根據(jù)預(yù)想的模型電路，計(jì)算兩種類型的電容，Cs或Cp。電容Cs對(duì)應(yīng)于R+C（串聯(lián)）電路的電容，Cp對(duì)應(yīng)于R/C（并聯(lián)）電路的電容（圖1）。
本文演示了如何繪制電容與電壓（C-V）曲線。首先，以可變電容器作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)，展示了繪制電容的不同選項(xiàng)。討論了電路模型的選擇，并將Z Fit 擬合的電容值與該技術(shù)直接可用的電容值進(jìn)行了比較。其次，描述了光伏電池的典型C-V特性。
2. 實(shí)驗(yàn)條件
使用配備超低電流選項(xiàng)的SP-200或SP-300和EC Lab?軟件進(jìn)行研究。對(duì)于這兩個(gè)系統(tǒng)（即varia電容器和光伏電池），采用標(biāo)準(zhǔn)的雙電極連接進(jìn)行了研究。
可變電容器的特性如下所述：
-低壓可變電容雙二極管（NXP的BB201）。
-在0.5至11V的電壓范圍內(nèi)，電容在10至120 pF的范圍內(nèi)。
光伏電池的C-V特性是在一個(gè)由150 W氙燈（由ALX-150電源供電的MOS-200光源）照射的電池上進(jìn)行的。
3. 可變電容器的研究
3.1 R/C或R+C等效電路？
為了在R/C或R+C中選擇合適的等效電路，需要在較寬的頻率范圍（即3 MHz至1 mHz）上進(jìn)行EIS測(cè)量。設(shè)置如圖2所示。
IS測(cè)量結(jié)果為半圓（圖3），因此C-V研究考慮R/C模型（Cp變量）。R和C的擬合值分別為70歐姆和145 pF（圖4）。
3.2 C-V研究
采用了兩種SPEIS技術(shù)。一個(gè)在7 MHz到1 Hz的頻率范圍內(nèi)（設(shè)置如圖5所示），另一個(gè)在一個(gè)頻率下（設(shè)置與圖5所示類似，fi等于ff）。在323 kHz的頻率下進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)樵谠擃l率以上，可變電容器的響應(yīng)取決于頻率（圖6）。這些實(shí)驗(yàn)分別命名為SPEIS7MHz 1Hz和SPEIS323kHz。電壓掃描從0 V開(kāi)始，以200 mV的步長(zhǎng)上升到10 V。
SPEIS7MHz-1Hz允許用戶使用Zfit工具在不同頻率下擬合電容值C1（頻率選擇窗口如圖7所示）。圖8中的C1與實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)計(jì)算的Cp值進(jìn)行了比較。C1和Cp在低電壓下的值約為140 pF，在高電壓下的值約為20 pF。因此，比較表明，用Zfit計(jì)算的C1和直接在EIS技術(shù)中確定的Cp是相同的。
這些值與可變電容器數(shù)據(jù)表中描述的規(guī)格一致。
此外，SPEIS7MHz-1Hz和SPEIS323kHz分別持續(xù)6200秒和150秒。因此，以一個(gè)頻率執(zhí)行SPEIS可以節(jié)省時(shí)間。
（藍(lán)色-SPEIS323kHz；綠色-SPEIS7MHz-1Hz擬合值；紅色-SPEIS7MHz-1Hz）
4. 光伏電池的C-V曲線
對(duì)于光伏電池特性，電壓在3-7.5 V之間掃描，信號(hào)頻率為100 kHz（圖9）。根據(jù)以前的研究，考慮了R/C模型。所以繪制了Cp vs V曲線（圖10）。
C-V曲線顯示了3個(gè)區(qū)域：
-E<4V：累積區(qū)
-4V<E<6V：耗盡區(qū)
-E>6V：反轉(zhuǎn)區(qū)
可通過(guò)以下關(guān)系確定摻雜濃度N：
其中e是電子電荷（1.60 x 10-19 C），ε0是半導(dǎo)體介電常數(shù)（硅為1.03 x 10-12 F/cm）。A是光伏電池的表面，21 cm2 ，C是電容（F），E是電壓（V）。
由于C~2變量在可用變量列表中也可用（圖1），因此也可以繪制C-2與E的關(guān)系圖。該曲線的斜率引起摻雜濃度。
在這種情況下，斜率（通過(guò)線性擬合確定）為3.53 x 1015 F/V，因此摻雜濃度為1.64 x 1014 cm-3。該值與之前給出的值一致。
5. 結(jié)論
本文介紹了如何在不進(jìn)行任何擬合的情況下進(jìn)行電容測(cè)量。這有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
快速測(cè)量，只需一個(gè)頻率即可確定Cp或Cs。不需要完整的EIS光譜。
無(wú)后處理：無(wú)需阻抗擬合過(guò)程
EC-Lab的圖形包允許繪制不同類型的圖形，如對(duì)數(shù)間距的C與E、C-2與E，甚至更多…
可以通過(guò)PEISW技術(shù)跟蹤電容變化，這種技術(shù)對(duì)傳感器應(yīng)用也很有意義。
