使用4200A-SCS參數(shù)分析儀進行最佳電容和AC阻抗測量各種各樣的應(yīng)用通常要在許多類型的器件上執(zhí)行電容-電壓(C-V)和AC阻抗測量。例如，C-V測量用來確定以下器件參數(shù)：MOSCAPs的柵極氧化物電容、MOSFET輸入和輸出電容、太陽能電池的內(nèi)置電位、二極管的多數(shù)載流子濃度、BJT端子間的電容、MIS電容器的氧化物厚度、摻雜密度和門限電壓。C-V測量4215-CVU和4210-CVU都是適用于4200A-SCS參數(shù)分析儀的多頻(1kHz~10MHz)AC阻抗測量模塊(參見圖1)，讓用戶能夠輕松進行C-V測量。這兩種CVU之間的差異在于測試頻率數(shù)量和AC驅(qū)動電壓。4215-CVU擁有10,000個不同頻率，分辨率為1kHz；4210-CVU擁有37個不同頻率。4215-CVU的AC驅(qū)動電壓范圍是10mV~1Vrms，4210-CVU的AC驅(qū)動電壓范圍是10mV~100mVrms。圖1.4200A-SCS參數(shù)分析儀CVUs采用獨特的電路設(shè)計，通過Clarius軟件控制，支持多種特性和診斷工具，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確度達到最高。CVU擁有多種內(nèi)置工具，如實時測量模式、開路、短路補償、參數(shù)提取生成器、濾波、定時控制，并能夠在軟件中切換AC電流表端子。除外，它還采用適當(dāng)?shù)木€纜和C-V測量技術(shù)，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(yīng)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0VAC，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(jīng)過測試電路中的任何并聯(lián)電容。根據(jù)測試設(shè)置，包括頻率、AC驅(qū)動電壓和電流范圍，CVU可以測量皮法級到毫法級電容。用戶指定的測試范圍取決于被測器件和導(dǎo)出的參數(shù)。測試頻率范圍為1kHz~10MHz。DC偏置功能是±30V(60V差分)。測量模型和參數(shù)DUT測量的典型模型通常是一條串聯(lián)或并聯(lián)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(lián)配置(RSCS)測量DUT，也可以作為并聯(lián)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(shù)：阻抗和相位角(Z,Theta)，電阻和電抗(R+jX)，并聯(lián)電容和電導(dǎo)(CP-GP)，串聯(lián)電容和電阻(CS-RS)，并聯(lián)電容和雜散因子(CP-D)，串聯(lián)電容和雜散因子(CS-D)，導(dǎo)納和相位角(Y,theta)。圖4.阻抗的矢量圖通過使用Clarius內(nèi)置的Formulator工具，還可以從測得的數(shù)據(jù)中簡便地提取其他參數(shù)，如電感。圖4中的阻抗矢量圖顯示了阻抗的基礎(chǔ)公式。如圖5所示，C-V測量系統(tǒng)可能會相當(dāng)復(fù)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(yōu)測量，必需相應(yīng)設(shè)置CVU的測試設(shè)置和定時參數(shù)。必須使用適當(dāng)?shù)木€纜、探頭和測試夾具，然后必須執(zhí)行連接補償。最后，器件本身可能會導(dǎo)致測量問題。接下來將討論進行良好的電容測量需要考慮的硬件和軟件。圖5.C-V測量系統(tǒng)適當(dāng)?shù)木€纜為獲得最好的測量結(jié)果，應(yīng)只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-447ASMA到SMA1.5米電纜(紅色)、4條CS-1247SMA到BNC轉(zhuǎn)接頭、2條CS-701ABNCT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-1247SMA到BNC轉(zhuǎn)接頭連接到每條CA-447ASMA到SMA電纜。HCUR和HPOT端子通過CS-701ABNCT形裝置連接，構(gòu)成CVH；LCUR和LPOT連接在一起，構(gòu)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100Ω。并聯(lián)的兩條100Ω電纜是50Ω，這是高頻源測量應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置。圖7.從CVU正確連接到DUT圖7是DUT4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。四條同軸電纜每條電纜的外部屏蔽層必須盡可能近地連接到器件上，以使屏蔽層的環(huán)路面積達到最小。同軸電纜的外部屏蔽層還應(yīng)連接到金屬測試夾具上，以降低來自外部源的噪聲和耦合。這降低了電感，有助于降低諧振效應(yīng)，這種效應(yīng)在1MHz以上的頻率時可能會帶來負擔(dān)。圖8.連接兩個控制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系列4210-MMPC多測量電纜套件，適用于各種探頭，可以實現(xiàn)各種控制裝置的常用連接。使用4200A-CVIV多通道開關(guān)保護器件端子可以使用選配的4200A-CVIV多通道開關(guān)，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，并把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(guān)圖10顯示了把CVU的CVHI端子、CVLO端子和CVGuard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，CVGuard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(fā)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(guān)ChannelConfig設(shè)置。圖11.在BJT上進行基極發(fā)射器電容測量時的cviv-configure設(shè)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(nèi)置測量工具、正確的線纜和連接及相應(yīng)的測量技術(shù)，可以輕松實現(xiàn)良好的電容測量。CVU提供了許多內(nèi)置工具，包括補償、定時參數(shù)和置信度檢查。泰克公司的Keithley4200A是