PN结电容电压特性讲义

1、PN结电容电压特性及掺杂浓度的测量一、实验目的1.掌握CV-2000型电容电压特性测试仪的使用方法；2,熟悉C-V特性的测量。 二、实验仪器CV-2000型电容电压特性测试仪是测试频率为1MHz的智能化数字的电容测试仪器，专用于测试半导体器件 PN结的势垒电容在不同偏压下的电容量，也可测试其它电容。面板 上的发光二极管指示仪器的工作状态，用数码管组成的显示板，将被测元件的数值，小数点清晰地显示出来。仪器有较高的分辨率，电容量是四位读数，可分辫到0.01pF,偏置电压分辨力为0.1V,漏电流分辨力为0.01uA。该仪器采用电流电压测量方法，它用微处理器通过8次电压测量来计算每次测量后要求的参数值

2、。用一个相敏检波器和模数转换器顺序快速完成电压测量。正交测量通过交换测量信号的相位来进行，而不是参考相位检测。 因而不需要精密的模拟相位转换成电压矩形波电 路。通过从同一个高频信号源形成测试信号和参考信号，来保证正确的相位关系。由微处理器根据已知的频率和测试信号相位，用ROM存储器内的程序来控制测量，以及存储在RAM中的校准数据来计算被测元件电容值。 三、实验原理C-V法利用PN结或肖特基势垒在反向偏压时的电容特性，可以获得材料中杂质浓度及其分布的信息，这类测量称为 C-V测量技术。这种测量可以提供材料截面均匀性及纵向杂 质浓度分布的信息，因此比四探针、三探针等具有更大的优点。虽然扩展电阻也能

3、测量纵向分布，但它需将样品进行磨角，而C-V法既可以测量同型低阻衬底上外延材料的分布，也可测量高阻衬底用异型层的外延材料的分布。PN 吉电容为势垒电容与扩散电容之和 ，正向偏压时，由于正向电流较大，扩散电容大于势 垒电容,反偏时，流过PN吉的是很小的反向饱和电流， 扩散电容很小，这时势垒电容起主要作 用。所以，C- VI量加反向电压。1.对于突变结C = A劣之势垒电容Y 盘" 一 ",)，N* =必”门为约化浓度，A为结区面积1 2(Vd - V)Ci =即对突变结来说，1/C2与V呈线性关系。如图：N 。当PN结为单边突变直线延长与V轴的交点，可求出接触电势差 Vd,由

4、直线斜率可求出结时，约化浓度可用高浓度一侧的掺杂代替。2.缓变结(一/沱产势垒电容："双弘一吟，,G为掺杂浓度梯度。112(VD-V)F =丽京彳G即对线性缓变结来说,S2线性震变结的a-炉曲线由直线斜率和截距可求出杂质浓度梯度G和Vd。四、实验内容与步骤1.测量步骤：(1)开机仪器安装连接好后，把电源开关按到ON位置，电源接通，仪器执行自检程序。如果没有故障，测量指示灯亮。偏置电压指示状态为(电压去)，虽然偏置电压有显示，但该电压尚未加到夹具上去。(2)连接被测件被测件引线应相当清洁且笔直，将它插入CV-2000测试座具即可。若被测件引线脏，必须先擦干净，以保证接触良好。(3)零校

5、准由于温度变化或改变夹具，都会引起寄生电感变化，因此，在每天开机30分钟后，改变夹具或温度变化大于 3c时，都要完成零校准。分两步完成：I、开路零校准。a.开机b.在测量功能检查之后，应按 开路校准按钮。在电容显示屏内出现一个零，并且通过灯亮，让人体远离仪器。按校准触发键并等一会，直到通过灯重新亮，开路校准完成。II、短路零校准。把随机附带的短路铜片插入测试槽按短路校准按钮，电容显示屏内出现一个 5,并且通过 灯亮，按校准触发键等一会直到通过灯重新亮，短路零校准完成。完成后请将短路铜片拿 开。(4)测量在零校准后按测量健，当测量指示灯亮即进入测量状态。（5）偏置电压下测量电容A.完成上面四个步

6、骤后，把元件插入CV-2000夹具，夹具的插槽电压极性为：左边插槽为（+ ）极，右边插槽为（-）极。如测试三极管集电极、基极反向电压特性，如系PNP型三极管基极插入（+）插槽，集电极插入（-）插槽，如系NPN型三极管基极插入（-）插槽，集 电极插入（+）插槽然后加不同偏压即可得出不同偏压下的电容值。如测试二极管，则二极 管的“ +”极插入（-）插槽，“-”极插入（+）插槽，即可得出不同偏压下的电容值。B.粗调电位器“ W1”及微调电位器“ W2”的使用：W2的调节范围是0-V0（V0在20V以下，不同机器有些许差别 ），可精确调节每0.1V。当测 试元件反向耐压在 V0以下，可将W1左旋至尽，

7、单独调节 W2即可。当测试元件反向耐压 在100V以下，则需 W1、W2配合使用，请按以下步骤进行操作：首先测量20V以下电容值：将 W1左旋至尽，单独调节 W2同时记录电容值，当 W2右旋 到头时记下电压V1。完成后再将 W2左旋至尽，然后慢慢右旋 W1使偏压电压值显示为 V1,然后慢慢调节 W2, 并记录电容值，当 W2右旋至尽时记下电压 V2。完成后再将 W2左旋至尽，然后右旋 W1使偏置电压显示为 V2,然后慢慢调节 W2,重复 步骤2即可得出100V以内的偏置电压下的电容值。测量二极管型号：IN4007.为线性缓变结二极管。表1数据记录表电压/V00.10.20.30.40.5电容/Pf电压/V0.60.70.80.91.01.2电容/Pf电压/V1.41.61.82.02.32.6电容/Pf电压/V2.93.54.04.55.5.5电容/Pf电压/V6.06.57.07.58.08.5电容/Pf电压/V9.0电容/Pf五、思考题1、什么是PN结的电容效应？它有哪些应用？注意事