最終更新 2026-10-19

C-V測定とは(容量-電圧測定)

Capacitance-Voltage (C-V) Measurement

C-V測定(容量-電圧測定)とは、MOS構造に電圧を変えながらかけて静電容量を測り、電圧と容量の関係の曲線を描く評価方法です。曲線の形から、ゲート絶縁膜の厚さ、半導体の不純物の濃度、フラットバンド電圧が分かります。理想の曲線からのずれで、絶縁膜の中の電荷や界面の欠陥も評価できます。

目次7項目
  1. 定義・解説
  2. 図解
  3. よくある質問
  4. 設備の製造メーカー
  5. 関連用語
  6. 比較・違いを学ぶ
  7. 出典・参考資料

定義・解説

C-V測定(容量-電圧測定)とは、MOS構造(金属・絶縁膜・半導体)などに直流の電圧を少しずつ変えながらかけ、そのときの静電容量を測って、電圧と容量の関係の曲線(C-V曲線)を描く評価方法です。曲線の形から、ゲート絶縁膜の厚さ、半導体の不純物の濃度、絶縁膜の中や界面の電荷・欠陥の量など、トランジスタの性能を決める多くの情報が得られます。

p型のシリコンのMOSキャパシタでは、ゲートに負の電圧をかけると正孔が表面に集まり(蓄積)、容量は絶縁膜の容量にほぼ等しく最大になります。電圧を正に上げていくと、表面から正孔が追い払われて空乏層が広がり、容量が下がります。さらに上げると表面に電子が集まって反転層ができ、測定の周波数によって容量が戻るかどうかが変わります。蓄積側の容量から絶縁膜の厚さ(EOT)、曲線が立ち上がる位置からフラットバンド電圧、空乏の部分の傾きから不純物の濃度が分かります。

理想的な曲線からのずれも重要な情報です。曲線が横にずれれば絶縁膜の中の固定電荷、なだらかに伸びれば界面の欠陥(界面準位)、電圧を往復させたときに曲線がずれれば可動イオンや電荷のトラップがあると分かります。High-k膜やSiCのゲート酸化膜の開発、製造ラインのTEGによる工程の監視に欠かせない測定です。

図解

p型シリコンのMOSキャパシタのC-V曲線における蓄積・空乏・反転の各領域と曲線のずれから分かること
n型の基板では電圧の向きが逆になる。

よくある質問(FAQ)

C-V測定で何が分かりますか?
主に、ゲート絶縁膜の厚さ(EOT)、フラットバンド電圧、半導体の不純物の濃度と深さ方向の分布、絶縁膜の中の固定電荷や可動イオン、絶縁膜と半導体の界面の欠陥(界面準位)の量が分かります。トランジスタのしきい値電圧や信頼性に関わる情報を、簡単な構造で評価できます。
高周波と低周波のC-V測定の違いは何ですか?
反転の状態では、表面に電子を集めるのに時間がかかるため、高い周波数(例えば1MHz)の小さな信号には電子の応答が追いつかず、容量は低いままです。低い周波数や準静的な測定では電子が追いつくため、容量が絶縁膜の容量まで戻ります。両方の曲線を比べると界面準位の量を求められます。

設備の製造メーカー

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比較・違いを学ぶ

出典・参考資料

  1. 応用物理学会「金属‐酸化膜‐半導体構造の界面準位密度評価(応用物理 91巻5号)」(2026/10/19 確認)
  2. 群馬大学 松田順一「2端子MOS構造(令和2年度集積回路設計技術・次世代集積回路工学特論資料)」(2026/10/19 確認)