实验二-MOS结构准静态C-V-特性测量

实验二MOS结构准静态C－V特性测量MOS结构低频C-V特性，是确定二氧化硅层厚度界面态密度参数（简称准静态C－V特性）测量是检测MOS器件制造工艺的重要手段。本实验目的是通过测量MOS结构低频C-V特性，确定二氧化硅层厚度界面态密度参数．一、实验原理在MOS结构上加一个扫描速率很慢的线性斜坡扫描电压Vg=V1+at式中V1为起始电压，是常数；a=dVg/dt是扫描速度。当a足够低时，反型层的充放电都能跟得上Vg变化，系统处于准热平衡状态。在这种状态下测量到的C-V特性称为准静态C-V特性，它相当于低频C-V特性。由准静态C-V测量来确定界面态密度的基本原理，就是通过低频（准静态）C-V测量得到的MOS电容值，和理论计算得到的相同表面势下无界面态的MOS电容值进行比较，提取出界面态电容值CSS，再根据2(1)SSSSCqN=从而得到NSS。设准静态测量的电容值为CL，理论计算的相同表面势下无界面态的电容值为CC，则111(2)LiSSSCCCC=++111(3)CiSCCC=+对于同一个VS，(2)和(3)式中的CS是相同的，将（3）式得到的CiiCCCCCSC−=代入（2）式，即得到(4)11CLSSLCiiCCCCCCC=−−−代入（1）式，即得到21(5)11CLSSLCiiCCNCCqCC⎛⎞⎜⎟=−⎜⎟−−⎜⎟⎝⎠（5）式就是NSS～Vg关系式，式中CL和CC应当对应相同的VS。实际测量得到的是CL～Vg关系。通常，界面态分布用NSS和禁带中的能量位置E的关系来表示；而（5）式给出的是NSS和表面势VS的关系，因此还需要将VS转换成E。如图3所示，以siE作为能量零点，则禁带上半部，E0；禁带下半部，E0。显然，NSS(E)是表面能级位置E=EF附近的界面态密度，因此(6)sFiFiSEEEEEqV=−=−+由iFFEEVq−=体内，可得到()()FiFFiFEEqVpEEqVn−=−−=型型代入（6）式，就得到ln()(7)ln()ASFSBiDSFSBiNEqVqVqVKTpnNEqVqVqVKTnn⎧=−=−→⎪⎪⎨⎪=+=+→⎪⎩型型利用（7）式，就可将(5)式的NSS(VS)转换成NSS(E)了。二、实验仪器1、测试台（包括样品台、探针、升温和控温装置、水冷却装置等）；2、590型高频C-V测试仪；3、软件；4、微机三、实验内容测量确定二氧化硅高、低频C-V特性，确定二氧化硅层厚度界面态密度参数四、实验步骤主要包括七个步骤:打开各仪器的电源,预热10分钟;启动Metrics-ICS设置IEEE-488(SetupGPIB)设置测试仪器(SelectInstrument)设置测试条件(Edittestsetup)设置计算公式（如果有间接测量结果Transformeditor）执行测试(Measure)图表分析、文件存档和打印人、机安全注意事项:A、操作之前，请注意将机器正确接地；B、检修之前，请注意按操作手册将C-V测试仪与电源线及其它设备断开；C、在测试仪器工作时，禁止触摸仪器的端口。（详细安全信息请详细阅读操作手册）五、实验数据处理已知：汞电极面积A=4.206×10-3cm21、由初始C-V曲线，可获得Cmax，利用式00rOXOXCAdεε=可求出氧化层厚度dox2、求界面态密度2111CLSSLCiiCCNCCqCC⎛⎞⎜⎟=−⎜⎟−−⎜⎟⎝⎠