CN104698279A - 场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种场效应晶体管电容-电压特性测试电路中的串联电阻的计算测定方法，首先对金属氧化物半导体场效应晶体管进行不同频率下的电容-电压特性测试；然后基于针对串联电阻效应的金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性的修正模型，将数据带入模型中修正出实际电容-电压曲线；最后将输入频率为时，某一扫描电压点对应的测试电容值和实际电容值带入串联电阻的公式，即可得到串联电阻的值。本发明计算方法中模型参数选取较灵活，可以选择积累区与耗尽区区间中的任意C-V测试数据离散点计算串联电阻；也无需考虑电路中器件的结构参数，弥补了传统计算方法中对氧化层电容存在估算误差的缺陷，适用范围广泛。

Description

场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法

技术领域

本发明属于微电子技术中，半导体器件可靠性领域，更具体的说，本发明提供一种针对金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的测定方法。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor field effecttransistor,简称MOSFET)是微处理器和半导体存储器等超大规模集成电路中的重要器件。金属氧化物半导体场效应晶体管是基于半导体平面工艺，在“清洁”硅片上用热氧化、蒸发和光刻等方法制备而成的，如图2所示，其结构主要由金属、绝缘层及半导体所组成，它类似于金属和介质形成的平板电容器。但是，由于半导体中的电荷密度比金属中的小得多，所以充电电荷在半导体表面形成的空间电荷区有一定的厚度(—微米量级)，而不像金属中那样，只集中在一薄层(～0.1nm)内。半导体表面空间电荷区的厚度随偏压而改变，所以金属氧化物半导体场效应晶体管电容是微分电容。

$C=A\frac{{\mathrm{dQ}}_G}{d{V}_G}$   (式1)

式1中Q_G是金属电极上的电荷面密度,A是电极面积。

在分析金属氧化物半导体场效应晶体管结构电性能时，常假设有一种理想的金属氧化物半导体场效应晶体管结构存在。其满足以下条件：(1)金属与半导体间功函数差为零；(2)在绝缘层(SiO₂)内没有电荷；(3)SiO₂与半导体界面处不存在界面态。

理想的金属氧化物半导体场效应晶体管结构在外形上与实际结构完全相同。在这个结构上加偏压V_G时，一部分在降在Si/SiO₂上，记作V_ox；一部分降在半导体表面空间电荷区，记作V_s，即

V_G＝V_ox+V_s  (式2)

V_s又叫表面势。因为考虑的是理想情况，Si/SiO₂中没有任何电荷存在，半导体表面半导体表面空间电荷区电荷和金属电极上的电荷数量相等、符号相反，有

|Q_sc|＝|Q_G|  (式3)

式中Q_sc是半导体表面空间电荷区电荷面密度。将式(2)、(3)代入式(1)，得到

$C=A\frac{{\mathrm{dQ}}_G}{d{V}_G}=A\frac{d{Q}_G}{d{V}_{\mathrm{ox}}+d{V}_s}=\frac{1}{\frac{1}{C_{\mathrm{ox}}}+\frac{1}{C_s}}=\frac{C_{\mathrm{ox}}{C}_s}{C_{\mathrm{ox}}+C_s}$   (式4)

式(4)表明金属氧化物半导体场效应晶体管电容由C_ox和C_s串联构成，其等效电路如图3所示。其中C_ox是以SiO₂为介质的氧化层电容，它的数值不随V_G改变；C_s是半导体表面空间区电容，其数值随V_G改变，因此

$C_{\mathrm{ox}}=A\left|\frac{d{Q}_G}{d{V}_{\mathrm{ox}}}\right|=A\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ox}}}{d_{\mathrm{ox}}}$   (式5)

$C_s=A\left|\frac{d{Q}_{\mathrm{sc}}}{d{V}_s}\right|$   (式6)

式5中，ε₀为真空电容率，ε_ox为氧化物介电常数，d_ox为样品器件氧化层厚度。

在集成电路特别是金属氧化物半导体场效应晶体管电路的生产和开发研制中，金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压(C-V)测试是极为重要的工艺过程监控测试手段，也是器件参数分析和可靠性研究的有效工具。利用金属氧化物半导体场效应晶体管电容可以测量栅氧化层中的可动电荷、固定电荷、界面陷阱密度、衬底硅中的杂质分布、硅表面少子寿命和符合速度等表面特性。作为工艺监控，既希望测试结构准确可信，也希望样品制作简单。然而，实际过程中往往由于样品制备不当或测试等原因，引入寄生元件。通常主要会受到栅极寄生电阻的影响而使得金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中引入串联电阻R。尽管在制备和测试过程中注意到了这些问题，但在许多情况下还不能使串联电阻达到忽略的程度，串联电阻的存在会影响电路的性能。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管由于具有高增益、工作频率高和低噪声性能的特点，常被运用于射频电路中。然而，金属氧化物半导体场效应晶体管构成的电路中，串联电阻的存在会影响其频率和噪声特性，为了保证射频放大器的稳定性需要进行阻抗匹配，需要利用金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路来准确计算串联电阻R的值。

针对金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的计算方法，目前对串联电阻的测量和计算有两种常用方法：

(1)利用高频C-V测试和准静态C-V测试计算金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中的串联电阻

根据串联电阻R的推导公式：

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{ma}}}\sqrt{\frac{C_{\mathrm{ma}}}{C_m}-1}$   (式7)

其中，ω是高频C-V测试下的角频率，C_ma为准静态C-V测试下强积累区的测试电容，C_m为高频测试电容。

通过将准静态C-V测量中得到的强积累状态下的电容C_ma与高频C-V测量中得到的电容C_m带入式7，就可以得到金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压测试电路中的串联电阻值。

此方法的原理是准静态C-V测试中的ω非常小，测试中强积累状态的电容C_ma近似等于器件实际电容C，进而可以将其带入公式7求得串联电阻的值。然而，金属氧化物半导体场效应晶体管的测试电容

$C_m=\frac{C}{1+{\mathrm{\ω}}^2{R}^2{C}^2}$   (式8)

不仅与输入信号频率和实际电容值有关，还与串联电阻的值有关。当角频率ω与串联电阻R和实际电容C的乘积很大时，ω²R²C²的值不可忽略，这就导致测试电容随实际电容的增加而下降。当ω²R²C²的值不满足趋于0的条件时，利用此方法将准静态C-V测试中强积累状态的电容C_ma作为实际电容C带入式7，得到的串联电阻值与实际的串联电阻值之间会存在很大误差。

(2)利用金属氧化物半导体场效应晶体管高频C-V特性计算串联电阻的值

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{ox}}}\sqrt{\frac{C_{\mathrm{ox}}}{C_a}-1}$   (式9)

式9中，ω是角频率，C_a为积累区的测试电容，C_ox为样品的氧化层电容。将积累区测试电容C_m和计算得到的氧化层电容C_ox带入式9中，即可计算出串联电阻R的值。

利用这种计算方法计算串联电阻，需要先利用栅电极面积A和氧化层厚度d_ox的准确值来计算氧化层电容C_ox的值，再根据氧化层电容C_ox的值计算出串联电阻R的值。然而，在计算氧化层电容C_ox时，估算出的栅电极面积A和氧化层厚度d_ox的值与实际器件的结构参数会存在一定误差，导致串联电阻计算不准确。对于不能确定结构参数的器件，无法利用此方法得到串联电阻R的值，具有一定的局限性。

至今为止，没有一个标准的计算方法可以准确计算出金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的值。

发明内容

本发明提供一种准确性高且能消除现有方法局限性的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法。

本发明采用如下技术方案：

一种场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法，

步骤1、分别获取待测金属氧化物半导体场效应晶体管栅极的两个不同输入电压信号频率为f₁和f₂所对应的待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据；

步骤2、对步骤1获得的待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据进行修正，所述修正方法如下：以式1为修正模型，对C-V特性测试数据中的电容进行修正，得到修正后的C-V数据离散点，并据此绘制成修正后的电容-电压特性曲线，所述修正模型为：

$C=\frac{f_2^2-f_1^2}{\frac{f_2^2}{C_{m1}}-\frac{f_1^2}{C_{m2}}}$   式1

其中C为金属氧化物半导体场效应晶体管实际电容，f₁和f₂分别为两次测试时所加电压信号的频率，C_m1是输入电压信号的频率为f₁时所测得的电容，C_m2是输入电压信号的频率为f₂所测得的电容；

步骤3、根据修正后的C-V数据离散点和电容-电压特性曲线，计算并得到各输入电压信号频率为f的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻R。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明基于不同输入信号频率下，金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻R值相同的特点，利用针对串联电阻效应的金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性修正模型和串联电阻计算公式，建立了一套新的针对金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的测定方法，该方法简单易行，准确性高。

针对金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性中串联电阻的测定方法中，先对金属氧化物半导体场效应晶体管进行不同频率下的电容-电压特性测试；然后提取模型参数，利用电容的修正模型(式1)修正出实际电容-电压曲线，最后将频率为f时，某一扫描电压点对应的测试电容和实际电容值带入串联电阻的计算公式(式2)即可得到串联电阻R的值：

$C=\frac{{\mathrm{\ω}}_2^2-{\mathrm{\ω}}_1^2}{\frac{{\mathrm{\ω}}_2^2}{C_{m1}}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1^2}{C_{m2}}}=\frac{f_2^2-f_1^2}{\frac{f_2^2}{C_{m1}}-\frac{f_1^2}{C_{m2}}}$   (式1)

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}C}\sqrt{\frac{C}{C_m}-1}$   (式2)

其中，f₁和f₂分别为两次测试时所加电压信号的频率，C_m1为输入电压信号的频率为f₁时所测得的电容，C_m2为输入电压信号的频率为f₂时的测试电容。

本发明具体优点如下：

(1)本发明测定方法中的测定结果准确。本发明测定方法中电容的修正模型(式1)是基于不同输入电压信号频率条件下，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS)电容-电压特性测试电路中串联电阻R值相同的特点。利用常规测试方法得到两组频率f₁、f₂下的测试电容C_m1、C_m2，然后将频率f₁、f₂和测试电容C_m1、C_m2带入MOS结构C-V特性的修正模型(式1)中得到准确的实际电容C，最后利用串联电阻计算公式(式2)即可计算出串联电阻值。与传统测试方法(式3)相比，本发明测定方法中的模型(式1、2)中不包含器件的结构参数，测定过程中不需要预先利用器件栅电极面积和氧化层厚度估算出氧化层电容C_ox的值(式4)，这就避免了传统修正方法中的主要误差来源：对器件栅电极面积和氧化层厚度等结构参数估算不准确，导致氧化层电容C_ox的估算值与其实际值之间会存在误差，从而计算出的串联电阻R值也会不准确，因此，本发明修正方法使修正结果更加准确。

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{ox}}}\sqrt{\frac{C_{\mathrm{ox}}}{C_a}-1}$   (式3)

$C_{\mathrm{ox}}=A\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ox}}}{d_{\mathrm{ox}}}$   (式4)

其中，ω是角频率，C_a为积累区的测试电容，C_ox为样品的氧化层电容。ε₀为真空电容率，ε_ox为氧化物介电常数，d_ox为样品器件氧化层厚度，A为器件栅电极面积。

此外，与另一种传统方法(高频和准静态C-V特性测试相结合的串联电阻测定方法，式5、6)相比，传统方法需要根据式5，在(ωRC)趋于0的条件下对实际电容C进行近似计算，认为准静态C-V测试中强积累状态的电容C_ma近似等于器件实际电容C，再将准静态C-V测试下强积累区的测试电容C_ma代入式6计算出串联电阻的值；而本方法的整个过程中不需要任何的近似和估算，避免了误差的产生，因此本发明的串联电阻测定方法更加准确。

$C_{\mathrm{ma}}=\frac{C}{1+{\mathrm{\ω}}^2{R}^2{C}^2}$   (式5)

其中，ω是角频率，C_ma为准静态C-V测试下强积累区的测试电容，C为实际电容，R为串联电阻。

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{ma}}}\sqrt{\frac{C_{\mathrm{ma}}}{C_m}-1}$   (式6)

其中，ω是高频测试下的角频率，C_ma为准静态C-V测试下强积累区的测试电容，C_m为高频测试电容。

(2)本发明的测定方法具有普适性。传统测定方法的使用是建立在充分了解MOS器件的结构参数如样品器件的栅电极面积、器件氧化层厚度的基础上，具有一定的使用局限性。而本测定方法中仅需利用常规的测试技术测量出频率f₁、f₂条件下MOS器件的C-V测试数据，然后将频率f₁、f₂和测试电容C_m1、C_m2带入MOS结构C-V特性曲线的修正模型(式1)中得到实际C-V特性曲线，最后利用串联电阻计算公式(式2)计算出串联电阻值。整个测定过程中涉及到的参数只有频率和测试电容，而器件的结构参数如器件的栅电极面积和器件氧化层厚度等在整个测定过程中并没有被涉及。因此，对于不能准确确定其结构参数的器件，如金属氧化物半导体场效应晶体管、二极管电容等，均可通过该方法测定器件电容-电压特性测试电路中的串联电阻。

(3)本发明的测定方法中，对于MOS器件实际电容的修正模型(式1)和串联电阻R的计算公式(式2)中测试电容C_m的选取来说，该参数的选取较为灵活，可以选择整个C-V特性曲线中任意的测试数据离散点来计算串联电阻的值。打破了传统测定模型中只能用C-V曲线中积累区的测试电容C_a和氧化层电容C_ox来确定串联电阻的局限性。

(4)本发明的测定方法模型参数少，数据处理简便。本发明测定方法中电容的修正模型(式1)是基于不同输入电压信号频率条件下，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS)电容-电压特性测试电路中串联电阻R值相同的特点，将频率f₁、f₂和利用高频C-V测试得到的电容C_m1、C_m2带入公式1，得到实际C-V特性曲线，再利用串联电阻计算公式(式2)计算出串联电阻值。本发明测定方法中的模型(式1、2)中模型参数只有频率f₁、f₂和测试电容C_m1、C_m2，不包含器件的结构参数，所以不需要利用器件栅电极面积和氧化层厚度等对氧化层电容C_ox的值进行近似和估算(式4)，数据处理简便。

附图说明

图1是建立金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的测定方法的流程图。

图2是金属氧化物半导体场效应晶体管结构图。

图3是金属氧化物半导体场效应晶体管的等效电容电路图。

图4是金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中存在串联电阻R时的待测电路连接图。

图5是金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中存在串联电阻R时的待测电路简化图。

图6金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中存在串联电阻R时的测试电路等效图。

图7是输入电压从+5V扫到-5V，扫描步长为0.1V，频率分别为10KHZ和100KHZ条件下的金属氧化物半导体场效应晶体管的C-V特性测试曲线，以及根据两组频率下的C-V测试数据，利用修正模型修正后的C-V特性曲线。

具体实施方式：

一种场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法，

步骤1、分别获取待测金属氧化物半导体场效应晶体管栅极的两个不同输入电压信号频率为f₁和f₂所对应的待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据；

步骤2、对步骤1获得的待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据进行修正，所述修正方法如下：以式1为修正模型，对C-V特性测试数据中的电容进行修正，得到修正后的C-V数据离散点，并据此绘制成修正后的电容-电压特性曲线，所述修正模型为：

$C=\frac{f_2^2-f_1^2}{\frac{f_2^2}{C_{m1}}-\frac{f_1^2}{C_{m2}}}$   式1

其中C为金属氧化物半导体场效应晶体管实际电容，f₁和f₂分别为两次测试时所加电压信号的频率，C_m1是输入电压信号的频率为f₁时所测得的电容，C_m2是输入电压信号的频率为f₂所测得的电容；绘制修正后的电容-电压特性曲线的方法可以利用现有的方法，例如：利用Origin软件，由修正后的C-V数据离散点形成修正后的电容-电压特性曲线；

步骤3、根据修正后的C-V数据离散点和电容-电压特性曲线，计算并得到各输入电压信号频率为f的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻R。

本发明可以利用现有技术中任一方法获取待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据，本实施例则可选取其中之一，即：待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据的获取方法如下：

步骤1.1、准备金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压(C-V)特性测试的实验仪器和样品：实验仪器主要包括：探针台、安捷伦E4980A精密LCR测量表、计算机；

步骤1.2、通过探针选择待测的金属氧化物半导体场效应晶体管，将金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极G连接安捷伦E4980A精密LCR测量表输入端口，器件的衬底B接测量表的地端口(GND)，器件的源极和漏极浮空；

步骤1.3、设置安捷伦E4980A精密LCR测量表对器件栅极的输入电压参数，电压施加方式是由正压扫描到负压，扫描电压范围为+5V到-5V，扫描步长为0.1V，输入电压信号频率为f₁，打开测量表电源进行金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性测试，测试过程中监测电容-电压特性曲线并保存C-V特性测试数据；

步骤1.4、保持金属氧化物半导体场效应晶体管样品、实验装置连接和其他测试条件不变，仅将步骤3中输入电压信号的频率改变为f₂，然后进行与步骤3相同的电容-电压特性测试，测试过程中监测电容-电压特性曲线并保存C-V特性测试数据。

各输入电压信号频率为f的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻R的计算方法如下：

  式2

其中，C_m为输入电压信号频率为f时扫描电压点对应的测试电容，C为金属氧化物半导体场效应晶体管的实际电容，ω是输入电压信号频率f对应的角频率，根据式2可求得金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻R的值。

本发明基于以下原理：

针对金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的测定来说，本发明的计算方法是基于不同输入电压信号频率条件下的金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻R的值相同的特点提出的，而模型建立的难点是建立串联电阻R的公式(式1)和针对串联电阻效应的金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性修正模型(式2)。

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}C}\sqrt{\frac{C}{C_m}-1}$   (式1)

  (式2)

首先需要建立电路中存在串联电阻效应时，金属氧化物半导体场效应晶体管测试电容C_m和实际电容C的关系模型。当金属氧化物半导体场效应晶体管中存在串联电阻R时，其待测电路图、待测电路简化图和测试等效电路图如附图4、5、6所示，可以看出在实际电路中金属氧化物半导体场效应晶体管电容C与串联电阻R是串联的，而测量仪在测量电容时是以并联等效电容C_m和并联等效电导G_m的形式进行测试的。有如下关系：

Y_m＝G_m+jωC_m

$Z_m=\frac{1}{Y_m}=R+1/\mathrm{j\ωC}$   (式3)

其中，R是金属氧化物场效应晶体管的串联电阻，Y_m是等效电路的导纳，Z_m是等效电路的阻抗，G_m是并联等效电导，ω是角频率。

根据式3可以得出待测电容C和测试电容C_m之间的关系：

  (式4)

根据式4即可推导出如式1所示串联电阻R的推导公式。

通过对金属氧化物半导体场效应晶体管进行不同输入电压信号频率下的电容-电压特性测试，得到输入电压信号频率为f条件时的测试电容C_m的离散点。根据不同输入电压信号频率条件下，金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻R值相同的特点，得到如公式5所示的关系等式和实际电容的修正模型(式6)。

$R=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_{1}C}\sqrt{\frac{C}{C_{m1}}-1}=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_{2}C}\sqrt{\frac{C}{C_{m2}}-1}$

(式5)

$C=\frac{{\mathrm{\ω}}_2^2-{\mathrm{\ω}}_1^2}{\frac{{\mathrm{\ω}}_2^2}{C_{m1}}-\frac{{\mathrm{\ω}}_1^2}{C_{m2}}}=\frac{f_2^2-f_1^2}{\frac{f_2^2}{C_{m1}}-\frac{f_1^2}{C_{m2}}}$   (式6)

其中f₁和f₂分别为两次测试时所加电压信号的频率，ω₁和ω₂是f₁和f₂对应的角频率，C_m1为输入电压信号频率f₁时测得的电容，C_m2为输入电压信号频率f₂时测得的电容。

根据信号频率分别为f₁、f₂条件下的金属氧化物半导体场效应晶体管的C-V特性测试数据，利用所建立的修正模型(式6)，计算修正后的C-V离散点数据，并绘制出修正后的C-V特性曲线。然后选取输入信号频率为f时，某一扫描电压点对应的测试电容C_m和修正出的实际电容C，将其带入串联电阻的计算公式(式1)，即可求得金属氧化物半导体场效应管电容-电压特性测试电路中串联电阻的值。

下面结合附图来说明我们对一N型衬底的金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻的测定过程和结果：

实验设备：N型衬底的金属氧化物半导体场效应晶体管、探针台、安捷伦E4980A精密LCR测量表、导线、计算机。均为实验室常用测试设备，成本低方法简单易行。

步骤1、准备金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压(C-V)特性测试的实验仪器和样品；

步骤2、通过探针选择本实验待测N型衬底金属氧化物半导体场效应晶体管样品，将器件的栅极G连接安捷伦E4980A精密LCR测量表输入端口，器件的衬底B接测量表的地端口(GND)，源极和漏极浮空；

步骤3、设置安捷伦E4980A精密LCR测量表对器件栅极的输入电压参数，电压的施加方式是由正压扫描到负压，扫描电压范围为+5V到-5V，扫描步长为0.1V，设置输入电压信号频率为10KHZ。打开测量表电源进行金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性测试，测试过程中监测电容-电压曲线并保存数据；

步骤4、保持金属氧化物半导体场效应晶体管样品、实验装置连接和其他测试条件不变，仅将输入电压信号频率改变为100KHZ，然后进行与步骤3相同的电容-电压特性测试，测试过程中监测电容-电压曲线并保存数据；频率分别为10KHZ和100KHZ的金属氧化物半导体场效应晶体管C-V特性测试曲线如附图7所示；

步骤5、根据针对串联电阻效应的金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性修正方法，修正出金属氧化物半导体场效应晶体管的实际电容-电压特性曲线。其修正模型为：

$C=\frac{f_2^2-f_1^2}{\frac{f_2^2}{C_{m1}}-\frac{f_1^2}{C_{m2}}}$   (式1)

其中，C为金属氧化物半导体场效应晶体管实际电容，f₁和f₂分别为两次测试时所加电压信号的频率，C_m1是输入电压信号频率为f₁条件时的测试电容，C_m2是输入电压信号频率f₂条件时的测试电容；

根据信号频率分别为10KHZ和100KHZ条件下的金属氧化物半导体场效应晶体管的C-V特性测试数据，利用所建立的修正模型(式1)计算修正后的C-V数据离散点，再利用计算机中的Origin软件绘制出修正后的C-V特性曲线。利用修正模型修正后的金属氧化物半导体场效应晶体管实际C-V特性曲线如附图7中所示；

步骤6、选取输入信号频率为10KHZ条件下，扫描电压为1V时对应的测试电容C_m和根据步骤5修正出的实际电容C，将其带入金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压测试电路中串联电阻的公式中

$R=\frac{1}{\mathrm{\ω}C}\sqrt{\frac{C}{C_m}-1}$   (式2)

其中，ω是频率f对应的角频率，C是修正出的实际电容，C_m是测试电容。即可求得金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性中的串联电阻的值。

将输入信号频率分别为10KHZ和100KHZ条件下，扫描电压为1V时对应的测试电容C_m1、C_m2带入修正模型(式1)中，得到扫描电压为1V时对应的实际电容的值：

$C=\frac{{(1\×{10}^5)}^2-{(1\×{10}^4)}^2}{\frac{{(1\×{10}^5)}^2}{3.58\×{10}^{-9}}-\frac{{(1\×{10}^4)}^2}{9.07\×{10}^{-10}}}=3.68\×{10}^{-9}F$

将输入信号频率分别为10KHZ条件下，扫描电压为1V时对应的测试电容C_m1和实际电容C带入串联电阻R(式2)的公式中，得到串联电阻R的值：

$R=\frac{1}{6.28\×{10}^4\×3.6849\×{10}^{-9}}\sqrt{\frac{3.6849\×{10}^{-9}}{3.5755\×{10}^{-9}}-1}=756\mathrm{\Ω}$

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明书所示附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (3)

1.一种场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法，其特征在于，

步骤1、分别获取待测金属氧化物半导体场效应晶体管栅极的两个不同输入电压信号频率为f₁和f₂所对应的待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据；

步骤2、对步骤1获得的待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据进行修正，所述修正方法如下：以式1为修正模型，对C-V特性测试数据中的电容进行修正，得到修正后的C-V数据离散点，并据此绘制成修正后的电容-电压特性曲线，所述修正模型为：

$C=\frac{f_2^2-f_1^2}{\frac{f_2^2}{C_{m1}}-\frac{f_1^2}{C_{m2}}}$           式1

其中C为金属氧化物半导体场效应晶体管实际电容，f₁和f₂分别为两次测试时所加电压信号的频率，C_m1是输入电压信号的频率为f₁时所测得的电容，C_m2是输入电压信号的频率为f₂所测得的电容；

步骤3、根据修正后的C-V数据离散点和电容-电压特性曲线，计算并得到各输入电压信号频率为f的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻R。

2.根据权利要求1所述的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法，其特征在于，待测金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性曲线和C-V特性测试数据的获取方法如下：

步骤1.1、准备金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压(C-V)特性测试的实验仪器和样品：实验仪器主要包括：探针台、安捷伦E4980A精密LCR测量表、计算机；

步骤1.2、通过探针选择待测的金属氧化物半导体场效应晶体管，将金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极G连接安捷伦E4980A精密LCR测量表输入端口，器件的衬底B接测量表的地端口(GND)，器件的源极和漏极浮空；

步骤1.3、设置安捷伦E4980A精密LCR测量表对器件栅极的输入电压参数，电压施加方式是由正压扫描到负压，扫描电压范围为+5V到-5V，扫描步长为0.1V，输入电压信号频率为f₁，打开测量表电源进行金属氧化物半导体场效应晶体管的电容-电压特性测试，测试过程中监测电容-电压特性曲线并保存C-V特性测试数据；

步骤1.4、保持金属氧化物半导体场效应晶体管样品、实验装置连接和其他测试条件不变，仅将步骤3中输入电压信号的频率改变为f₂，然后进行与步骤3相同的电容-电压特性测试，测试过程中监测电容-电压特性曲线并保存C-V特性测试数据。

3.根据权利要求1所述的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻测定方法，其特征在于，各输入电压信号频率为f的场效应管电容-电压特性测试电路的串联电阻R的计算方法如下：

$R=\frac{1}{\mathrm{\ωC}}\sqrt{\frac{C}{C_m}-1}$        式2

其中，C_m为输入电压信号频率为f时扫描电压点对应的测试电容，C为金属氧化物半导体场效应晶体管的实际电容，ω是输入电压信号频率f对应的角频率，根据式2可求得金属氧化物半导体场效应晶体管电容-电压特性测试电路中串联电阻R的值。