C-V測量

 

4215-CVU和4210-CVU都是適用於4200A-SCS參數分析儀的多頻(1 kHz ~ 10 MHz) AC阻抗測量模塊(參見圖1)
，讓用戶能夠輕鬆進行C-V測量。這兩種CVU之間的差異在於測試頻率數量和AC驅動電壓。4215-CVU擁有10,000個不同頻率
，分辨率為1 kHz；4210-CVU擁有37個不同頻率。4215-CVU的AC驅動電壓範圍是10 mV ~ 1 V rms
，4210-CVU的AC驅動電壓範圍是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Clarius軟件控製
，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
，如實時測量模式、開路、短路補償、參數提取生成器、濾波、定時控製，並能夠在軟件中切換AC電流表端子。除外
，它還采用適當的線纜和C-V測量技術，用戶可以進行高度靈敏的電容測量。

 

CVU測量概述

 

圖2是簡化的4210-CVU和4215-CVU模型。器件的電容通過提供AC電壓
，測量AC電流和相位來確定，同時在器件中應用或掃描DC電壓。

 

圖2. 簡化的CVU圖

 

時域AC值被處理到頻域中，生成相量形式的阻抗。CVU使用自動平衡電橋(ABB) 方法測量電容。ABB用來抵消DUT 一個端子( 如果AC電流表在LCUR上則為LPOT) 上已知頻率的AC信號，以警戒雜散阻抗。這個AC接地會把CVU的LPOT保持在0 VAC，這樣測試電路中的所有AC電流都會流到AC電流表，而不會經過測試電路中的任何並聯電容。

 

根據測試設置
，包括頻率、AC驅動電壓和電流範圍，CVU可以測量皮法級到毫法級電容。用戶指定的測試範圍取決於被測器件和導出的參數。測試頻率範圍為 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或並聯電阻電容(RC) 電路。如圖3中簡化的模型所示，CVU既可以作為串聯配置(RSCS) 測量DUT，也可以作為並聯配置(RPCP) 測量DUT。

 

圖3. 簡化的測量模型

 

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)

，並聯電容和電導(CP-GP)，串聯電容和電阻(CS-RS)
，並聯電容和雜散因子 (CP-D)
，串聯電容和雜散因子(CS-D)，導納和相位角(Y,theta)。

 

圖4. 阻抗的矢量圖

 

通過使用Clarius內置的Formulator工具，還可以從測得的數據中簡便地提取其他參數，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測量係統可能會相當複雜
，因為配置中包括測量儀器和軟件、信號路徑線藍、測試夾具和器件。為進行最優測量，必需相應設置CVU的測試設置和定時參數。必須使用適當的線纜、探tan頭tou和he測ce試shi夾jia具ju，然ran後hou必bi須xu執zhi行xing連lian接jie補bu償chang。最zui後hou
，器qi件jian本ben身shen可ke能neng會hui導dao致zhi測ce量liang問wen題ti。接jie下xia來lai將jiang討tao論lun進jin行xing良liang好hao的de電dian容rong測ce量liang需xu要yao考kao慮lv的de硬ying件jian和he軟ruan件jian。

 

 

圖5. C-V測量係統

 

適當的線纜

 

為獲得最好的測量結果
，應隻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個扭矩扳手（用來緊固SMA電纜連接）。

 

圖6. 2線傳感的CVU連接圖

 

隨機自帶的附件可以通過BNC或SMA連接，來連接測試夾具或探頭。圖6顯示了CVU以及為2線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。並聯的兩條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線傳感實例。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線連接，通過盡可能靠近器件傳感電壓，來簡化靈敏的測量。

 

四(si)條(tiao)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)每(mei)條(tiao)電(dian)纜(lan)的(de)外(wai)部(bu)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)必(bi)須(xu)盡(jin)可(ke)能(neng)近(jin)地(di)連(lian)接(jie)到(dao)器(qi)件(jian)上(shang)，以(yi)使(shi)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)的(de)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)達(da)到(dao)最(zui)小(xiao)。同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)的(de)外(wai)部(bu)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)還(hai)應(ying)連(lian)接(jie)到(dao)金(jin)屬(shu)測(ce)試(shi)夾(jia)具(ju)上(shang)，以(yi)降(jiang)低(di)來(lai)自(zi)外(wai)部(bu)源(yuan)的(de)噪(zao)聲(sheng)和(he)耦(ou)合(he)。這(zhe)降(jiang)低(di)了(le)電(dian)感(gan)，有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)諧(xie)振(zhen)效(xiao)應(ying)，這(zhe)種(zhong)效(xiao)應(ying)在(zai)1MHz以上的頻率時可能會帶來負擔。

 

圖8. 連接兩個控製裝置公共部分的接地跳線

 

圖8是連接兩個探頭電纜組件公共部分的跳線。吉時利儀器公司擁有一係列4210-MMPC多測量電纜套件，適用於各種探頭
，可以實現各種控製裝置的常用連接。

 

使用4200A-CVIV多通道開關保護器件端子

 

可以使用選配的4200A-CVIV多通道開關，自動進行有保護的C-V測量
，如圖9所示。通過CVIV
，用戶可以自動在器件的I-V(SMU)測量和C-V (CVU)測量之間切換，並把C-V保護裝置連接到DUT的任意端子上。

 

圖9. 4200A-CVIV多通道開關。

 

圖10顯示了把CVU的CVHI端子、CVLO端子和CV Guard端子通過4200A-CVIV的輸出連接到BJT的三個端子上。在這個實例中，CV Guard通過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之間的基極發射器電容。

 

圖10. 從4200A-CVIV連接到BJT，進行有保護的測量。

 

Clarius軟件允許用戶自動改變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多通道開關Channel Config設置。

 

 

圖11. 在BJT上進行基極發射器電容測量時的cviv-configure設置。

 

表1 提供了各種測量問題的排障方式
，供參考。

 

表1. C-V 測量排障表

 

通過使用CVU 內置測量工具、正確的線纜和連接及相應的測量技術，可以輕鬆實現良好的電容測量。CVU提供了許多內置工具，包括補償
、定時參數和置信度檢查。

 

泰克公司的Keithley 4200A是一台集成化的多功能的電學測試係統。常用於微電子
、物理
、化學，甚至生物等學科的電學測試。可以測試的參數曲線包括直流IV（I-t/V-t）/CV/pulse IV及基於這些曲線的其他特性參數的測試。

 

 

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