超越規(guī)格：更高電流的供給與測(cè)量

圖2 使用一臺(tái)SMU產(chǎn)生10A脈沖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用脈沖性能驗(yàn)證，工程師設(shè)置了4臺(tái)組合SMU的脈沖掃描并取P-N二極管DUT上的I-V曲線(xiàn)（如圖3所示）。值得注意的是，一臺(tái)SMU的DC掃描達(dá)到3A與一臺(tái)SMU的脈沖掃描達(dá)到10A的相關(guān)性。從而，工程師將可實(shí)現(xiàn)的I-V曲線(xiàn)擴(kuò)展至40A。

圖3 I-V曲線(xiàn)

此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了4臺(tái)SMU通道和脈沖組合在二端器件（電阻器和二極管）上實(shí)現(xiàn)40A的有效性。通過(guò)修改，該技術(shù)在用于測(cè)試高功率MOSFET等三端器件時(shí)同樣有效。

使用多臺(tái)SMU的脈沖掃描方法時(shí)，以下幾種實(shí)施因素對(duì)于最大程度提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

● 使用源回讀：SMU的源和測(cè)量功能內(nèi)建在同一單元中，因此能用其測(cè)量電路回讀施加電壓的真實(shí)值。源電壓的設(shè)置值與施加到DUT的實(shí)際電壓不一定相等；使用多臺(tái)并行的SMU，源的偏移量可能累加達(dá)到很大，所以使用源回讀能清晰了解實(shí)際的源電平，而不僅僅是設(shè)置電壓。

● 四線(xiàn)測(cè)量：四線(xiàn)（Kelvin）測(cè)量在進(jìn)行大電流測(cè)試時(shí)非常必要，因?yàn)榇思夹g(shù)通過(guò)將兩條極高阻抗的電壓感測(cè)（SENSE）線(xiàn)接至DUT，避開(kāi)了測(cè)試線(xiàn)壓降。由于SENSE線(xiàn)上的電流非常小，從SENSE端子看到的電壓基本等于未知電阻兩端的電壓。在40A電流條件下，即便測(cè)試線(xiàn)纜有極低的電阻，如10mΩ，都會(huì)產(chǎn)生0.4V的壓降。所以，如果SMU在40A電流條件下施加1V電壓并且線(xiàn)纜電阻為10mΩ并采用兩條測(cè)試線(xiàn)，那么DUT可能僅得到0.2V的電壓，其中測(cè)試線(xiàn)纜上有0.8V的壓降。

與主要影響源值的源回讀不同，4線(xiàn)測(cè)量由于消除了可能影響測(cè)量結(jié)果的載流線(xiàn)壓降，所以能得到準(zhǔn)確度高得多的源值和測(cè)量值。

● 每個(gè)DUT節(jié)點(diǎn)只放置一個(gè)電壓源：在許多測(cè)試序列中，電壓掃描（施加電壓）和測(cè)量電流（FVMI）很常見(jiàn)。在一臺(tái)以上的SMU并行連接至器件一個(gè)端子的情況下，就將全部SMU置為電壓源模式并測(cè)量電流。但是，必須考慮以下三個(gè)因素：

① 輸出電壓的SMU處于極低阻抗?fàn)顟B(tài)。

② DUT的阻抗可能高于處在電壓源模式下SMU的阻抗。DUT的阻抗可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的，并且在測(cè)試序列期間會(huì)改變。

③ 即使當(dāng)全部并行的SMU都設(shè)置輸出同等電壓時(shí)，SMU之間存在著與儀器電壓源準(zhǔn)確度有關(guān)的微小變化，這意味著SMU通道之一會(huì)比其他通道的電壓略低（毫伏級(jí)的幅度）。所以，如果3臺(tái)并行的SMU連接到DUT的一個(gè)端子，并且每臺(tái)SMU施加電壓和輸出接近最大值的電流，并且DUT處于高阻態(tài)，那么所有電流將流向輸出電壓略低的那臺(tái)SMU并很可能損壞它。因此，當(dāng)并行的SMU連至DUT的一個(gè)端子時(shí)，必須僅一臺(tái)SMU輸出電壓。參見(jiàn)圖4，了解并行SMU連接的正確方法和錯(cuò)誤方法。

圖4 并行SMU連接的錯(cuò)誤配置和正確配置

圖4a：這種錯(cuò)誤配置可能出現(xiàn)高電流并損壞源電壓略低于其他SMU的那臺(tái)SMU。圖4b:這種準(zhǔn)Kelvin配置，雖然不存在和第一種配置同樣的儀器損壞風(fēng)險(xiǎn)，但引入了附加的測(cè)量誤差，該誤差必須記入系統(tǒng)誤差計(jì)劃中，而且限制了此SMU的最大輸出。圖4c:這種“混合”方法能防止SMU損壞并支持增加SMU電流源，以達(dá)到應(yīng)用的電流源要求。

● 減輕由于接觸故障造成過(guò)高能耗：當(dāng)兩臺(tái)具有同等輸出容量的SMU并行接到電路的單個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，一臺(tái)SMU必須能吸收另一臺(tái)SMU輸出的全部電流。例如，當(dāng)其中一條測(cè)試線(xiàn)斷開(kāi)與器件的連接時(shí)（例如，當(dāng)測(cè)試線(xiàn)突然斷開(kāi)或接觸不當(dāng)時(shí)），有可能出現(xiàn)這種情況。這意味著，在一小段時(shí)間內(nèi)，一臺(tái)SMU必須吸收另一臺(tái)SMU的電流。但是，當(dāng)兩臺(tái)以上的SMU并聯(lián)至一個(gè)電路節(jié)點(diǎn)時(shí)，一臺(tái)SMU就不能吸收其他SMU的全部電流。如果與器件的連接斷開(kāi)，被迫吸收電流的SMU正處于最低電位或最低阻抗，而且很有可能正在輸出電壓。為了保護(hù)施加電壓SMU的信號(hào)輸入，可以使用諸如1N5820的二極管。推薦使用二極管的原因是因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲反應(yīng)太慢了，不能提供保護(hù)，而且使用電阻器將造成電阻器上的壓降過(guò)大。二極管的響應(yīng)比保險(xiǎn)絲快得多，而且其上的最大壓降比電阻器小得多（典型值約為1V）。但是，為了讓這種方法真正安全，必須使用二極管保護(hù)所有在電路配置中的SMU。這是因?yàn)?，如果DUT進(jìn)入高阻狀態(tài)，那么電流源試圖將電流施加到正在輸出電壓的SMU，但是這種情況對(duì)于采用二極管保護(hù)的正在輸出電壓的SMU來(lái)說(shuō)不可能出現(xiàn)。這會(huì)使輸出電流的SMU提高其輸出電壓，直至達(dá)到其電壓極限。一旦出現(xiàn)這種情況，電流源將不得不順應(yīng)并成為電壓源。這就意味著，現(xiàn)在有多個(gè)并行的電壓源。即使它們的電壓極限設(shè)置為完全相同，但是它們的輸出還可能略微不同并有可能互相損壞。