[導讀]
基本測試配置
圖3給出了一種基本的C-V測量配置框圖。由于C-V測量實際上是在交流頻率下進行的，因此待測器件（DUT）的電容可以根據(jù)下列公式計算得到：
CDUT = IDUT / 2πfVac，其中
IDUT是通過D
基本測試配置
圖3給出了一種基本的C-V測量配置框圖。由于C-V測量實際上是在交流頻率下進行的，因此待測器件（DUT）的電容可以根據(jù)下列公式計算得到：
CDUT = IDUT / 2πfVac，其中
IDUT是通過DUT的交流電流幅值，
f是測試頻率，
Vac是測得的交流電壓的幅值和相位角。
換句話說，該測試是通過施加一個交流電壓，測量電容兩極之間的交流電流、電流電壓和阻抗相位角，從而測得DUT的交流阻抗。
圖3.C-V測量的基本測試配置
這些測量考慮了與電容串聯(lián)和并聯(lián)的電阻，以及損耗因數(shù)（泄漏）。圖4給出了可以從這些測量中得到的主要電路變量。
Z，θ：阻抗與相位角
R+jX：電阻與電抗
Cp-Gp：并聯(lián)電容與電導
Cs-Rs：串聯(lián)電容與電阻
其中：Z=阻抗
D=損耗因數(shù)
θ=相位角
R=電阻
X=電抗
G=電導
圖4.C-V測量得到的主要電氣變量
成功C-V測量的挑戰(zhàn)C-V測試配置的框圖（圖3）看起來似乎十分簡單。但是，這種測試還存在著一定的挑戰(zhàn)。一般而言，測試人員會在下列幾個方面出現(xiàn)問題：
>低電容測量（皮法級和更小的電容值）
>C-V測量儀器與圓片器件的連接（通過探針）
>漏電容（高D）的測量
>使用硬件和軟件采集數(shù)據(jù)
>參數(shù)提取
應對這些挑戰(zhàn)需要特別注意與適當?shù)挠布蛙浖黄鹗褂玫募夹g。
低電容測量。如果C較小，那么DUT的交流響應電流就較小并且很難測量。然而，在教高的頻率下，DUT的阻抗就會降低，從而電流增大并更容易測量。半導體電容通常很低（小于1pF），低于很多LCR表的測量能力。即使那些聲稱能夠測量這些小電容值的LCR表可能由于說明書模糊不清，也很難讓人確定其最終的測量精度。如果沒有明確說明處于儀器全量程之內(nèi)的測量精度，那么用戶就需要與制造商澄清這一問題。
高D（泄漏）電容。除了具有較低的C值之外，半導體電容可能還會產(chǎn)生泄漏。當?shù)刃У腞與C并聯(lián)值太低的時候就會出現(xiàn)這種情況。這會導致電阻性阻抗壓倒電容性阻抗，C的大小被淹沒在噪聲中。對于采用超薄柵氧層的器件，D的大小可能會大于5。一般而言，隨著D的增大，C的測量精度會迅速降低，因此高D值是C表在實際使用時的一個限制因素。此外，提高頻率有助于解決這一問題。在較高的頻率下，電容性阻抗較低，產(chǎn)生的C電流較大，比較容易測量。
C-V測量連接。在大多數(shù)測試環(huán)境中，DUT都是位于圓片上的某一測試結構：它通過探針、探針卡適配器和開關矩陣與C-V測量儀器相連接。即使不使用開關矩陣，也會用到探針和大量的連接線。在高頻情況下，必須采用特殊校正和補償技術。一般而言，這可以結合開路、短路或校正設備來實現(xiàn)。由于硬件結構、連線和補償技術非常復雜，因此，實際測試之前最好與C-V測試應用工程師充分協(xié)商。他們使用過各種探測系統(tǒng)，對于解決各類互聯(lián)問題富有經(jīng)驗。
獲取有效數(shù)據(jù)。除了之前提到的精度問題之外，在采集C-V測量數(shù)據(jù)時實際需要考慮到問題還包括儀器測試參數(shù)的量程、參數(shù)提取軟件的通用性以及硬件使用的方便性。一般的，C-V測試僅限于直流偏壓30V和10mA左右。但是，很多應用，例如對LDMOS結構、低?夾層電介質、MEM器件、有機TFT顯示器和光電二極管進行特征分析，就需要測試更高的電壓或電流。對于這類應用，需要單獨的高壓直流電源和C表；高達400V的分直流偏壓和300mA的輸出電流是非常有用的。如果能夠將差分直流偏壓加載到C-V測試儀的HI端和LO端，則能夠更靈活地控制DUT內(nèi)的電場，這對于新型器件（例如納米級元件）的研究和建模是非常有幫助的。
儀用軟件應該能夠直接運行測試例程，無需用戶編程。這類軟件應該適用于應用最廣泛的器件技術和測試規(guī)程，正如本文前三段所提到的那樣。有些研究人員可能還對一些不常見的測試感興趣，例如對MIM（金屬-絕緣層-金屬）電容進行C-V和C-f掃描，測量圓片上的小互連電容，或者對雙端納米器件進行C-V掃描等。帶自動繪圖功能的參數(shù)提取工具應該容易獲得。（如圖5所示。）
圖5.吉時利4200-SCS的參數(shù)提取實例給出了半導體的摻雜特征（左圖中的藍線），它與1/C2與Vg的關系曲線（紅線）呈反相關系。右圖給出了摻雜分布情況，即每立方厘米的載流子數(shù)量與襯底深度的函數(shù)關系。
通常，工程技術人員和研究人員都希望在測試儀器上不需要太多經(jīng)驗和培訓就能夠進行C-V測量，這就要求測試系統(tǒng)具有直觀的用戶界面和簡單易用的特征。其中包括簡單的測試配置、序列控制和數(shù)據(jù)分析。否則，用戶在學習掌握系統(tǒng)上所花的時間就會超過采集和使用數(shù)據(jù)的時間。選擇測試系統(tǒng)還應該考慮下列因素：
>緊密集成的源測量單元、數(shù)字示波器和C-V表；
>容易集成其他的外部儀器；
>探針尖具有高分辨率和精確測量能力（直流偏壓低至毫伏，電容測量低至飛法）；
>測試配置和庫容易修改；
>能夠幫助用戶檢查系統(tǒng)是否能夠正常運行的診斷/故障排除工具。
圖3給出了一種基本的C-V測量配置框圖。由于C-V測量實際上是在交流頻率下進行的，因此待測器件（DUT）的電容可以根據(jù)下列公式計算得到：
CDUT = IDUT / 2πfVac，其中
IDUT是通過DUT的交流電流幅值，
f是測試頻率，
Vac是測得的交流電壓的幅值和相位角。
換句話說，該測試是通過施加一個交流電壓，測量電容兩極之間的交流電流、電流電壓和阻抗相位角，從而測得DUT的交流阻抗。
圖3.C-V測量的基本測試配置
這些測量考慮了與電容串聯(lián)和并聯(lián)的電阻，以及損耗因數(shù)（泄漏）。圖4給出了可以從這些測量中得到的主要電路變量。
Z，θ：阻抗與相位角
R+jX：電阻與電抗
Cp-Gp：并聯(lián)電容與電導
Cs-Rs：串聯(lián)電容與電阻
其中：Z=阻抗
D=損耗因數(shù)
θ=相位角
R=電阻
X=電抗
G=電導
圖4.C-V測量得到的主要電氣變量
成功C-V測量的挑戰(zhàn)C-V測試配置的框圖（圖3）看起來似乎十分簡單。但是，這種測試還存在著一定的挑戰(zhàn)。一般而言，測試人員會在下列幾個方面出現(xiàn)問題：
>低電容測量（皮法級和更小的電容值）
>C-V測量儀器與圓片器件的連接（通過探針）
>漏電容（高D）的測量
>使用硬件和軟件采集數(shù)據(jù)
>參數(shù)提取
應對這些挑戰(zhàn)需要特別注意與適當?shù)挠布蛙浖黄鹗褂玫募夹g。
低電容測量。如果C較小，那么DUT的交流響應電流就較小并且很難測量。然而，在教高的頻率下，DUT的阻抗就會降低，從而電流增大并更容易測量。半導體電容通常很低（小于1pF），低于很多LCR表的測量能力。即使那些聲稱能夠測量這些小電容值的LCR表可能由于說明書模糊不清，也很難讓人確定其最終的測量精度。如果沒有明確說明處于儀器全量程之內(nèi)的測量精度，那么用戶就需要與制造商澄清這一問題。
高D（泄漏）電容。除了具有較低的C值之外，半導體電容可能還會產(chǎn)生泄漏。當?shù)刃У腞與C并聯(lián)值太低的時候就會出現(xiàn)這種情況。這會導致電阻性阻抗壓倒電容性阻抗，C的大小被淹沒在噪聲中。對于采用超薄柵氧層的器件，D的大小可能會大于5。一般而言，隨著D的增大，C的測量精度會迅速降低，因此高D值是C表在實際使用時的一個限制因素。此外，提高頻率有助于解決這一問題。在較高的頻率下，電容性阻抗較低，產(chǎn)生的C電流較大，比較容易測量。
C-V測量連接。在大多數(shù)測試環(huán)境中，DUT都是位于圓片上的某一測試結構：它通過探針、探針卡適配器和開關矩陣與C-V測量儀器相連接。即使不使用開關矩陣，也會用到探針和大量的連接線。在高頻情況下，必須采用特殊校正和補償技術。一般而言，這可以結合開路、短路或校正設備來實現(xiàn)。由于硬件結構、連線和補償技術非常復雜，因此，實際測試之前最好與C-V測試應用工程師充分協(xié)商。他們使用過各種探測系統(tǒng)，對于解決各類互聯(lián)問題富有經(jīng)驗。
獲取有效數(shù)據(jù)。除了之前提到的精度問題之外，在采集C-V測量數(shù)據(jù)時實際需要考慮到問題還包括儀器測試參數(shù)的量程、參數(shù)提取軟件的通用性以及硬件使用的方便性。一般的，C-V測試僅限于直流偏壓30V和10mA左右。但是，很多應用，例如對LDMOS結構、低?夾層電介質、MEM器件、有機TFT顯示器和光電二極管進行特征分析，就需要測試更高的電壓或電流。對于這類應用，需要單獨的高壓直流電源和C表；高達400V的分直流偏壓和300mA的輸出電流是非常有用的。如果能夠將差分直流偏壓加載到C-V測試儀的HI端和LO端，則能夠更靈活地控制DUT內(nèi)的電場，這對于新型器件（例如納米級元件）的研究和建模是非常有幫助的。
儀用軟件應該能夠直接運行測試例程，無需用戶編程。這類軟件應該適用于應用最廣泛的器件技術和測試規(guī)程，正如本文前三段所提到的那樣。有些研究人員可能還對一些不常見的測試感興趣，例如對MIM（金屬-絕緣層-金屬）電容進行C-V和C-f掃描，測量圓片上的小互連電容，或者對雙端納米器件進行C-V掃描等。帶自動繪圖功能的參數(shù)提取工具應該容易獲得。（如圖5所示。）
圖5.吉時利4200-SCS的參數(shù)提取實例給出了半導體的摻雜特征（左圖中的藍線），它與1/C2與Vg的關系曲線（紅線）呈反相關系。右圖給出了摻雜分布情況，即每立方厘米的載流子數(shù)量與襯底深度的函數(shù)關系。
通常，工程技術人員和研究人員都希望在測試儀器上不需要太多經(jīng)驗和培訓就能夠進行C-V測量，這就要求測試系統(tǒng)具有直觀的用戶界面和簡單易用的特征。其中包括簡單的測試配置、序列控制和數(shù)據(jù)分析。否則，用戶在學習掌握系統(tǒng)上所花的時間就會超過采集和使用數(shù)據(jù)的時間。選擇測試系統(tǒng)還應該考慮下列因素：
>緊密集成的源測量單元、數(shù)字示波器和C-V表；
>容易集成其他的外部儀器；
>探針尖具有高分辨率和精確測量能力（直流偏壓低至毫伏，電容測量低至飛法）；
>測試配置和庫容易修改；
>能夠幫助用戶檢查系統(tǒng)是否能夠正常運行的診斷/故障排除工具。
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