超快速IV測(cè)試技術(shù)-半導(dǎo)體器件特性測(cè)試的變革

超快速IV測(cè)量技術(shù)是過(guò)去十年里吉時(shí)利推出的最具變革性的方法和儀器，吉時(shí)利一直以其高精度高品質(zhì)的SMU即原測(cè)試單元而著稱，吉時(shí)利的原測(cè)試單元在過(guò)去的三十年里一直被當(dāng)做直流伏安測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，一些著名的產(chǎn)品例如236、237、240、2600、4200都被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光電、光伏、納米材料等行業(yè)，如2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者所研究的石墨硒就是使用吉時(shí)利的原測(cè)試單元進(jìn)行量測(cè)的。

　　隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家和工程師發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的器件具有瞬態(tài)效應(yīng)，例如功率的瞬態(tài)效應(yīng)會(huì)在1微秒內(nèi)完成，這些瞬態(tài)效應(yīng)往往瞬態(tài)即逝，難以捕捉。為了研究這些效應(yīng)就需要SMU具有更快的測(cè)量速度，但是由于SMU在設(shè)計(jì)上的一些局限性，使得SMU無(wú)法提供非?？焖俚牧繙y(cè)，于是基于超快速IV量測(cè)技術(shù)的PMU就應(yīng)運(yùn)而生。這里將介紹測(cè)試單元PUM和超快速IV量測(cè)技術(shù)給半導(dǎo)體器件特性分析帶來(lái)的革命性的變化。

　　圖1 量測(cè)技術(shù)時(shí)間精度對(duì)比

　　使用超快速IV量測(cè)的目的

　　SMU即原測(cè)試單元由四個(gè)部分組成：電壓源、電流源、電壓表和電流表，SMU可以輸出電壓測(cè)量電流，也可以輸出電流測(cè)量電壓。需要強(qiáng)調(diào)的是，SMU內(nèi)部集成的四個(gè)儀表都是直流的高精度儀表，吉時(shí)利最高精度的SMU可以分辨0.01fA的電流和1µV的電壓。為了得到如此高的測(cè)量精度，SMU使用的AV轉(zhuǎn)換是積分模式的，如果您使用過(guò)SMU，您一定知道SMU是需要積分概念的，積分時(shí)間的單位是PLC，一個(gè)PLC等于20個(gè)毫秒，要得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，就需要在至少一個(gè)PLC內(nèi)做積分，這樣看來(lái)SMU是一個(gè)測(cè)得準(zhǔn)但測(cè)得很慢的儀器。

　　另外一種使用AD轉(zhuǎn)換模式的儀器是數(shù)字示波器。數(shù)字示波器使用的AD轉(zhuǎn)換是差分模式，這種模式可以提供非常高的測(cè)量速度，但相對(duì)于SMU，示波器的測(cè)量精度就慘不忍睹，事實(shí)上多數(shù)示波器只能測(cè)量電壓，而電壓的測(cè)量能準(zhǔn)確到一個(gè)毫伏就很好了。如果用示波器來(lái)測(cè)量電流通常有兩種方式，一個(gè)是使用電流探頭，另外一個(gè)是測(cè)量已知組織電阻兩端的電壓，這兩種方法都不能得到準(zhǔn)確的電流測(cè)量，而且連線也特別復(fù)雜。示波器在設(shè)計(jì)之初就沒(méi)有為精確的IV量測(cè)提供服務(wù)。

　　從另外一個(gè)角度來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，精度和速度就像魚(yú)和熊掌永遠(yuǎn)不可兼得，精度需要犧牲速度來(lái)?yè)Q取，反之亦然。另外，如果使用示波器來(lái)測(cè)量前面提到的器件的瞬態(tài)效應(yīng)還有另外一個(gè)問(wèn)題，示波器沒(méi)有內(nèi)部的信號(hào)機(jī)理，脈沖發(fā)生器就是用來(lái)提供高速率的信號(hào)機(jī)理的，但是脈沖發(fā)生器只能提供信號(hào)機(jī)理，而不能進(jìn)行信號(hào)的測(cè)試，只有把脈沖發(fā)生器和示波器做在一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)SMU能實(shí)現(xiàn)的量測(cè)。