基本測(cè)試配置
圖3給出了一種基本的C-V測(cè)量配置框圖。由于C-V測(cè)量實(shí)際上是在交流頻率下進(jìn)行的，因此待測(cè)器件（DUT）的電容可以根據(jù)下列公式計(jì)算得到：
CDUT = IDUT / 2πfVac，其中
IDUT是通過(guò)DUT的交流電流幅值，
f是測(cè)試頻率，
Vac是測(cè)得的交流電壓的幅值和相位角。
換句話說(shuō)，該測(cè)試是通過(guò)施加一個(gè)交流電壓，測(cè)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(cè)得DUT的交流阻抗。

圖3.C-V測(cè)量的基本測(cè)試配置
這些測(cè)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(cè)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(dǎo)
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(dǎo)
圖4.C-V測(cè)量得到的主要電氣變量
成功C-V測(cè)量的挑戰(zhàn)C-V測(cè)試配置的框圖（圖3）看起來(lái)似乎十分簡(jiǎn)單。但是，這種測(cè)試還存在著一定的挑戰(zhàn)。一般而言，測(cè)試人員會(huì)在下列幾個(gè)方面出現(xiàn)問(wèn)題：
>低電容測(cè)量（皮法級(jí)和更小的電容值）
>C-V測(cè)量?jī)x器與圓片器件的連接（通過(guò)探針）
>漏電容（高D）的測(cè)量
>使用硬件和軟件采集數(shù)據(jù)
>參數(shù)提取
應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要特別注意與適當(dāng)?shù)挠布蛙浖黄鹗褂玫募夹g(shù)。
低電容測(cè)量。如果C較小，那么DUT的交流響應(yīng)電流就較小并且很難測(cè)量。然而，在教高的頻率下，DUT的阻抗就會(huì)降低，從而電流增大并更容易測(cè)量。半導(dǎo)體電容通常很低（小于1pF），低于很多LCR表的測(cè)量能力。即使那些聲稱能夠測(cè)量這些小電容值的LCR表可能由于說(shuō)明書(shū)模糊不清，也很難讓人確定其最終的測(cè)量精度。如果沒(méi)有明確說(shuō)明處于儀器全量程之內(nèi)的測(cè)量精度，那么用戶就需要與制造商澄清這一問(wèn)題。
高D（泄漏）電容。除了具有較低的C值之外，半導(dǎo)體電容可能還會(huì)產(chǎn)生泄漏。當(dāng)?shù)刃У腞與C并聯(lián)值太低的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)這種情況。這會(huì)導(dǎo)致電阻性阻抗壓倒電容性阻抗，C的大小被淹沒(méi)在噪聲中。對(duì)于采用超薄柵氧層的器件，D的大小可能會(huì)大于5。一般而言，隨著D的增大，C的測(cè)量精度會(huì)迅速降低，因此高D值是C表在實(shí)際使用時(shí)的一個(gè)限制因素。此外，提高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，產(chǎn)生的C電流較大，比較容易測(cè)量。
C-V測(cè)量連接。在大多數(shù)測(cè)試環(huán)境中，DUT都是位于圓片上的某一測(cè)試結(jié)構(gòu)：它通過(guò)探針、探針卡適配器和開(kāi)關(guān)矩陣與C-V測(cè)量?jī)x器相連接。即使不使用開(kāi)關(guān)矩陣，也會(huì)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(bǔ)償技術(shù)。一般而言，這可以結(jié)合開(kāi)路、短路或校正設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于硬件結(jié)構(gòu)、連線和補(bǔ)償技術(shù)非常復(fù)雜，因此，實(shí)際測(cè)試之前最好與C-V測(cè)試應(yīng)用工程師充分協(xié)商。他們使用過(guò)各種探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于解決各類互聯(lián)問(wèn)題富有經(jīng)驗(yàn)。
獲取有效數(shù)據(jù)。除了之前提到的精度問(wèn)題之外，在采集C-V測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)際需要考慮到問(wèn)題還包括儀器測(cè)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(cè)試僅限于直流偏壓30V和10mA左右。但是，很多應(yīng)用，例如對(duì)LDMOS結(jié)構(gòu)、低?夾層電介質(zhì)、MEM器件、有機(jī)TFT顯示器和光電二極管進(jìn)行特征分析，就需要測(cè)試更高的電壓或電流。對(duì)于這類應(yīng)用，需要單獨(dú)的高壓直流電源和C表；高達(dá)400V的分直流偏壓和300mA的輸出電流是非常有用的。如果能夠?qū)⒉罘种绷髌珘杭虞d到C-V測(cè)試儀的HI端和LO端，則能夠更靈活地控制DUT內(nèi)的電場(chǎng)，這對(duì)于新型器件（例如納米級(jí)元件）的研究和建模是非常有幫助的。
儀用軟件應(yīng)該能夠直接運(yùn)行測(cè)試?yán)?，無(wú)需用戶編程。這類軟件應(yīng)該適用于應(yīng)用最廣泛的器件技術(shù)和測(cè)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(duì)一些不常見(jiàn)的測(cè)試感興趣，例如對(duì)MIM（金屬-絕緣層-金屬）電容進(jìn)行C-V和C-f掃描，測(cè)量圓片上的小互連電容，或者對(duì)雙端納米器件進(jìn)行C-V掃描等。帶自動(dòng)繪圖功能的參數(shù)提取工具應(yīng)該容易獲得。（如圖5所示。）

圖5.吉時(shí)利4200-SCS的參數(shù)提取實(shí)例給出了半導(dǎo)體的摻雜特征（左圖中的藍(lán)線），它與1/C2與Vg的關(guān)系曲線（紅線）呈反相關(guān)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(guān)系。
通常，工程技術(shù)人員和研究人員都希望在測(cè)試儀器上不需要太多經(jīng)驗(yàn)和培訓(xùn)就能夠進(jìn)行C-V測(cè)量，這就要求測(cè)試系統(tǒng)具有直觀的用戶界面和簡(jiǎn)單易用的特征。其中包括簡(jiǎn)單的測(cè)試配置、序列控制和數(shù)據(jù)分析。否則，用戶在學(xué)習(xí)掌握系統(tǒng)上所花的時(shí)間就會(huì)超過(guò)采集和使用數(shù)據(jù)的時(shí)間。選擇測(cè)試系統(tǒng)還應(yīng)該考慮下列因素：
>緊密集成的源測(cè)量單元、數(shù)字示波器和C-V表；
>容易集成其他的外部?jī)x器；
>探針尖具有高分辨率和精確測(cè)量能力（直流偏壓低至毫伏，電容測(cè)量低至飛法）；
>測(cè)試配置和庫(kù)容易修改；
>能夠幫助用戶檢查系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行的診斷/故障排除工具。