SiC器件准静态C-V测量新思路：恒流激励法提升测试稳定性并解析界面电荷

电容-电压（C-V）测量是半导体材料与器件工艺表征的重要手段，广泛应用于 MOS 器件分析。借助 C-V 测试数据，可提取氧化物可动电荷、氧化层电容、界面陷阱、掺杂分布、平带电压、掺杂浓度、少数载流子寿命以及输入输出电容等多项关键器件参数。

传统准静态 C-V 测试大多依靠源测量单元（SMU）输出步进电压、采集响应电流完成测试，该方案在硅基 MOS 器件测试 中表现良好。但针对碳化硅MOS 器件，器件本身电容偏大，基于测电流的传统准静态方案容易出现测试结果失稳的问题。

为解决传统准静态测试中步进电压、电流采集带来的各类弊端，吉时利 4200A-SCS 参数分析仪推出恒流激励准静态 C-V（Force-IQSCV）测试技术：对被测器件施加恒定电流，采集电压与时间信息，换算得到电容值。该技术用于 SiC 功率 MOS 器件测试 具备多项优势：仅需单台配置前置放大器的 SMU 模块、测试速度更快、易于建立器件稳态条件、解决低输出阻抗模式下电容计算不稳定问题；支持开路补偿与漏电校准，测试数据与吉时利 595 准静态 C-V 表具备良好一致性，可开展基于正、反向扫描曲线提取界面陷阱密度 DIT 的相关研究，适合 20pF 以上大容量 器件测试 。

自 Clarius V1.14 版本起，Force-IQSCV 测试程序已集成至吉时利 4200A-SCS 配套软件测试库，运行该测试功能需使用带前置放大器的 SMU，是整套测试库中众多测试组件之一。

三步完成正向和反向准静态C-V扫描

进行 SiC 功率 MOSFET测试 时，SMU的ForceHI端连接器件栅极，ForceLO端连接短接在一起的漏极和源极。完整测试由三个步骤构成。

1. 预充电阶段：SMU 输出恒定正向电流，将器件电压从初始状态充电至用户设定最大电压 VMax，本阶段采集数据不参与电容计算。

2. 反向扫描：电压达到 VMax 后切换为负向恒定电流，持续采集器件电压直至电压降至 VMin，计算生成反向 C-V 曲线 Cr。

3. 正向扫描：再次切换为正向恒定电流，器件电压由 VMin 回升至 VMax，得到正向 C-V 曲线 Cf。

通过施加正负恒定电流，可以在一次测试流程中获得器件的正向和反向准静态C-V数据。正反向曲线之间出现的电压偏移、迟滞或局部峰值，还可以进一步反映器件内部电荷变化。

图 1 ： Force-IQSCV通过施加正负恒定电流并测量电压随时间的变化，分别获得SiCMOSFET的反向和正向C-V曲线。

在 Clarius中建立Force-IQSCV测试

从ClariusV1.14开始，Force-IQSCV测试已包含在4200A-SCS附带的软件测试库中。用户可以在Clarius测试库中搜索“force-IQSCV”或“qscv”，并根据测试对象选择：sic-mosfet-force-i-qscv，用于SiCMOSFET；sic-moscap-force-i-qscv，用于SiCMOS电容。

用户也可以通过UTM自定义测试，并调用QSCVulib用户库中的force_current_CV模块，建立适用于其他器件的测试项目。在配置界面中，主要需要设置SMU、施加电流、限压、最大和最小测试电压、最大测试时间、PLC积分时间等参数。同时，还可以根据测试需求启用漏电校准、电容偏移和开路补偿。

图 2 ： Clarius集成了SiCMOSFET及MOS电容的Force-IQSCV测试库，并支持测试电流、扫描电压、PLC及校准方式配置。

施加电流不是越大越好

对于SiCMOSFET，测试电流通常位于数百皮安至纳安范围。测试电流过低，器件充放电速度较慢，整个测量过程可能持续很长时间；测试电流过高，则可能仅采集少量数据点便达到限压，使测试提前终止。可将测试电流初步设置为待测最大电容数值的大约三分之一。例如，若预计最大电容约为2.4nF，则可以从约800pA的施加电流开始测试，再根据结果进行调整。

PLC决定噪声与测试速度的平衡

PLC参数用于调整测量积分时间，可以设置在0.01至10之间，通常使用1至6。增加PLC可以降低噪声，但也会延长测试时间，并改变相邻测量点之间的电压步长。为了获得较好的曲线分辨率，电压步长建议保持在50至100mV之间。

由于Force-IQSCV需要测量很小的电荷，对器件和测试连接进行静电屏蔽也非常重要。该方法的最小可测电容约为10至20pF，但更适合电容处于nF范围的SiC器件。

漏电与测试夹具电容如何影响测试结果？

在理想情况下，SMU施加的电流主要用于器件电容充放电。但实际SiC器件可能存在一定漏电流。如果漏电流在总施加电流中的占比过高，直接计算得到的电容便会产生误差。

Clarius提供漏电校准功能。启用后，软件首先利用恒定电流生成正向和反向C-V曲线，然后在对应电压点测量漏电流，最后根据测得的漏电流校正电容结果。

需要注意的是，用于器件充放电的位移电流必须高于漏电流，否则无法可靠完成校准。若校准后的曲线仍然存在较明显噪声，可以适当提高施加电流后重新测试。经过校准后，正向和反向曲线的整体关系更加清晰，能够降低漏电对结果的影响。

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