[發明專利]高頻CV特性測試儀

有效

• 申請號: 201410244665.7
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN103983910A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 付強;周宇峰;馬震;劉曉為;王蔚;張宇峰;王喜蓮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明適用于半導體器件特性測量領域。

背景技術

在半導體元器件領域，電容-電壓(C-V)特性被廣泛地應用在測試半導體參數領域之中，高校的實驗室和半導體制造廠商利用這類測試結果來評估新材料、新工藝以及新電路的性能。對于半導體工藝工程師，C-V測試手段也極其重要，他們通過其測試結果來改善工藝和器件性能。C-V測試對于可靠性工程師同樣重要，他們通過測試來檢測工藝參數，分析導致失效的原因。此外，通過其特性還可推導得到多種半導體器件的參數。這些參數在整個生產鏈中都會被用到，比如摻雜分布、平均摻雜濃度和載流子壽命等參數。在晶圓工藝中，C-V測試主要用來分析柵氧化層厚度、柵氧化層中的電荷數和界面阱密度。另外如金屬化、刻蝕、多晶硅淀積、清洗等工藝中同樣會利用到類似的測試。在測試器件可靠性時，可以利用C-V測量對一些基本參數來進行特征分析，比如說閾值電壓，以此對器件進行建模。

目前高頻C-V特性測試儀正在向高分辨率和大量程的方向發展。傳統C-V特性測量方法采用將電容信號轉換成頻率信號后進行數字化，其數字化對A/D的要求較高，很難達到理想的線性度。在其它的C-V特性測量方法中，將電容信號耦合至交流信號的幅值之中，由于各個器件所引入的非線性，系統整體的線性度將不可控。所以一個結構簡單，又具有高分辨率、高線性度以及大量程的半導體C-V電容測量系統能夠大大提高儀器的性能。

發明內容

本發明為了解決目前市面上C-V特性測試儀低分辨率、低線性度的問題，提出了一種新的檢測技術，將疊加直流分量和正弦信號，并且將電容耦合入正弦信號的幅值之中，再經過平方率檢波，留下直流分量，經過適當的放大送至單片機A/D采樣端口進行采樣。

本發明所述高頻CV特性測試儀，它包括電源模塊、人機交互模塊、USB通訊模塊、單片機控制模塊、高頻信號產生模塊、平方率檢波模塊和電容檢測放大模塊；

單片機控制模塊的高頻信號指令輸出端與高頻信號產生模塊的高頻信號指令輸入端相連，高頻信號產生模塊的高頻信號輸出端與電容檢測放大模塊的高頻信號輸入端相連；單片機控制模塊的實驗加載電壓輸出端與電容檢測放大模塊的實驗加載電壓輸入端相連；待測電容C_x的待測電容模擬電壓信號輸出端與電容檢測放大模塊的待測電容模擬電壓信號輸入端相連；

電容檢測放大模塊的輸出端與平方率檢波模塊的輸入端相連，平方率檢波模塊的待測電容數字電壓信號輸出端與單片機控制模塊的待測電容數字電壓信號輸入端相連；

單片機控制模塊的待測電容值顯示指令輸出端與人機交互模塊的待測電容值顯示指令輸入端相連；

單片機控制模塊的待測電容電壓數字信號數據輸出端與USB通訊模塊的待測電容電壓數字信號數據輸入端相連；

電源模塊為人機交互模塊、USB通訊模塊、單片機控制模塊、高頻信號產生模塊、平方率檢波模塊和電容檢測放大模塊提供工作電源。

本發明的優點：本發明采用了容抗放大器電路將電容大小耦合到信號的幅值之中，再通過平方率檢波留下直流分量，最后將直流分量轉換為數字信號，簡單、準確、高精度的將電容值轉變為數字信號。由于本發明采用了阻抗比例檢測的電容放大檢測模塊和平方率檢波模塊，使整個系統在1pF-1000pF的量程內有較高的線性度和分辨率。

附圖說明

圖1是本發明所述高頻CV特性測試儀的原理框圖；

圖2是電容檢測放大模塊的具體電路圖；

圖3是平方率檢波模塊的具體電路圖。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述高頻CV特性測試儀，它包括電源模塊100、人機交互模塊101、USB通訊模塊102、單片機控制模塊103、高頻信號產生模塊104、平方率檢波模塊105和電容檢測放大模塊106；

單片機控制模塊103的高頻信號指令輸出端與高頻信號產生模塊104的高頻信號指令輸入端相連，高頻信號產生模塊104的高頻信號輸出端與電容檢測放大模塊106的高頻信號輸入端相連；單片機控制模塊103的實驗加載電壓輸出端與電容檢測放大模塊106的實驗加載電壓輸入端相連；待測電容C_x的待測電容模擬電壓信號輸出端與電容檢測放大模塊106的待測電容模擬電壓信號輸入端相連；

電容檢測放大模塊106的輸出端與平方率檢波模塊105的輸入端相連，平方率檢波模塊105的待測電容數字電壓信號輸出端與單片機控制模塊103的待測電容數字電壓信號輸入端相連；