CVU（Capacitance–Voltage Unit）とは
～半導体デバイスのC–V測定に特化した専用測定モジュール～
■ 定義
CVU（Capacitance–Voltage Unit）とは、半導体デバイスや絶縁膜構造などの静電容量とバイアス電圧の関係（C–V特性）を測定するために特化した計測ユニットです。
「C–V測定器」とも呼ばれ、MOSキャパシタ、ダイオード、トランジスタなどの電気的特性評価に幅広く使用されます。
CVUは主に、静電容量の高精度測定回路 + 可変DCバイアスソース + 周波数掃引回路から構成され、ドーピングプロファイル・しきい値電圧・界面準位密度などの抽出に活用されます。
■ 主な機能と測定パラメータ
機能 | 説明 |
|---|---|
高分解能容量測定 | 数fF～μFレベルまで測定可能 |
DCバイアス印加（正/負） | ±数十Vまでの掃引に対応 |
AC信号印加 | 高周波（例：1 MHz）で微小信号印加 |
周波数可変 | 数kHz～数MHzまで掃引し、周波数依存性を評価 |
等価回路切替（Cs–Rs, Cp–Rp） | デバイス構造に応じた測定モード選択 |
■ 測定対象例
対象デバイス | 測定内容 |
|---|---|
MOSキャパシタ | 酸化膜容量（Cox）、Vfb、Vth、Dit評価 |
ダイオード | PN接合容量、拡散深さ、ドーピングプロファイル |
IGBT/MOSFET | 入力容量（Ciss）、帰還容量（Crss）、ゲートリーク |
MEMS/センサ構造 | センサ応答による静電容量変化検出 |
薄膜・絶縁膜 | 材料の誘電率、膜厚変動の評価 |
■ CVUの構成要素
モジュール | 機能 |
|---|---|
AC測定回路 | 微小容量の測定（LCR原理に準拠） |
DCバイアス回路 | スイープ可能なバイアス印加（±40Vなど） |
信号分離回路 | AC信号とDC信号を合成／分離 |
等価回路演算機能 | Cs–Rs、Cp–Rp換算および1/C²処理など |
■ 測定画面例（典型的なC–Vカーブ）
容量 ↑
| ╭─────蓄積（C ≈ Cox）
| /
| /
| ╯ 空乏領域
| ╮
| ╰───反転領域（Cmin）
+--------------------------→ バイアス電圧
■ CVUとLCRメーターの違い
項目 | CVU | LCRメーター |
|---|---|---|
測定対象 | 半導体デバイス（MOS/PN） | パッシブ部品（C/R/L） |
特徴 | バイアス掃引によるC–V曲線評価 | 定常容量の評価が中心 |
バイアス制御 | DCバイアス掃引が可能 | 外部電源が必要な場合も |
主な解析 | Vth、Dit、ドーピング密度など | C/Q/Dなどの周波数依存性 |
■ 代表的な応用例
パワーMOSFETのCiss/Coss/Crss特性測定
IGBTやダイオードの寄生容量の定量評価
MEMSセンサ構造の可動部応答検出
MOSデバイスの界面準位密度評価（Dit）
ウェハレベルでのドーピングプロファイル管理
■ まとめ
項目 | 内容 |
|---|---|
定義 | 静電容量とDCバイアスの関係（C–V特性）を測定する専用ユニット |
主な機能 | 高感度容量測定、DCバイアス掃引、周波数制御、等価回路演算 |
用途 | MOS構造評価、ドーピング解析、パワーデバイス容量測定など |
関連測定器 | TECHMIZE TH512 |
