利用矢量网络分析仪测量散射参数（S参数），即入射波的反射和传输系数。
