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温度依存C–V特性とは

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温度依存C–V特性とは

～温度変化によって変動する半導体デバイスのC–V挙動～

■ 定義

**温度依存C–V特性（Temperature-Dependent Capacitance–Voltage Characteristics）**とは、MOS構造やpn接合などの半導体デバイスにおいて、温度変化がC–V測定結果に与える影響や傾向を指す用語です。
静電容量は空乏層やキャリア分布に依存するため、温度変化によってキャリア濃度・界面状態・トラップ応答などが変化し、C–V特性が大きく変動します。

■ 主な影響メカニズム

要因 説明 影響例
✅ キャリアの熱励起 高温でキャリア濃度が増加 空乏層の減少 → 容量増加
✅ トラップの応答性 高温でトラップが応答可能に Ditの測定感度が向上
✅ 酸化膜電荷の再分布 長時間加熱で移動イオンが活性化 平坦バンド電圧（Vfb）のシフト
✅ しきい値電圧の変化 温度によりVthが変動 MOSFET特性の安定性に影響

■ 測定例：MOS構造のC–V変化（温度依存）

lua
C ↑
│ 低温 → 蓄積領域が拡大
│ ╱
│ ╱
│ ╯ 高温 → 空乏領域が狭くなる
│ ╮
│ ╰── 反転容量
+------------------------→ ゲートバイアスV

■ 温度依存測定の活用シーン

分野 活用例
✅ パワーデバイス開発（SiC/GaN） 高温動作時のC–V安定性、界面準位の温度応答評価
✅ 信頼性試験（BTI/HCI） 高温ストレス前後のC–V比較による劣化解析
✅ 新材料開発 酸化膜や絶縁膜の温度耐性と電荷保持特性の検証
✅ センサ評価 温度とキャリア密度・感度の相関確認

■ 測定ポイントと注意事項

項目 ポイント
✅ 温度範囲の安定制御 サーマルチャックや加熱ステージによる±1℃以下の制御
✅ プロービング精度 熱膨張による接触ズレ防止対策が必要
✅ 周波数選定 高周波でトラップ影響を排除 or 低周波であえて感度強調
✅ 測定速度 温度変化の影響を受ける前に迅速にデータ取得

■ 高温C–V測定対応機器例（T&M取り扱い）

製品名 特長
TECHMIZE TH512 高分解能C–V測定器、±100Vバイアス対応、温度制御対応モデルあり
温調プローバー（加熱ステージ付） 25～150℃の安定制御、プローブズレ補正機構付き
C–V測定ソフトウェア 温度プロファイル＋測定自動化、ΔVth解析機能付き

■ まとめ

項目 内容
定義 温度変化に伴う半導体デバイスのC–V特性変動
影響因子 キャリア密度、トラップ応答、酸化膜電荷の再配置など
測定用途 パワーデバイス評価、界面準位解析、信頼性試験
注意点 温度安定性、プローブ接触、周波数選定