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SMU之实例篇:高测试连接电容下稳定测试弱电流

日期:2019-12-20 03:11 作者:开心麻将

  源测量单元(SMU)是一种可以提供电流或电压,并测量电流和电压的仪器。SMU用来对各种器件和材料进行I-V表征,是为测量非常灵敏的弱电流,同时提供或扫描DC电压而设计的。但是,在拥有长电缆或其他高电容测试连接的测试系统中,某些SMU可能不能在输出上容忍这样的电容,从而产生有噪声的读数和/或振荡。

  4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU(选配4200-PA前置放大器)可以进行稳定的弱电流测量,包括在高测试连接电容的应用中也非常稳定,例如使用非常长的三芯同轴电缆来连接器件的应用。与其他灵敏的SMU相比,4201-SMU和4211-SMU的最大电容指标已经提高,这些SMU模块用于可配置的Model 4200A-SCS参数分析仪,使用Clarius+软件进行交互控制。

  本文探讨了4201-SMU和4211-SMU可以进行稳定的弱电流测量的多种应用实例,包括测试:平板显示器上的OLED像素器件、长电缆MOSFET传递特点、通过开关矩阵连接的FET、卡盘上的纳米FET I-V测量、电容器泄漏测量。

  在测量平板显示器上的OLED像素器件的I-V曲线时,通常会通过开关矩阵把SMU连接到LCD探测站上,这时会采用非常长的三芯同轴电缆(一般在12-16m)。图1是采用Keithley S500测试系统的典型的平板显示器测试配置。S500是一种自动参数测试仪,它可以量身定制,通常用来测试平板显示器。对图中所示的情况,S500中的SMU通过开关矩阵连接到探测站,然后探测卡再把测试信号连接到玻璃平板上的DUT。由于使用非常长的电缆进行连接,所以如果测量技术和仪器使用不当,就会导致弱电流测量不稳定。

  例如,如图2示,在使用传统SMU通过16m三芯同轴电缆连接到DUT上时,OLED器件两个I-V曲线中的饱和曲线(橙色曲线)和线性曲线(蓝色曲线)都不稳定。但是,使用4211-SMU在DUT的漏极端子上重复这些I-V测量时,I-V曲线所示。

  可以使用两个SMU生成n型MOSFET的Id-Vg曲线。一个SMU扫描栅极电压,另一个SMU测量漏极电流。图4是典型测试电路的电路示意图,其中使用20m三芯同轴电缆把SMU连接到器件端子上。

  图5显示了使用两个传统SMU及使用两个4211-SMU测量的传递特点。蓝色曲线(使用两个传统SMU获得)在曲线中显示了振荡,特别是在弱电流及改变电流范围时。红色曲线-SMU得到的电流测量,非常稳定。

  测试通过开关矩阵连接的器件时,可能会面临很大挑战,因为要求额外的线缆。三芯同轴电缆用来把SMU连接到开关矩阵上,再从开关矩阵连接到DUT。图6显示了典型的电路图,其中两个SMU使用远程传感连接开关矩阵。使用远程传感(4线测量)而不是本地传感(2线测量),要求每个SMU连接两条电缆,由于电缆是平行的,所以这会使SMU输出的电容提高一倍。

  在这种情况下,SMU使用2m电缆连接到开关矩阵的行(输入)上;开关矩阵的列(输出)使用5m电缆连接到配线架上。然后再使用另一条1m电缆从配线架连接到探头,所以从一个SMU到DUT的三芯同轴电缆的总长度是: (2 x 2 m) + (2 x 5 m) + (1 m) = 15 m。除了三芯同轴电缆外,开关矩阵本身也增加了电容,在计算测试系统总电容时可能需要包括进去。

  在测量通过开关矩阵连接的FET器件的输出特点时,使用两个4211-SMU较使用两个传统SMU的结果明显改善。在这项测试中,其中一个SMU被偏置恒定栅极电压,另一个SMU扫描漏极电压,测量得到的漏极电流。使用两个传统SMU (蓝色曲线-SMU (红色曲线)生成的漏极电流相对于漏极电压关系曲线所示。在进行毫微安培测量时,使用传统SMU测量漏极电流会出现振荡(如蓝色曲线-SMU测量通过开关矩阵连接的FET的漏极电流时,测量结果稳定(如红色曲线所示)。

  图7. 使用两个传统SMU及两个4211-SMU测量通过开关矩阵连接的FET的Id-Vd曲线:拥有公共栅极和卡盘电容的纳米FET

  通过使用4201-SMU和4211-SMU,可以在纳米FET和2D FTE上进行稳定的弱电流测量。这些FET及其他器件有时会有一个器件端子通过探测站卡盘接触SMU。图8是纳米FET测试配置的典型电路图。在这个实例中,一个SMU通过卡盘连接到栅极端子。卡盘的电容最高达几毫微法拉第,可以由探测站制造商验证。在某些情况下,可能必需使用卡盘顶部的传导垫接触栅极。

  SMU可以使用同轴电缆或三芯同轴电缆连接到卡盘上,具体视探测站制造商而定。同轴电缆卡盘在测试电路中表示为负载电容,因为这个电容出现在SMU的Force HI与Force LO之间,如图中所示的实例。而带有三芯同轴电缆的卡盘则表示为电缆电容。

  在测量电容器泄漏时,需要对被测电容器应用一个固定电压,然后测量得到的电流。泄漏电流会随着时间呈指数级衰落,因此通常需要以已知时间周期应用电压,然后再测量电流。视被测的器件,测得的电流一般会非常小(通常10na)。图11是使用smu测量电容器泄漏的电路图。推荐在电路中使用串联二极管,以降低测量噪声。

  na)弱电流测量提供了理想的解决方案。这些smu特别适合在拥有高测试连接电容的测试电路中进行稳定的弱电流测量。与其他灵敏的smu相比,其最大电容指标已经提高。

  最新吉时利SMU模块解决了低电流、高电容的棘手测试挑战泰克科技公司日前宣布,为Keithley 4200A-SCS参数分析仪推出两款最新源测量单元(SMU)模块,即使在由于长电缆和复杂的测试设置而产生高负载电容时,其仍能执行低电流测量。许多主要测试应用都面临着这一挑战,如LCD显示器制造和卡盘上的纳米FET器件测试。在被测器件本身电容很小的情况下,许多低电流测量应用中所需要的测试设置也会增加SMU输出端的电容。当测试连接电容太大时,最终的低电流测量结果可能会变得不稳定。为解决这些挑战,新模块在提供电压和测量电流时,支持的电缆长度和连接电容都要超过传统SMU。最新4201-SMU和4211-SMU是为采用长电缆、开关矩阵、通过栅极接触卡盘及其他夹具发表于2019-11-13

  迎接3D传感测试挑战,泰克推出Keithley Model 2606B系统源表SMU

  中国北京2018年6月26日 – 全球领先的测量解决方案提供商——泰克科技公司日前推出Keithley Model 2606B系统数字源表仪器,该仪器将4条20W SMU通道集成到一个1U外形的机箱中。Model 2606B瞄准快速增长的3D传感制造行业,节省了有限的机架空间,在一台高集成的仪器中,同时融合了精密电压源、电流源、6位半DMM、任意波形发生器和脉冲发生器的功能。凭借已获专利的串联量程拓扑结构,Model 2606B每秒实现了最高20,000次操作,使其量程变化更快、更平滑,输出的稳定速度更快。在未来几年中,3D传感技术预计将在消费电子设备中变得日益常见,如智能手机,并将广泛部署于各种汽车和工业应用中。基于VCSEL

  新闻发布– 2018年1月30日–NI(美国国家仪器,National Instruments, 简称NI) 作为致力于为工程师和科学家提供基于平台的系统解决方案来应对全球最严峻工程挑战的供应商,今日宣布推出PXIe-4163高密度源测量单元(SMU),该测量单元提供了比以往NI PXI SMU高达6倍的直流通道密度,适用于测试RF、MEMS以及混合信号和其他模拟半导体元件。 NI全球销售和市场执行副总裁Eric Starkloff表示:“5G、物联网和自动驾驶汽车等革命性的技术发展给半导体企业带来持续的压力。无论是实验室环境还是生产车间,都需要采用更高效的半导体测试方法。半导体测试是NI的战略重点。我们正在扩展我们的软件平台

  自20年前推出SMU以来,源测量单元(SMUs)已演变成一个多用途的仪器类别,人们经常要求SMU解决电子行业应用的快速扩大阵列:半导体设备制造,工艺开发和产品研发/设计电子产品的生产验证,如便携式无线设备器件所需新型先进材料的生产和开发,如太阳能电池和高亮度LED几乎所有电子设备的测试应用程序在探讨定义SMU技术因素之前,精确定义SMU是什么(不是什么)会很有帮助。本质上讲,SMU是快速响应、能够回读电压和电流的源,具有高精度测量的能力,紧密地集成在单封闭机箱内。它们设计用于线路和设备评估,必须在测试设备上(DUT)施加一个直流信号,并且需要对被测信号做出响应。SMU具有四象限运行(图1)的能力,作为正负直流电源或吸收(负载

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