測量難題

如何測量容值極小的電容？

半導(dǎo)體電容一般是皮法(pF)級或納法(nF)級。許多商用LCR或電容表可以使用適當(dāng)?shù)臏y量技術(shù)測量這些值，包括補(bǔ)償技術(shù)。但是，某些應(yīng)用要求飛法(fF) 或1e-15 級的非常靈敏的電容測量，包括測量金屬到金屬電容、晶圓上的互連電容、MEMS器件如開關(guān)、或者納米器件上端子間的電容。

通過使用工具，如選配4215-CVU電容電壓單元(CVU) 的Keithley 4200A-SCS參數(shù)分析儀，用戶可以測量各種電容，包括<1 pF的超低電容值。CVU設(shè)計(jì)有獨(dú)特的電路，通過Clarius+軟件進(jìn)行控制，支持多種特性和診斷工具，確保最精確的測量結(jié)果。通過使用這個CVU及適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，用戶可以實(shí)現(xiàn)超低電容測量，支持幾十阿法(1e-18F)的噪聲。

本篇應(yīng)用指南介紹了怎樣使用4215-CVU電容電壓單元進(jìn)行飛法電容測量，包括怎樣進(jìn)行正確的連接，怎樣在Clarius軟件中使用正確的測試設(shè)置來獲得最好的測量結(jié)果。

連接器件

正確連接被測器件(DUT) 對進(jìn)行靈敏的低電容測量至關(guān)重要。

為獲得最好的測量結(jié)果，應(yīng)只使用隨機(jī)自帶的紅色SMA電纜把CVU連接到DUT。紅色SMA電纜的特性阻抗是100Ω。并聯(lián)的兩條100Ω電纜的特性阻抗是50Ω，這是高頻源測量應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨機(jī)自帶的附件可以使用BNC或SMA連接連到測試夾具或探頭。使用隨機(jī)自帶的扭矩扳手，緊固SMA電纜連接，確保接觸良好。

上圖顯示了2線傳感的CVU配置。HCUR和HPOT端子連接到BNC T形裝置連接，構(gòu)成CVH(HI)；LCUR和LPOT連接在一起，構(gòu)成CVL*LO)。

上圖是DUT 4線傳感實(shí)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。我們使用到器件的 4 線連接， 通過盡可能靠近器件測量電壓，來簡化靈敏的測量。

不管是2線傳感還是4線傳感，同軸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(dá)到最小。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(fù)擔(dān)。

所有電纜要固定好，避免移動，因?yàn)樵趫?zhí)行偏置測量和實(shí)際DUT 測量之間發(fā)生的任何移動，都可能會略微改變環(huán)路電感，影響補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)。

在測量非常小的電容時，DUT屏蔽變得非常重要，以降低由于干擾引起的測量不確定度。干擾源可以是AC信號，甚至是物理移動。金屬屏蔽層應(yīng)封閉DUT，連接到同軸電纜的外殼上。

對低電容測量，最好使用4線傳感，但如果電纜較短，并采用了補(bǔ)償技術(shù)，使用2線傳感也能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)測量。