二極管泄漏電流及MOSFET亞閾區(qū)電流的測(cè)量

中心議題：

• 二極管的泄漏電流的測(cè)量
• MOSFET的亞閾區(qū)電流的測(cè)量

解決方案：

• 采用源-測(cè)量單元測(cè)量二極管的泄漏電流
• 采用兩臺(tái)SMU來(lái)測(cè)量MOSFET的亞閥區(qū)電流

測(cè)試半導(dǎo)體器件和晶圓片（Wafer）常常要涉及到測(cè)量小電流。其中有些測(cè)試工作包括各種泄漏電流的測(cè)量。另一些對(duì)于晶圓片級(jí)半導(dǎo)體的弱電流測(cè)量則通常與介電材料（氧化物或化合物）的質(zhì)量有關(guān)。這些弱電流測(cè)量工作常常使用靜電計(jì)或源-測(cè)量單元。本文將介紹使用源-測(cè)量單元測(cè)量二極管的泄漏電流以及MOSFET的亞閾區(qū)電流（sub-thresh old current）。

二極管的泄漏電流

在理想的情況下，二極管的反向電流應(yīng)當(dāng)為零。然而，實(shí)際上確實(shí)存在著反向電流。衡量二極管質(zhì)量的一個(gè)方面就是在規(guī)定的反向偏置電壓下的泄漏電流。

圖1 示出如何使用236型或6430型SMU來(lái)測(cè)量二極管的泄漏電流。236型SMU能夠以10fA的分辨率測(cè)量電流，并且輸出需要的偏置電壓。6430型SMU的分辨率為10aA。源-測(cè)量單元還可以測(cè)量其它的二極管參數(shù)，包括正向電壓降和擊穿電壓。

圖1 源-測(cè)量單元與二極管的連接

為了避免靜電干擾引起的誤差，應(yīng)當(dāng)將二極管放在屏蔽的測(cè)試夾具（test fixture）內(nèi)。該裝置還能提供對(duì)光的遮蔽。由于二極管的結(jié)對(duì)光敏感，這一點(diǎn)也是很重要的。

各種MOSFET測(cè)試都要求進(jìn)行弱電流的測(cè)量。這些測(cè)試包括柵極漏電、泄漏電流與溫度的關(guān)系、襯底對(duì)漏極的漏電和亞閾區(qū)電流等。

亞閾區(qū)電流測(cè)試常常在晶圓片級(jí)進(jìn)行。它是表示器件打開(kāi)和關(guān)閉的快慢程度的參數(shù)。圖2示出測(cè)量亞閾區(qū)電流的典型測(cè)試設(shè)置情況。在此配置中，4200型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)配備了2個(gè)SMU和前置放大器。使用一個(gè)SMU來(lái)提供恒定的漏-源電壓(VDS)，并測(cè)量產(chǎn)生的漏極電流（IDS）。另一個(gè)SMU用來(lái)掃描柵-源電壓（VGS）。對(duì)這個(gè)SMU來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)將鉗位電流或測(cè)量電流值設(shè)置為固定測(cè)量量程上的最高期望的柵極電流。

圖2 使用二臺(tái)SMU來(lái)測(cè)量亞閥區(qū)電流

圖3是一個(gè)增強(qiáng)型MOSFET的IDS對(duì)VGS曲線。該曲線是在4200- SCS型半導(dǎo)體特性測(cè)試系統(tǒng)上得到的。

圖3 增強(qiáng)型MOSFET的IDS-VGS曲線