半导体测试技术第五章资料

第五章IV-CV表征

(IV（current-voltage）and CV（capacitance－voltage）Characterization)

§1. 简介

z IV（current-voltage）和CV（capacitance－voltage）测量是测量材料电学性能的重要手段，从广义上说就是通过测量材料或器件的电压－电流或电压－电容之间的内在关系来获得材料的电学性质，例如电阻率、导电类型、载流子浓度等。IV、CV测试的应用范围很广，在电子元器件、通讯、传感器等领域都发挥着重要的作用。特别是近年来随着微电子行业的快速发展，半导体元器件的尺寸越来越小，对硅晶片的均匀性、杂质浓度分布、晶体管的参数以及整个集成电路器件的失效性分析的测试显得更加重要。世界著名的测试设备生产厂商如吉时利(Keithley)和安捷伦(Agilent)都推出了IV和CV测试功能整合在一起的测试设备，用于半导体行业的元器件参数测试和失效性分析，这种仪器统称为半导体参数测试仪，具有功能模块化设计，电脑自动控制，测试快速和结果图形化显示等优点，本章所讨论的IV、CV测试主要就是指使用半导体参数测试仪检测半导体器件的IV和CV特性的方法，这在半导体性能测试中具有非常重要的实用意义

¾半导体器件种类很多，应用广泛，例如各种晶体管：二极管、三极管、场效应管、晶闸管等，而由各种晶体管和连线组成的集成电路更加多种多样，功能各异。

¾对于半导体器件，根据不同的功能和需要，所要测试的电学参数也各不相同，一般包含电阻率、导电类型、极性、载流子浓度、迁移率、少子寿命、载流子浓度分布等。

¾半导体材料和器件的电学性能测量有很多种方法，例如扩展电阻、四探针、三探针、IV、CV及Hall测量等。

¾I-V测试的是器件两端在施加不同电压时的电流特性。得到的是关于器件的输运性质的参数如电阻率、载流子浓度、二极管的整流特性等。

¾C-V测试的是半导体材料或器件中的电容充放电特性，可以获得材料中杂

质浓度及其分布的信息，CV测量通过扫描截面可以获得材料截面均匀性以及纵向杂质浓度分布的信息，因此比四探针等测试方法具有更大的优点。

¾基于C-V测试的操作简单和低成本，它目前已成为最普遍的载流子浓度

分布测试手段。扩展电阻法也可以测量载流子纵向分布，但需要样品进行预处理，同时对样品的导电性也有一定的要求。而C-V法既可以测量低阻衬底

上外延层材料的载流子浓度分布，同时也可以测量高阻衬底上材料的载流子浓度分布。

¾在这里要提一下深能级瞬态谱的测量（DLTS），它其实是C-V法的一个

特例，测量的是半导体中瞬间的一个电容值，通过它可以得到半导体禁带中存在的一些由杂质造成的深能级的信息，如这些深能级的位置、浓度和发射、复合速率等。因此，DLTS常常和CV测试仪整合在一个仪器中。

¾半导体材料有空穴导电和电子导电两种类型（P型和N型），它们的输运性质是不同的，当两种类型的半导体材料连接在一起时就形成了pn结。这是半导体器件的基本组成单元。由于结势垒的存在导致pn结的输运性质具有单向性，当我们利用IV和CV法测试pn结的正反向时，就可以得到PN结的输运性质、输运机制和载流子密度等信息。同样的测量也适用于肖特基结（半导体与金属形成的结）上。

¾载流子的寿命对于半导体也是一个重要的性质，特别是对于掺杂引起的载流子，它的寿命和杂质浓度，掺杂种类，缺陷密度等密切相关，最终导致了半导体性能上的差异。对寿命的测量有多种方法，而采用光脉冲和IV、CV结合的方法可以方便的测量半导体中载流子的寿命，从而了解半导体内部杂质分布等信息。

¾总之，半导体的输运性质的测量对于了解半导体的性能具有重要的作用。而IV、CV测试法是测量输运性质不可或缺的重要手段。