半導體C-V測量基礎

　　克服這些挑戰需要仔細注意所用的技術(shù)以及合適的硬件和軟件。

　　低電容測量。 如果C較小，那么DUT的交流響應電流就較低，難以測量。但是，在較高的頻率下，DUT阻抗將減小，從而電流會(huì )增大，比較容易測量。半導體電容通常非常低(低于1pF)，低于很多LCR表的測量范圍。即使那些聲稱(chēng)能夠測量這些小電容值的測試儀可能也會(huì )由于說(shuō)明書(shū)晦澀難懂而很難判斷最終的測量精度。如果無(wú)法明確給出測試儀整個(gè)量程的精度，那么用戶(hù)需要因此而咨詢(xún)制造商。

　　高D(漏)電容。半導體電容除了C值較低之外，還具有泄漏的特點(diǎn)。當與電容并聯(lián)的等價(jià)電阻太低時(shí)就會(huì )出現這種情況。這會(huì )導致電阻性阻抗超過(guò)電容性阻抗，C值被噪聲所淹沒(méi)。對于具有超薄柵氧層的器件，D的值可能大于5。一般而言，隨著(zhù)D的增大，電容測量的精度迅速下降，因此高D是實(shí)際使用電容計的一個(gè)限制因素。同樣，較高的頻率有助于解決這一問(wèn)題。在較高的頻率下，電容性阻抗較低，使得電容電流較高，更容易進(jìn)行測量。

　　C-V測量的互連。大多數測試環(huán)境下，DUT都是圓片上的一個(gè)測試結構：它通過(guò)探測器、探針卡適配器和開(kāi)關(guān)矩陣連接C-V測試儀。即使沒(méi)有開(kāi)關(guān)，仍然也會(huì )使用探測器和大量的連線(xiàn)。在較高的頻率下，必須采用特殊的校正和補償技術(shù)。通常情況下，這是通過(guò)組合使用開(kāi)路、短路或者校準器件來(lái)實(shí)現的。由于硬件、布線(xiàn)和補償技術(shù)非常復雜，因此經(jīng)常與C-V測試應用工程師進(jìn)行交流是一個(gè)好的辦法。他們擅長(cháng)使用各種探測系統，克服各種互連問(wèn)題。

　　獲取有用的數據。除了上述的精度問(wèn)題，C-V數據采集中實(shí)際需要考慮的因素包括測試變量的儀器量程，參數提取軟件的多功能性和硬件的易用性。一般而言，C-V測試已僅限于約30V和10mA直流偏壓。但是，很多應用，例如LD MOS結構的特征分析、低k夾層電介質(zhì)、MEMS器件、有機TFT顯示器和光電二極管，需要在較高的電壓或電流下進(jìn)行測試。對于這些應用，需要單獨的高壓直流電源和電容計;高達400V的差分直流偏壓(0到±400V)和高達300mA的電流輸出是非常有用的。在C-V測試儀的HI和LO端加載差分直流偏壓能夠更靈活地控制DUT內的電場(chǎng)，這對于新型器件的研究和建模是非常有用的，例如納米級元件。

　　儀用軟件應該包括無(wú)需用戶(hù)編程可直接使用的測試例程。這些應該適用于大多數廣泛使用的器件工藝和測試技術(shù)，即本文前三段中提及的有關(guān)內容。有些研究者可能會(huì )對一些不常見(jiàn)的測試感興趣，例如對MIM(金屬-絕緣體-金屬)型電容進(jìn)行C-V和C-f掃描，測量圓片上的互連小電容，或者對雙端納米器件進(jìn)行C-V掃描。利用自動(dòng)繪圖功能能夠方便的實(shí)現參數提取(例如，如圖5所示)。