超快速IV測試技術-半導體器件特性測試的變革

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

　　隨著科學的發(fā)展，科學家和工程師發(fā)現(xiàn)越來越多的器件具有瞬態(tài)效應，例如功率的瞬態(tài)效應會在1微秒內(nèi)完成，這些瞬態(tài)效應往往瞬態(tài)即逝，難以捕捉。為了研究這些效應就需要SMU具有更快的測量速度，但是由于SMU在設計上的一些局限性，使得SMU無法提供非常快速的量測，于是基于超快速IV量測技術的PMU就應運而生。這里將介紹測試單元PUM和超快速IV量測技術給半導體器件特性分析帶來的革命性的變化。

　　圖1 量測技術時間精度對比

　　使用超快速IV量測的目的

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

　　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量速度，但相對于SMU，示波器的測量精度就慘不忍睹，事實上多數(shù)示波器只能測量電壓，而電壓的測量能準確到一個毫伏就很好了。如果用示波器來測量電流通常有兩種方式，一個是使用電流探頭，另外一個是測量已知組織電阻兩端的電壓，這兩種方法都不能得到準確的電流測量，而且連線也特別復雜。示波器在設計之初就沒有為精確的IV量測提供服務。

　　從另外一個角度來看待這個問題，精度和速度就像魚和熊掌永遠不可兼得，精度需要犧牲速度來換取，反之亦然。另外，如果使用示波器來測量前面提到的器件的瞬態(tài)效應還有另外一個問題，示波器沒有內(nèi)部的信號機理，脈沖發(fā)生器就是用來提供高速率的信號機理的，但是脈沖發(fā)生器只能提供信號機理，而不能進行信號的測試，只有把脈沖發(fā)生器和示波器做在一個測試系統(tǒng)內(nèi)，才能實現(xiàn)SMU能實現(xiàn)的量測。