在半导体器件与材料表征中,电容-电压(C-V)特性测量是分析载流子浓度、界面态密度及氧化层质量的重要手段。锁相放大器SR860凭借其高灵敏度、优异的噪声抑制能力与宽频带响应,成为实现高精度C-V测量的核心工具。其连接方法需结合交流激励、偏置电压扫描与电容信号解调,具体连接步骤如下:
1. 激励信号连接 将SR860的“SINE OUT”端口连接至待测器件(DUT)的高频交流激励输入端。该正弦信号作为小信号调制源,频率通常设为1 kHz至100 kHz,幅值控制在10–50 mV范围内,以避免非线性响应。该信号通过串联电容或直接注入至DUT的电容结构,用于探测微小电容变化。

2. 直流偏置电压叠加 C-V测量需扫描直流偏压以获得不同电压下的电容值。使用可编程直流电源或函数发生器输出线性斜坡电压,通过一个低通滤波网络(如RC低通)与交流激励信号合成。通常将直流偏置通过一个大电阻(如100 kΩ)叠加至DUT的控制端,确保直流电压可调且不影响交流信号通路。
3. 电容检测与信号拾取 在MOS结构或p-n结电容测量中,电容变化体现为位移电流。将DUT的另一端连接至电流-电压转换电路(跨阻放大器),或直接接入SR860的输入端。若采用“电压法”测量,可通过一个已知参考电容构成分压网络,拾取随被测电容变化的交流电压信号,并送入SR860的“INPUT A”端。
4. 参考信号同步 将SR860的“SINE OUT”信号同时接入其“REFERENCE IN”端,或设置内部参考模式,确保解调相位锁定于激励信号。通过调节“Phase”参数使测量信号处于最大灵敏度方向(通常为0°或180°),以准确提取电容分量。
5. 信号输入与测量配置 将检测到的交流信号接入SR860输入端,选择“Voltage”或“Current”输入模式,根据信号大小设定合适的灵敏度与时间常数(建议100 ms–1 s以平衡响应速度与噪声)。启用X-Y模式或R-θ模式,其中X分量(同相)对应电容变化,Y分量(正交)可用于补偿寄生电感或相位漂移。
6. 数据采集与C-V曲线生成 同步记录直流偏压值与SR860输出的X信号,通过外部控制器(如LabVIEW或Python)实现自动扫描与数据存储。最终以偏压V为横坐标,电容响应X为纵坐标,绘制出完整的C-V特性曲线。
注意事项:
● 使用屏蔽线减少电磁干扰;
● 校准系统零点电容与相位偏移;
● 对高频测量需考虑电缆分布参数影响。
正确连接SR860,可实现亚飞法拉级电容变化的精准检测,为半导体器件物理分析提供可靠数据支撑。
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