3 章節所提到量測電容的電容值，另一個方法就是用網路分析儀 (Vector Network Analyzer, VNA)儀器來量測，其所表示的參數有S參數、Z參數…

不等的參數表示法。而這一章節正是用 5.5.1 章節所量到的S參數及Z參數來探討 Al/HfO2/Si浮接（Floating）電容，而此Al/HfO2/Si浮接電容是用VNA的Port1 及Port2 來量測並使用" De-embedded "方法，量測到實際Al/HfO2/Si浮接電容端點。因為從

Fig. 4-6 得知其可變電容在-4V~-2V的偏壓電壓下電容值有劇烈的改變，而其餘的

電壓區域為-10V~-4V以及 0V~+10V的電壓偏壓下所量到的S參數及Z參數分別與 -4V~0V所量到的相似，在此並不多做在-10V~-4V以及 0V~+10V的電壓偏壓所量到 的S參數及Z參數的探討。

因為使用網路分析儀來量測待測物，可以得到不同頻率下的參數，所以在此

論文實驗是用 2port來量測Al/HfO2/Si浮接電容在不同偏壓下的頻率特性。因為 Al/HfO2/Si浮接電容是用VNA的Port1 及Port2 所量測到的，所以要先知道S參數的 定義：

Al/HfO2/Si浮接電容的Z11 相位在 100 MHz以下是負的、100 MHz~200 MHz之間的 Z11 相位是正的、200 MHz~300 MHz之間的Z11 相位是負的以及 300 MHz~ 400 MHz之間的Z11 相位是正的。並可發現偏壓電壓-4 V~ 0 V時，Al/HfO2/Si浮接電容 的Z11 相位都是幾乎一樣的。

Fig. 4-17 Al/HfO2/Si浮接電容在偏壓電壓為-4 V~0 V所量到的Z11 相位圖。

Fig. 4-18 是説明Al/HfO2/Si浮接電容在不同的偏壓電壓下所量到的S11，

⎟⎠

電路之間的反射係數； 是Colpitts電路之輸入阻抗，而 是Colpitts電路輸入阻

抗之前的阻抗，也就是網路分析儀的特性阻抗 50 Ohm。因為 是網路分析儀的 特性阻抗50 Ohm為一正值。由S11 公式可得知，如果Al/HfO

Z

Z

Z

2/Si浮接電容在不同偏 壓下呈現不同的阻抗，所量到Al/HfO2/Si浮接電容的S11 是不一樣的。在Fig. 4-18 可以看出Al/HfO2/Si浮接電容在-4 V~0 V的偏壓下，Al/HfO2/Si浮接電容的S11 (dB) 在1 MHz~100 MHz區間有很大的變化；超過 100 MHz以後變化的區間漸漸縮小，

甚至在300 MHz以後的S11 都很相近。這代表著Al/HfO2/Si在-4V~0V偏壓下，其所 對應的S11 在 100 MHz以下有劇烈變化，這也就是說明Fig. 4-6 可以看到Al/HfO2/Si 電容在Depletion region時，Al/HfO2/Si浮接電容在-4 V~0 V的偏壓下的電容值變化 較劇烈；而在100 MHz~300 MHz 時，Al/HfO2/Si浮接電容在-4 V~0 V的偏壓下的 S11 變化較不劇烈，超過 300 MHz已無電容值的變化。

Fig. 4-18 Al/HfO2/Si浮接電容在偏壓電壓為-4 V~0 V所量到的S11 圖。

Fig. 4-19是說明Al/HfO2/Si浮接電容在不同的偏壓電壓下所量到的S21 圖，由 公式可知

1 0 2

2

21

= +

−

+

= V V

S V ，S21 是從網路分析儀的Port1 量到透射的電壓，從Port2 接收 到反射的電壓，S21 是Port1 至Port2 中間的電壓接收能力，若中間的待測物在某一 待測頻率下為一阻抗時，則S21 是代表Port1 至Port2 中間的功率接收能力。因為網 路分析儀是頻率不斷地發送接收，所以網路分析儀是可以看出待測物在每一個頻 率下的特性。若中間的待測物為一電容性待測物時，所量到的S21 會隨頻率而上 升，這是因為電容隨頻率的上升，越能夠使得接收功率越多，也就是S21 越大。在 Fig. 4-19中在100 MHz以下可看出兩點，第一點：Al/HfO2/Si在-4 V~0 V偏壓電壓 下越往高頻其S21 的相差值越小，越沒有電容值的變化。第二點：若是以電容器用 S21 表示，若待測物是一理想的電容器，其S21 會隨著頻率的增加而增加，因為待 測物並非一理想的電容性負載，而有寄生電感的產生便會隨頻率增加而增加電感 性效應，所以在某一頻率下S21 會在最高點，然後待測物的電感性便慢慢顯現而使 得S21 隨頻率增加而降低。所以由Fig. 4-19看來，Al/HfO2/Si浮接電容在-4 V~0 V 的偏壓下時，所量到的S21 在 100 MHz以下是有電容值的變化；但隨著頻率的增加 其變化率也變小。

Fig. 4-19 Al/HfO2/Si浮接電容在偏壓電壓為-4 V~0 V下所量到的S21 圖。

Fig. 4-20是說明Al/HfO2/Si浮接電容在不同的偏壓電壓下所量到的Z21 圖，由 公式可知

1 0 2

2

21

=

= I I

Z V ，Z21 是從網路分析儀的Port1 流過去的電流，從Port2 接收到 電壓，Z21 是Port1 至Port2 中間的阻抗，如果待測物是電容性負載，Z21 會隨頻率 的增加而下降，因為待測物並非一理想的電容性負載，而有寄生電感的產生便會 隨頻率增加而增加電感性效應，所以在某一頻率下Z21 會在最低點，然後待測物的 電感性便慢慢顯現而使得Z21 隨頻率增加而增加。由Fig. 4-20 可看出Al/HfO2/Si浮 接電容在-4 V~0 V的偏壓時，在 100 MHz以下所量到的Al/HfO2/Si浮接電容之Z21 隨頻率的增加而下降，這是因為在100 MHz以下Al/HfO2/Si浮接電容呈現電容性，

也只有在電容性時，Z21 才會隨著頻率的增加。由此可知Al/HfO2/Si浮接電容在-4 V~0 V的偏壓電壓時，所量測到的Z21 在 100 MHz以下是會隨著頻率的增加而下 降，其各個偏壓電壓下Z21 隨著頻率的增加而減小Z21 的變化；亦即Al/HfO2/Si浮 接電容在-4 V~0 V的偏壓電壓下時，所量測到的Al/HfO2/Si浮接電容之Z21 在 100 MHz以下隨著頻率的增加，其電容性也隨之減小。Al/HfO2/Si浮接電容在在-4 V~0 V 的偏壓電壓下時，所量測到的Al/HfO2/Si浮接電容之Z21 在 100 MHz~200 MHz，其 Z21 隨著頻率的增加而呈現電感性的減少，另在 200 MHz~250 MHz其Z21 隨著頻 率的增加而減少電容性。值得注意的一點，不論Al/HfO2/Si浮接電容在偏壓電壓 -4V~0V時，所量測到的Al/HfO2/Si浮接電容在 100 MHz以後之Z21 的值都近似一 樣，也就是Al/HfO2/Si浮接電容在 100MHz之前，Z21 都不隨著電壓的變

化而有所改變，失去其隨偏壓電壓而改變的特性。

Fig. 4-20 Al/HfO2/Si浮接電容在偏壓電壓為-4 V~0 V下所量到的Z21 圖。

Chapter 5