測試應(yīng)用快速擴(kuò)大陣列持續(xù)推動(dòng)源測量單元儀器技術(shù)

對于電流低于1毫微安培的應(yīng)用，選擇泄露電流最小并支持所需電壓的連接器非常重要。這也是吉時(shí)利公司的源數(shù)據(jù)表，如237型高壓源測量單元、2636A型雙通道系統(tǒng)源數(shù)據(jù)表以及6430型亞FA程控?cái)?shù)據(jù)源表，都使用三軸連接器的原因。標(biāo)準(zhǔn)的三軸連接器可以在1500V高壓下安全運(yùn)行，并涵蓋這些儀表的輸出電壓容量。不過，使用三軸連接器的最大益處是將漏電流減到最小，實(shí)際上通過保護(hù)測試信號，幾乎可以杜絕漏電流。

解釋受保護(hù)三軸連接能夠消除漏電流的最簡單方法是將其與未受保護(hù)得同軸連接進(jìn)行比較。同軸連接是在中心導(dǎo)體周圍包裹一層屏蔽，二者之間是絕緣層。SMU的HI信號施加到中心導(dǎo)體，LO信號加于屏蔽層，如圖5所示。

圖5: 未受保護(hù)的同軸連接

在同軸連接中，中心導(dǎo)體和屏蔽層之間的絕緣體形成阻抗路徑(RL)，它以并聯(lián)方式與待測器件(RDUT)相連。這個(gè)額外的電流路徑產(chǎn)生漏電流(IL)，疊加到通過待測器件的電流(IDUT)，得到測量電流(IM)。

假設(shè)RDUT是200GΩ，測試電壓是200V。根據(jù)歐姆定律(I = V/R)可知，預(yù)計(jì)通過待測器件的電流是200V/200GΩ = 1nA。同軸電纜絕緣體的典型阻抗大約是2TΩ/米，因此假設(shè)電纜長度是1米，那么由于電纜泄露流出的電流就是200V/2TΩ = 100pA。考慮到測量得到的電流是通過待測器件電流和漏電流之和，因此測量得到的電流是1.1nA (1nA + 100pA = 1.1nA)。因此，計(jì)算出來的電阻是181.818GΩ (200V/1.1nA = 181.818GΩ)，誤差為9.1% [(200GΩ – 181.818GΩ)/200GΩ * 100% = 9.1%]。隨著電纜長度的增加，泄露電阻也隨之減小，漏電流就更大;因此，在同軸連接中因泄露帶來的誤差就更大。

相反，利用三軸連接，中心導(dǎo)體被內(nèi)部屏蔽層和外部屏蔽層所包圍。與同軸連接相似，中心導(dǎo)體傳輸HI信號，外部屏蔽層傳輸LO信號。但是，內(nèi)部屏蔽層有一個(gè)專門用途：傳輸保護(hù)信號。

圖6: 受保護(hù)的三軸連接

保護(hù)信號由單位增益、低阻抗放大器驅(qū)動(dòng)，它隨著HI信號電壓而變化。通過使三軸線纜內(nèi)部屏蔽層電壓與中心導(dǎo)體電壓相同，那么中心導(dǎo)體與絕緣體(RL1)之間的電勢就是0V，從而杜絕了漏電流(IL)。

從上面的例子中可以看出，即使阻抗非常高的絕緣體也可以泄露較大的電流，并給測量結(jié)果帶來較大誤差。吉時(shí)利公司的源測量單元(SMU)(低電流)使用天然的三軸連接，確保從儀表到電纜端口之間不存在漏電流路徑。某些SMU使用匹配器將banana連接轉(zhuǎn)換為三軸連接。雖然這實(shí)現(xiàn)了從儀表到待測器件的直接連接，但儀表與適配器之間的連接仍無法得到保護(hù)，從而留下電流泄露路徑。如果儀表和適配器沒有定期清洗，那么操作員皮膚的油污就可能在端口之間形成相對低的阻抗，這將成為一個(gè)非常重要的問題。吉時(shí)利公司的源數(shù)據(jù)表使用天然的三軸連接，確保從根本上杜絕這些經(jīng)常被忽視的泄露路徑。

SMU技術(shù)領(lǐng)先

吉時(shí)利公司目前的SMU技術(shù)領(lǐng)先地位是從20世紀(jì)80年代以來數(shù)十年的儀表工程設(shè)計(jì)和開發(fā)努力的結(jié)果，包括一系列廣泛的SMU相關(guān)專利：

利用N溝道和P溝道FET實(shí)現(xiàn)范圍變化(5,144,154)

利用電流/電壓限制實(shí)現(xiàn)電壓/電流源控制(5,039,934)

電流控制高壓固態(tài)開關(guān)(5,146,100)

受保護(hù)的印制電路板島(5,490,325)

測試接觸點(diǎn)連接檢查方法與電路(5,886,530)

遙控儀表接觸檢查(5,999,002)

利用二次反饋實(shí)現(xiàn)失靈SMU的范圍變更(具有二次反饋的源測量單元，消除范圍變更其間的瞬變) (6,262,670)

低噪聲電源變壓器(7,009,486)

自動(dòng)確定范圍的電流分流(自配置電流測量) (7,276,893)

源測量電路(阻抗遮蓋) 7,202,676

大容量載荷測試(7,800,380)

測試儀表網(wǎng)絡(luò)(動(dòng)態(tài)TSP-Link網(wǎng)絡(luò)細(xì)分(DTNS)) (7,680,621)

目前，吉時(shí)利擁有測量與測試業(yè)界技術(shù)最先進(jìn)儀表SMU生產(chǎn)線，推出4種不同種類的源測量單元(SMU)，涵蓋從臺式測試到大吞吐量生產(chǎn)測試等多種測試，具有最廣泛的動(dòng)態(tài)范圍。

• 237型高壓SMU具有10fA、10µV測量靈敏度，高達(dá)1100V源和測量電壓。它是作為230系列產(chǎn)品之一于20世紀(jì)80年代推出的，目前237型SMU仍然用于高壓參數(shù)測試領(lǐng)域，包括雙極-CMOS-DMOS (BCD)技術(shù)的工藝控制和可靠性監(jiān)控。

• 6430型亞fA程控源數(shù)據(jù)表集成了SMU的電壓和電流源以及測量功能，比靜電計(jì)靈敏度更高、噪聲更低、輸入阻抗更高。高達(dá)10aA的靈敏度使得它成為測試實(shí)驗(yàn)室評估試驗(yàn)組件的重要儀器，適合低電流、高阻抗或高靈敏度半導(dǎo)體測量。其低噪聲和低漂移特性還使得它非常適合單電子器件、高阻抗納米線和納米管、聚合物以及其他高阻抗納米材料的科學(xué)研究。

• 2400系列源數(shù)據(jù)表性價(jià)比高，適合臺式 (交互) 以及速度較低的集成系統(tǒng)測試。公司最新推出2401型低壓源數(shù)據(jù)表，這樣2400系列產(chǎn)品就可以為研究人員和系統(tǒng)構(gòu)建人員提供8種不同的儀表級解決方案，滿足其動(dòng)態(tài)范圍需求。這些方案提供的測量范圍寬泛，不存在儀表局限性，可以滿足各種測量要求。

• 2600A系列系統(tǒng)源數(shù)據(jù)表集測量速度、測量完整性以及系統(tǒng)級吞吐量于一體，適合高速生產(chǎn)測試系統(tǒng)以及PC控制測試臺應(yīng)用。公司最新推出的2651A型儀表，使得該系列產(chǎn)品支持高達(dá)200W DC和2000W的脈沖測試需求。

結(jié)束語

吉時(shí)利公司將繼續(xù)鞏固和擴(kuò)大SMU的領(lǐng)先地位，為用戶提供各種重要測量工具，滿足其直流特性分析和測量需求。