測量難題

如何測量容值極小的電容？

半導體電容一般是皮法(pF)級或納法(nF)級。許多商用LCR或電容表可以使用適當的測量技術測量這些值，包括補償技術。但是，某些應用要求飛法(fF) 或1e-15 級的非常靈敏的電容測量，包括測量金屬到金屬電容、晶圓上的互連電容、MEMS器件如開關、或者納米器件上端子間的電容。

通過使用工具，如選配4215-CVU電容電壓單元(CVU) 的Keithley 4200A-SCS參數分析儀，用戶可以測量各種電容，包括<1 pF的超低電容值。CVU設計有獨特的電路，通過Clarius+軟件進行控制，支持多種特性和診斷工具，確保最精確的測量結果。通過使用這個CVU及適當的技術，用戶可以實現超低電容測量，支持幾十阿法(1e-18F)的噪聲。

本篇應用指南介紹了怎樣使用4215-CVU電容電壓單元進行飛法電容測量，包括怎樣進行正確的連接，怎樣在Clarius軟件中使用正確的測試設置來獲得最好的測量結果。

連接器件

正確連接被測器件(DUT) 對進行靈敏的低電容測量至關重要。

為獲得最好的測量結果，應只使用隨機自帶的紅色SMA電纜把CVU連接到DUT。紅色SMA電纜的特性阻抗是100Ω。并聯的兩條100Ω電纜的特性阻抗是50Ω，這是高頻源測量應用的標準配置。隨機自帶的附件可以使用BNC或SMA連接連到測試夾具或探頭。使用隨機自帶的扭矩扳手，緊固SMA電纜連接，確保接觸良好。

上圖顯示了2線傳感的CVU配置。HCUR和HPOT端子連接到BNC T形裝置連接，構成CVH(HI)；LCUR和LPOT連接在一起，構成CVL*LO)。

上圖是DUT 4線傳感實例。在本例中，HCUR 和 HPOT 端子連接到器件的一端，LPOT 和 LCUR 端子 連接到器件的另一端。我們使用到器件的 4 線連接， 通過盡可能靠近器件測量電壓，來簡化靈敏的測量。

不管是2線傳感還是4線傳感，同軸電纜的外部屏蔽層必須盡可能近地連接到器件上，以使屏蔽層的環路面積達到最小。這降低了電感，有助于降低諧振效應，這種效應在1MHz以上的頻率時可能會帶來負擔。

所有電纜要固定好，避免移動，因為在執行偏置測量和實際DUT 測量之間發生的任何移動，都可能會略微改變環路電感，影響補償的數據。

在測量非常小的電容時，DUT屏蔽變得非常重要，以降低由于干擾引起的測量不確定度。干擾源可以是AC信號，甚至是物理移動。金屬屏蔽層應封閉DUT，連接到同軸電纜的外殼上。

對低電容測量，最好使用4線傳感，但如果電纜較短，并采用了補償技術，使用2線傳感也能實現最優測量。