交流阻抗電容計以及交流阻抗參數(shù)的測量方法

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


交流電源、交流伏特計、交流安培計
圖1.交流阻抗表
這類電表（如圖1所示）工作原理相對簡單。它通過在高電流輸出端（HCUR）施加一個交流電壓來測量交流阻抗[3]。通過低電流端（LCUR）測量流過器件的電流，通過高低電位端（HPOT和LPOT）測量器件上的電壓降。電壓和電流的測量采用了能夠精確判斷二者之間相位角的鎖相方式[4]。通過測量幅值和相位角，就可以計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=導納 G=電導 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
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)就必須測量阻抗的幅值，在圖2中表示為“Z”。還需要測量電流和電壓之間的相位角，表示為θ。因此，在極坐標方式下，這一阻抗就是相角為θ的Z。但我們還可以從數(shù)學上將其轉(zhuǎn)化為直角坐標的形式，即表示為R+jX。其中R是實數(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)學上將極坐標和直角坐標形式轉(zhuǎn)化為實際的電容和電阻值。
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（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），即實阻抗與虛阻抗的比值，是從數(shù)學上推導出的另外一個常用參數(shù)。當測量晶圓上的電容時，我們通常要看耗散因子，因為它是判斷最終C-V測量質(zhì)量的最佳指標。無論采用哪種交流阻抗模型，耗散因子都很容易計算出來。