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4200A-SCS参数分析仪如何进行最佳电容和AC阻抗测量

各种各样的应用通常要在许多类型的器件上执行电容-电压(C-V)和AC阻抗测量。例如,C-V测量用来确定以下器件参数:MOSCAPs的栅极氧化物电容、MOSFET输入和输出电容、太阳能电池的内置电位、二极管的多数载流子浓度、BJT端子间的电容、MIS电容器的氧化物厚度、掺杂密度和门限电压。

C-V测量

4215-CVU和4210-CVU都是适用于4200A-SCS参数分析仪的多频(1 kHz ~ 10 MHz) AC阻抗测量模块(参见图1),让用户能够轻松进行C-V测量。这两种CVU之间的差异在于测试频率数量和AC驱动电压。4215-CVU拥有10,000个不同频率,分辨率为1 kHz;4210-CVU拥有37个不同频率。4215-CVU的AC驱动电压范围是10 mV ~ 1 V rms,4210-CVU的AC驱动电压范围是10 mV ~ 100 mV rms。

https://inews.gtimg.com/newsapp_bt/0/11951876789/1000

图1. 4200A-SCS参数分析仪。

CVUs采用独特的电路设计,通过Clarius软件控制,支持多种特性和诊断工具,确保测量结果的准确度达到最高。CVU拥有多种内置工具,如实时测量模式、开路、短路补偿、参数提取生成器、滤波、定时控制,并能够在软件中切换AC电流表端子。除外,它还采用适当的线缆和C-V测量技术,用户可以进行高度灵敏的电容测量。

CVU测量概述

图2是简化的4210-CVU和4215-CVU模型。器件的电容通过提供AC电压,测量AC电流和相位来确定,同时在器件中应用或扫描DC电压。

https://inews.gtimg.com/newsapp_bt/0/11951876792/1000

图2. 简化的CVU图

时域AC值被处理到频域中,生成相量形式的阻抗。CVU使用自动平衡电桥(ABB) 方法测量电容。ABB用来抵消DUT 一个端子( 如果AC电流表在LCUR上则为LPOT) 上已知频率的AC信号,以警戒杂散阻抗。这个AC接地会把CVU的LPOT保持在0 VAC,这样测试电路中的所有AC电流都会流到AC电流表,而不会经过测试电路中的任何并联电容。

根据测试设置,包括频率、AC驱动电压和电流范围,CVU可以测量皮法级到毫法级电容。用户指定的测试范围取决于被测器件和导出的参数。测试频率范围为 1kHz~10MHz。DC 偏置功能是 ±30V(60V差分 )。

测量模型和参数

DUT测量的典型模型通常是一条串联或并联电阻电容(RC) 电路。如图3中简化的模型所示,CVU既可以作为串联配置(RSCS) 测量DUT,也可以作为并联配置(RPCP) 测量DUT。

https://inews.gtimg.com/newsapp_bt/0/11951876795/1000

图3. 简化的测量模型

CVU可以测量和显示以下参数:阻抗和相位角(Z,Theta),电阻和电抗 (R+jX),并联电容和电导(CP-GP),串联电容和电阻(CS-RS),并联电容和杂散因子 (CP-D),串联电容和杂散因子(CS-D),导纳和相位角(Y,theta)。

图4. 阻抗的矢量图

通过使用Clarius内置的Formulator工具,还可以从测得的数据中简便地提取其他参数,如电感。图4中的阻抗矢量图显示了阻抗的基础公式。

如图5所示,C-V测量系统可能会相当复杂,因为配置中包括测量仪器和软件、信号路径线蓝、测试夹具和器件。为进行最优测量,必需相应设置CVU的测试设置和定时参数。必须使用适当的线缆、探头和测试夹具,然后必须执行连接补偿。最后,器件本身可能会导致测量问题。接下来将讨论进行良好的电容测量需要考虑的硬件和软件。

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图5. C-V测量系统

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