交流阻抗電容計(jì)以及交流阻抗參數(shù)的測(cè)量方法

交流阻抗表[1]，也稱為L(zhǎng)CR表[2]（電感[L]、電容[C]、電阻[R]），利用一個(gè)自動(dòng)平衡電橋保持電容的檢測(cè)端交流假接地，從而測(cè)量復(fù)阻抗。這類電表通常的頻率范圍為1kHz到10MHz。


交流電源、交流伏特計(jì)、交流安培計(jì)
圖1.交流阻抗表
這類電表（如圖1所示）工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。它通過(guò)在高電流輸出端（HCUR）施加一個(gè)交流電壓來(lái)測(cè)量交流阻抗[3]。通過(guò)低電流端（LCUR）測(cè)量流過(guò)器件的電流，通過(guò)高低電位端（HPOT和LPOT）測(cè)量器件上的電壓降。電壓和電流的測(cè)量采用了能夠精確判斷二者之間相位角的鎖相方式[4]。通過(guò)測(cè)量幅值和相位角，就可以計(jì)算出任意所需的交流阻抗參數(shù)。

其中： Z=阻抗 θ=相位角 R=電阻 X=電抗 Y=導(dǎo)納 G=電導(dǎo) B=電納

Z、θ——阻抗與相位角
R+jX——電阻與電抗
Cp-Gp——并聯(lián)電容和電導(dǎo)
Cs-Rs——串聯(lián)電容和電阻
Cp-D——并聯(lián)電容和耗散因子
Cs-D——串聯(lián)電容和耗散因子
圖2.基本的交流阻抗參數(shù)

要得到基本交流阻抗參數(shù)就必須測(cè)量阻抗的幅值，在圖2中表示為“Z”。還需要測(cè)量電流和電壓之間的相位角，表示為θ。因此，在極坐標(biāo)方式下，這一阻抗就是相角為θ的Z。但我們還可以從數(shù)學(xué)上將其轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)的形式，即表示為R+jX。其中R是實(shí)數(shù)部分，即同相阻抗矢量，jX是虛數(shù)部分，即相位阻抗矢量偏轉(zhuǎn)90°，它也是電容矢量。我們甚至可以從數(shù)學(xué)上將極坐標(biāo)和直角坐標(biāo)形式轉(zhuǎn)化為實(shí)際的電容和電阻值。
有兩種常用的交流阻抗模型：并聯(lián)模型和串聯(lián)模型。在并聯(lián)模型中，結(jié)果表示為并聯(lián)電容（Cp）和并聯(lián)電導(dǎo)（Gp）。在串聯(lián)模型中，結(jié)果表示為串聯(lián)電容（Cs）和串聯(lián)電阻（Rs）。耗散因子（D），即實(shí)阻抗與虛阻抗的比值，是從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)出的另外一個(gè)常用參數(shù)。當(dāng)測(cè)量晶圓上的電容時(shí)，我們通常要看耗散因子，因?yàn)樗桥袛嘧罱KC-V測(cè)量質(zhì)量的最佳指標(biāo)。無(wú)論采用哪種交流阻抗模型，耗散因子都很容易計(jì)算出來(lái)。