利用吉時(shí)利4200-SCS型優(yōu)化小電流測(cè)量的最佳解決方案
許多關(guān)鍵應(yīng)用都需要能夠測(cè)量小電流的能力——比如pA級(jí)或更小。這些應(yīng)用包括確定FET的柵極漏流、測(cè)試敏感的納米電子器件,以及測(cè)量絕緣體或電容的漏流。
4200-SCS型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)配備可選的4200-PA型遠(yuǎn)程前置放大器時(shí),可提供非常卓越的小電流測(cè)量能力,分辨率達(dá)1E–16A。成功測(cè)量小電流不僅依賴(lài)于使用非常靈敏的安培計(jì),例如4200-SCS型,而且還取決于系統(tǒng)的交互測(cè)試環(huán)境(KITE)軟件進(jìn)行正確設(shè)置、使用低噪聲夾具和電纜連接、留有足夠的建立時(shí)間,以及采用能夠防止不希望的電流降低測(cè)量準(zhǔn)確度的技術(shù)。本文介紹利用吉時(shí)利4200-SCS型優(yōu)化小電流測(cè)量的最佳解決方案。
測(cè)量系統(tǒng)中的偏移電流
將系統(tǒng)配置為進(jìn)行超低電流測(cè)量的前幾步之中有一步是確定整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的偏移和漏泄電流,包括4200-SCS本身、連接電纜、開(kāi)關(guān)矩陣、測(cè)試夾具和探針。這可確定整個(gè)系統(tǒng)的噪底限值,并設(shè)置一個(gè)開(kāi)始點(diǎn),如果可能的話(huà)則進(jìn)行改進(jìn)。從測(cè)量源測(cè)量單元(SMU)的偏移開(kāi)始,然后繼續(xù)增加測(cè)量電路組件,直到連接了除被測(cè)裝置(DUT)之外的全部組件。直接由帶有4200-PA遠(yuǎn)程前置放大器的4200-SMU利用KITE軟件進(jìn)行測(cè)量。
II分析系統(tǒng)優(yōu)化小電流測(cè)量——內(nèi)部偏移
對(duì)于理想的安培計(jì),當(dāng)其輸入端子保持開(kāi)路時(shí),其讀數(shù)應(yīng)為零。然而,現(xiàn)實(shí)中的安培計(jì)在輸入開(kāi)路時(shí)確實(shí)存在小電流。這一電流被稱(chēng)為輸入偏移電流,是由于有源器件的偏置電流以及流過(guò)儀器中絕緣體的漏泄電流產(chǎn)生的。SMU內(nèi)產(chǎn)生的偏移電流已包括在吉時(shí)利4200-SCS型的技術(shù)指標(biāo)中。如圖1所示,輸入偏移電流增加至被測(cè)電流,所以?xún)x表測(cè)量的是兩個(gè)電流之和。
圖1.SMU的輸入偏移電流
測(cè)量每個(gè)帶有4200-PA前置放大器的4200-SMU的偏移時(shí),F(xiàn)orceHI和SenseHI端子上除金屬帽外不連接任何東西。這些三銷(xiāo)金屬帽已包含在系統(tǒng)中。在進(jìn)行所有測(cè)量之前,SMU應(yīng)該在帶有連接至前置放大器的ForceHI和SenseHI端子的金屬帽的條件下,預(yù)熱至少1個(gè)小時(shí)。如果系統(tǒng)安裝有7.1版或更高版本的KTEI,可采用以下目錄中名稱(chēng)為“LowCurrent”的項(xiàng)目測(cè)量偏移電流:C:S4200kiuserProjectsLowCurrent
打開(kāi)該項(xiàng)目,選擇SMU1offsetITM。點(diǎn)擊圖表標(biāo)簽,并運(yùn)行測(cè)試。結(jié)果應(yīng)類(lèi)似于圖2所示的圖形??赡苄枰米詣?dòng)縮放(AutoScale)功能適當(dāng)縮放曲線(xiàn)。在圖形上右擊,即可找到自動(dòng)縮放功能。4200-PA前置放大器連接至SMU時(shí),偏移電流應(yīng)該在fA級(jí)。電流偏移可為正或負(fù)。根據(jù)公布的4200-SCS型的安培計(jì)技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)證這些結(jié)果。
利用獨(dú)立ITM對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)SMU重復(fù)該項(xiàng)測(cè)試。LowCurrent項(xiàng)目具有可對(duì)帶有前置放大器的4個(gè)SMU進(jìn)行偏移電流測(cè)量的ITM。
運(yùn)行7.1版本之前的KTEI軟件的系統(tǒng)也很容易測(cè)量偏移電流。請(qǐng)按照以下步驟創(chuàng)建測(cè)試,對(duì)SMU1進(jìn)行測(cè)量:
1.在已創(chuàng)建的項(xiàng)目中,打開(kāi)一個(gè)用于一般2端器件的新DevicePlan(器件規(guī)劃)。
創(chuàng)建一個(gè)名稱(chēng)為SMU1Offset的新ITM。為端子A選擇SMU1,端子B選擇GNDU。
圖2.SMU1的偏移電流測(cè)量
1.在Definition標(biāo)簽頁(yè)中進(jìn)行如下設(shè)置:
SMU源測(cè)量配置:電壓偏置0V,10pA固定電流量程。
Timing菜單:靜音速度,采樣模式,0s間隔,20個(gè)樣本,1s保持時(shí)間,選中使能時(shí)標(biāo)。
公式計(jì)算器:創(chuàng)建一個(gè)公式,利用標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)量噪聲,NOISE=STDDEV(A1)。
再創(chuàng)建一個(gè)公式測(cè)量平均偏移電流:AVGCURRENT=AVG(A1)。
2.在Graph標(biāo)簽頁(yè)中進(jìn)行如下設(shè)置(在圖形上右擊):
定義圖形:X軸:時(shí)間
Y1軸:電流(A1)
數(shù)據(jù)變量:選擇在圖形上顯示NOISE。選擇在圖形上顯示AVGCURRENT。
完成配置后,保存測(cè)試并運(yùn)行。結(jié)果應(yīng)類(lèi)似于圖2所示的圖形。對(duì)系統(tǒng)中的全部SMU重復(fù)該測(cè)試。
在KITE中執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)程序,可優(yōu)化輸入偏移電流技術(shù)指標(biāo)。如需執(zhí)行SMU自動(dòng)校準(zhǔn),在KITE的工具菜單中點(diǎn)擊“SMUAutoCalibration”(SMU自動(dòng)校準(zhǔn))。進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)之前,使系統(tǒng)在上電后預(yù)熱至少60分鐘。除金屬帽之外,SMU的ForceHI和SenseHI端子上不應(yīng)連接任何東西。自動(dòng)校準(zhǔn)程序?qū)ο到y(tǒng)中全部SMU的全部源和測(cè)量功能調(diào)節(jié)電流和電壓偏移。請(qǐng)勿將其與全系統(tǒng)校準(zhǔn)混淆,后者應(yīng)每年在吉時(shí)利工廠(chǎng)進(jìn)行一次。
完成SMU自動(dòng)校準(zhǔn)后,即可重復(fù)進(jìn)行偏移電流測(cè)量。
III分析系統(tǒng)優(yōu)化小電流測(cè)量——外部偏移
確定了安培計(jì)的偏移電流后,將系統(tǒng)的其余部分逐步添加至測(cè)試電路,通過(guò)重復(fù)電流(0V)和時(shí)間圖,驗(yàn)證系統(tǒng)其余部分的偏移(利用圖3中所示的“AppendRun”按鈕)。最后,在“up”位置對(duì)探針末端或未連接器件的測(cè)試夾具進(jìn)行測(cè)量。該過(guò)程將有助于確定任何故障點(diǎn),例如短路的電纜或測(cè)量電路中的不穩(wěn)定性。然而,要意識(shí)到,連接和斷開(kāi)電纜都會(huì)在電路中產(chǎn)生電流。為了進(jìn)行超低電流測(cè)量,可能有必要在改變測(cè)試電路的連接后等待幾分鐘至幾個(gè)小時(shí),使雜散電流衰減。圖4中的圖形顯示的是以下條件下的偏移:1)SMU的ForceHI端子上戴有金屬帽;2)前置放大器上僅連接一根三軸電纜;3)通過(guò)吉時(shí)利7174A型小電流開(kāi)關(guān)矩陣至探針臺(tái),“up”位置有一個(gè)探針。
圖3.Append按鈕
圖4.整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的偏移電流測(cè)量
評(píng)論