MOSキャパシタのコンダクタンス測定

MOSキャパシタのコンダクタンス測定

MOSキャパシタの測定でいう「コンダクタンス法（Conductance Method）」は、MOS構造に交流信号を印加し、周波数を変えながら得られるコンダクタンス (G) から、半導体中の界面準位（Interface Trap）などの特性を評価する測定方法です。

1. MOSキャパシタで何を見るのか

MOSキャパシタは、基本的に

Metal ― Oxide ― Semiconductor

の構造になっています。

特に半導体評価では、

• 酸化膜容量 Cox

• MOS容量 C

• 界面準位密度 Dit

• 界面準位による損失（コンダクタンス）

• 酸化膜品質

などを評価します。

2. なぜ「コンダクタンス」を測るのか

理想的なコンデンサなら、交流信号を加えてもエネルギーを消費しないため、基本的には

Y = jωC

となり、実数成分であるコンダクタンス (G) はゼロです。

しかし、実際のMOSキャパシタには界面準位（Interface Trap）があります。

界面準位は、交流信号に応じて

電子を捕獲 → 放出 → 捕獲 → 放出

を繰り返します。

この過程でエネルギー損失が発生するため、測定されるアドミタンスには

• 容量成分 C

• コンダクタンス成分 G

の両方が現れます。

つまり、

「コンダクタンスを周波数の関数として測定することで、MOS界面の欠陥を評価する」

というのがコンダクタンス法の基本的な考え方です。

3. インピーダンスアナライザでは何を測定する？

インピーダンスアナライザでは、MOSキャパシタに例えば

DCバイアス + AC信号

を加えます。

そして周波数を掃引して、

G(f)　や　C(f)

を測定します。

例えば、

のようなデータを取得します。

MOSキャパシタの場合、さらにDCバイアス電圧を変化させることも重要です。

つまり、

周波数掃引 × DCバイアス掃引

を行うことで、MOSの状態を詳しく評価できます。

4. コンデンサの「損失」との違い

コンデンサの損失ESRと少し似ていますが、目的が異なります。

一般的なコンデンサでは、

「このコンデンサの損失はどの程度か？」

を見るためにESRやD（Dissipation Factor）を測定します。

一方、MOSキャパシタのコンダクタンス法では、

「半導体と酸化膜の界面にどの程度の界面準位が存在するか？」

を調べることが主目的です。

したがって、MOSキャパシタのコンダクタンス測定では、単純に「Gが小さいほど良い」というだけではなく、Gの周波数依存性が非常に重要になります。

5. 代表的な評価対象：界面準位密度 Dit

コンダクタンス法の大きな目的が界面準位密度 Dit の評価です。

界面準位が多いと、電子の捕獲・放出による損失が大きくなり、特定の周波数領域でコンダクタンスが増加します。

そのため、

G/ω ― 周波数

などの関係を解析して、界面準位の状態を推定します。

6. 実際の測定イメージ

インピーダンスアナライザでは以下のような測定が可能です。

インピーダンスアナライザ

↓ DC Bias + AC測定信号

MOSキャパシタ

↓

C・G測定

↓

周波数特性を取得

↓

界面準位・酸化膜品質を評価

すなわち、

「C-V測定 + G-V測定 + 周波数依存性 → MOS界面状態の評価」

半導体評価用途としての測定が可能です。

7. C-V法との関係

MOSキャパシタでは、C-V法とコンダクタンス法をセットで考えると理解しやすいです。

インピーダンスアナライザでは、

「C-V測定だけでなく、G-f測定を行ってコンダクタンス法による界面準位評価」

が可能です。