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半导体-V测量基础(2)

半导体-V测量基础(2)

点击数:7874 次   录入时间:03-04 11:54:21   整理:http://www.55dianzi.com   电工基础
因此,A和κ越大,绝缘体厚度越薄,电容值就越高。通常而言,半导体电容的大小范围从几纳法到几皮法,甚至更小。

进行C-V测量时要在电容的两极加载直流偏压同时利用一个交流信号进行测量(如图1所示)。通常情况下,这类测量使用的交流频率范围从10kHz到10MHz。所加载的偏压作为直流电压扫描驱动MOSCAP结构从累积区进入耗尽区,然后进入反型区(如图2所示)。


图2.C-V测试中获得的MOSCAP结构的直流偏压扫描

强大的直流偏压导致衬底中的多数载流子在绝缘层界面附近累积。由于它们无法穿透绝缘层,因此当电荷积累在界面附近(即d为最小值)时电容在累积区达到最大值。如图1所示。从C-V累积测量可以得到的一个基本参数就是二氧化硅的厚度tox。

当偏压降低时,多数载流子从氧化层界面被排斥开,耗尽区形成。当偏压反相时,电荷载流子远离氧化层达到最大距离,电容达到最小值(即d为最大值)。根据这时的反型区电容,可以推算出多数载流子的数量。这一基本原理同样适用于MOSFET晶体管,只是它们的物理结构和掺杂更加复杂。

在偏压扫过这三个区的过程中还可以得到多种其他参数,如图2所示。利用不同的交流信号频率可以得到其他细节信息。低频可以揭示所谓的准静态特征,而高频测试则可以表现出动态性能。这两类C-V测试通常都是需要的。

基本测试配置

图3给出了基本C-V测量配置的框图。由于C-V测量实际上是在交流频率下进行的,因此待测器件(DUT)的电容可以根据下列公式计算得到:
CDUT=IDUT/2πfVac,其中
IDUT是流过DUT的交流电流幅值,
f是测试频率,
Vac是测得的交流电压的幅值和相角。

换而言之,这种测试通过加载交流电压然后测量产生的交流电流、交流电压和它们之间的阻抗相角,最终测出DUT的交流阻抗。


交流源
交流伏特计
DUT电流
交流安培计
图3.C-V测量的基本测试配置

这些测量考虑了与电容相关的串联与并联电阻,以及耗散因子(漏流)。图4给出了这类测量可以测出的主要电路变量。



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