電容-電壓（C-V）測試廣泛用于測量半導體器件，尤其是MOSCAP和MOSFET結構的參數(shù)。但是，通過C-V測量還能夠對很多其他類型的半導體器件和工藝進行特征分析，包括雙極結型晶體管（BJT）、JFET、III-V族化合物器件、光電電池、MEMS器件、有機TFT顯示器、光電二極管、碳納米管（CNT）等。

這類測量的基本特征對于很多應用和培訓都是十分有用的。大學實驗室和半導體制造商通過這類測量可以評估新材料、工藝、器件和電路。C-V測量對于從事產品與良率改進工作的工程技術人員也是極其重要的，他們要負責改進工藝和器件的性能。可靠性工程師通過這類測量檢驗材料供應商的產品是否合格，監(jiān)測工藝參數(shù)，分析器件的失效機制。

采用適當?shù)姆椒?、儀器和軟件，我們可以測得很多半導體器件和材料的參數(shù)。從評估外延多晶的生長開始，這些信息在整個生產鏈中都會用到，包括平均摻雜濃度、摻雜分布、載流子壽命等參數(shù)。在圓片工藝中，通過C-V測量可以確定柵氧厚度、柵氧電荷、游離子（雜質）和界面阱密度。在另外一些工藝步驟之后還會用到這類測量，例如光刻、蝕刻、清洗、電介質與多晶硅沉積、金屬化。在圓片上完成整個器件制造工藝之后，還要在可靠性與基本器件測試階段通過C-V測量對閾值電壓和其他一些參數(shù)進行特征分析，對器件的性能進行建模。

半導體電容的物理特性
MOSCAP結構是半導體制造過程中的一種基本器件形態(tài)（如圖1所示）。雖然這類器件可以用于真正的電路中，但是一般將它們作為一種測試結構集成到制造工藝中。由于它們的結構簡單，制造過程容易控制，因此是一種十分方便的評估底層工藝的方法。

圖1. 在P型襯底上構成的MOSCAP結構的C-V測量電路

圖1中的金屬/多晶硅層是電容的一極，二氧化硅是絕緣體。由于絕緣層下面的襯底是半導體材料，因此它本身并不是電容的另一極。實際上，多數(shù)電荷載流子是電容的另一極。從物理上來看，電容C取決于下列公式中的各個變量：

C = A (κ/d)，其中

A是電容的面積， κ是絕緣體的介電常數(shù)， d是電容兩極之間的間距。

因此，參數(shù)A 和κ越大，絕緣體的厚度越薄，電容的值就越大。一般而言，半導體電容值的量級為納法到皮法，或者更小。

進行C-V測量時，通常在電容兩端施加直流偏壓，同時利用一個交流信號進行測量（如圖1所示）。一般地，這類測量中使用的交流信號頻率在10KHz到10MHz之間。所加載的直流偏壓用作直流電壓掃描，驅動MOSCAP結構從累積區(qū)進入耗盡區(qū)，然后進入反型區(qū)（如圖2所示）。

圖2. 在C-V測試中獲取的MOSCAP結構直流偏壓掃描結果

較強的直流偏壓會導致襯底中的多數(shù)載流子聚積在絕緣層的界面附近。由于它們無法穿越絕緣層，因此隨著電荷在界面附近不斷聚積，累積區(qū)中的電容達到最大值（即參數(shù)d達到最小值）。如圖1所示。從C-V累積測量中可以得到的一個基本參數(shù)是二氧化硅的厚度tox。

隨著偏壓的降低，多數(shù)載流子被從柵氧界面上排斥走，從而形成了耗盡區(qū)。當偏壓反相時，電荷載流子偏離氧化層的距離最大，電容達到最小值（即d達到最大值）。根據這一反型區(qū)電容，我們可以確定多數(shù)載流子的數(shù)量。MOSFET晶體管也具有類似的基本原理，只是它們的物理結構和摻雜情況更加復雜。

在將直流偏壓掃過圖2中三個區(qū)的過程中，我們還可以得到很多其他參數(shù)。采用不同的交流信號頻率可以反映更多的詳細信息。低頻測試可以反映所謂的準靜態(tài)特征，而高頻測試則可以表征晶體管的動態(tài)性能。這兩類C-V測試都是經常會用到的。