最後更新:2026年10月23日檢測・量測中國大陸:C-V测试(电容-电压测量)

C-V 量測是什麼(電容-電壓量測)

Capacitance-Voltage (C-V) Measurement

C-V 量測(電容-電壓量測)是對 MOS 結構一邊改變電壓一邊量測靜電容,描繪電壓與電容關係曲線的評估方法。從曲線形狀可得知閘極絕緣膜厚度、半導體的雜質濃度與平帶電壓。從與理想曲線的偏差,也能評估絕緣膜中的電荷與介面缺陷。

目錄6 項
  1. 定義與原理
  2. 圖解
  3. 常見問題
  4. 相關用語
  5. 比較文章
  6. 資料來源

定義與原理

C-V 量測(電容-電壓量測)是對 MOS 結構(金屬・絕緣膜・半導體)等一邊逐步改變直流電壓一邊施加,量測此時的靜電容,描繪電壓與電容關係曲線(C-V 曲線)的評估方法。從曲線形狀可得到閘極絕緣膜厚度、半導體雜質濃度、絕緣膜中與介面的電荷・缺陷量等,許多決定電晶體性能的資訊。

在 p 型矽的 MOS 電容中,對閘極施加負電壓時電洞聚集在表面(累積),電容幾乎等於絕緣膜電容而達到最大。將電壓往正方向提高,電洞被趕離表面,空乏層擴大,電容下降。再進一步提高,電子聚集在表面形成反轉層,電容是否回升則取決於量測頻率。從累積側的電容可得知絕緣膜厚度(EOT),從曲線上升的位置可得知平帶電壓,從空乏部分的斜率可得知雜質濃度。

與理想曲線的偏差也是重要資訊。曲線橫向偏移代表絕緣膜中有固定電荷,變得平緩延伸代表有介面缺陷(介面能態),電壓來回掃描時曲線錯開則代表有可動離子或電荷陷阱。這是 High-k 膜或 SiC 閘極氧化層開發,以及以生產線 TEG 監控製程時不可或缺的量測。

圖解

p 型矽 MOS 電容 C-V 曲線中累積・空乏・反轉各區域,以及從曲線偏移可得知的資訊

點擊圖片放大 2 倍

n 型基板的電壓方向相反。

C-V 量測(電容-電壓量測)的常見問題

C-V 量測可以得知什麼?
主要可得知閘極絕緣膜厚度(EOT)、平帶電壓、半導體雜質濃度與其深度方向分布、絕緣膜中的固定電荷與可動離子,以及絕緣膜與半導體介面的缺陷(介面能態)量。能以簡單的結構評估與電晶體臨界電壓和可靠度相關的資訊。
高頻與低頻 C-V 量測有何不同?
在反轉狀態下,電子聚集到表面需要時間,因此對高頻率(例如 1MHz)的小訊號,電子的響應跟不上,電容維持在低值。在低頻率或準靜態量測中電子跟得上,電容會回升到絕緣膜電容。比較 2 條曲線即可求出介面能態的量。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題

資料來源

  1. 日本應用物理學會: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)日文(2026年10月19日確認)
  2. 群馬大學 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年10月19日確認)