超快速IV測試技術(shù)-半導(dǎo)體器件特性測試的變革

超快速IV測量技術(shù)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(dāng)做直流伏安測試的標(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(xué)的發(fā)展，科學(xué)家和工程師發(fā)現(xiàn)越來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具有更快的測量速度，但是由于SMU在設(shè)計上的一些局限性，使得SMU無法提供非?？焖俚牧繙y，于是基于超快速IV量測技術(shù)的PMU就應(yīng)運而生。這里將介紹測試單元PUM和超快速IV量測技術(shù)給半導(dǎo)體器件特性分析帶來的革命性的變化。

　　圖1 量測技術(shù)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(zhǔn)確的測量結(jié)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)確的電流測量，而且連線也特別復(fù)雜。示波器在設(shè)計之初就沒有為精確的IV量測提供服務(wù)。

　　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(yuǎn)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(yīng)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。