【導讀】半導體行業一直在尋找新型特殊材料、介電解決方案和新型器件形狀，以進一步、再進一步縮小器件尺寸。例如，2D材料的橫向和縱向異質結構導致了新的顛覆性小型低功率電子器件的產生。

半導體行業一直在尋找新型特殊材料、介電解決方案和新型器件形狀，以進一步、再進一步縮小器件尺寸。例如，2D材料的橫向和縱向異質結構導致了新的顛覆性小型低功率電子器件的產生。

在為半導體器件電氣特點編製準確的報告時，比如特殊的NANO-FETs
，業內的科研人員
、科學家和工程師都麵臨著一個共同的問題。當需要證明能夠實際上以簡便的
、可重複的方式控製這些參數時，這個問題會變得更糟。

從觸摸屏顯示器控製的4200A電氣參數表征係統

低電流範圍內電氣表征的典型問題是：必需確定低功率/低漏流MOSFET在不同條件下可實現的器件性能。

測量至關重要
，因為它們識別具體指標(FoM)，而這些指標會證實或否認特定應用內的有效行為。例如
，n型FETs要求評估不同源極、漏極和柵極電壓值上的打開和關閉漏極電流。FoMs可能會在不同應用間變化，但獲得指標的方式基本相同：提供精確受控的以一定方式變化的電壓或電流，同時準確地獲得電壓和電流測量，並與每個具體可變變量相關聯。

在實踐中，通過使用一定數量的源測量單元(SMUs)，也ye就jiu是shi能neng夠gou在zai測ce量liang電dian流liu和he電dian壓ya的de同tong時shi提ti供gong電dian流liu或huo電dian壓ya的de專zhuan門men儀yi器qi，可ke以yi解jie決jue這zhe個ge問wen題ti。但dan實shi用yong的de解jie決jue方fang案an看kan上shang去qu準zhun備bei妥tuo當dang時shi
，許xu多duo隱yin藏zang的de“細節”可能會導致問題和誤導性結果
，我們來看一下。

這些應該自問的關鍵問題

越(yue)來(lai)越(yue)常(chang)見(jian)的(de)是(shi)，工(gong)程(cheng)師(shi)會(hui)落(luo)入(ru)忘(wang)了(le)從(cong)整(zheng)體(ti)上(shang)仔(zai)細(xi)查(zha)看(kan)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)的(de)陷(xian)阱(jing)。或(huo)者(zhe)更(geng)好(hao)一(yi)點(dian)
，他(ta)們(men)清(qing)楚(chu)地(di)看(kan)到(dao)自(zi)己(ji)的(de)器(qi)件(jian)，他(ta)們(men)清(qing)楚(chu)地(di)看(kan)到(dao)自(zi)己(ji)的(de)儀(yi)器(qi)


，但(dan)看(kan)不(bu)到(dao)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)的(de)東(dong)西(xi)。例(li)如(ru)，我(wo)經(jing)常(chang)看(kan)到(dao)示(shi)波(bo)器(qi)用(yong)戶(hu)忘(wang)了(le)使(shi)用(yong)探(tan)頭(tou)到(dao)達(da)特(te)定(ding)測(ce)試(shi)點(dian)
，來(lai)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)板(ban)。對(dui)那(na)些(xie)被(bei)提(ti)醒(xing)考(kao)慮(lv)探(tan)頭(tou)對(dui)信(xin)號(hao)影(ying)響(xiang)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)，他(ta)們(men)一(yi)般(ban)仍(reng)會(hui)忘(wang)記(ji)探(tan)頭(tou)引(yin)線(xian)對(dui)測(ce)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)，以(yi)及(ji)與(yu)信(xin)號(hao)耦(ou)合(he)有(you)關(guan)的(de)問(wen)題(ti)。

“那麼，這真有關係嗎?”他們會問。遺憾的是，確實有關係
，我們必需考慮這些影響。

對DC表征應用，風險是類似的。即使我們使用複雜昂貴的探測站係統器件來完成物理探，SMUs仍須強製施加電壓、測量電流，通過電纜連接到探頭卡上。這是否意味著我們應該認為電纜可能影響我們的測量結果呢？

不管答案是什麼

，重要的是在繼續處理前你都要自己問一下這個問題。更重要的是
，要確保回答是正確的。

CMOS製造中的精密測量，是說明連接能力重要性的典型實例。事實上，連接能力意味著在測試係統中增加電容。由於當今MOSFETs是在較寬的擴展頻率範圍內表征的，因此必須認真考慮增加的電容導致的任何影響。

我們先看一下連接對電容的影響。參數(自動化)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)一(yi)般(ban)使(shi)用(yong)三(san)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)連(lian)接(jie)，這(zhe)是(shi)源(yuan)測(ce)量(liang)測(ce)試(shi)單(dan)元(yuan)與(yu)被(bei)測(ce)器(qi)件(jian)之(zhi)間(jian)非(fei)常(chang)典(dian)型(xing)的(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)連(lian)接(jie)實(shi)例(li)。三(san)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)是(shi)一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)，它(ta)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)外(wai)部(bu)銅(tong)纜(lan)法(fa)拉(la)第(di)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)來(lai)絕(jue)緣(yuan)傳(chuan)導(dao)信(xin)號(hao)的(de)部(bu)分(fen)。即(ji)使(shi)法(fa)拉(la)第(di)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)降(jiang)低(di)了(le)電(dian)纜(lan)的(de)分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)容(rong)
，但(dan)在(zai)電(dian)纜(lan)總(zong)長(chang)變(bian)得(de)有(you)意(yi)義(yi)時(shi)
，電(dian)纜(lan)增(zeng)加(jia)的(de)電(dian)容(rong)仍(reng)會(hui)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)。

我們看一個實際應用，比如測試係統必須表征n-MOSFET晶體管。在這個應用中，我們使用基於SMU的測試係統，追蹤所謂的I-V曲線，這有時也稱為“輸出特點” 或“傳遞特點”。我們把柵極電壓編程為前向和後向掃描(如前所述，使用SMU)，同時測量漏極電流(也使用SMU)。

通tong過guo這zhe些xie曲qu線xian
，我wo們men可ke以yi采cai集ji有you用yong的de數shu據ju，精jing確que建jian立li晶jing體ti管guan傳chuan導dao力li激ji活huo和he去qu激ji活huo模mo型xing，分fen析xi這zhe些xie特te征zheng什shen麼me時shi候hou體ti現xian線xian性xing度du或huo進jin入ru飽bao和he行xing為wei，確que定ding自zi熱re效xiao應ying對dui這zhe些xie參can數shu和he曲qu線xian可ke能neng會hui產chan生sheng多duo大da的de位wei移yi。

當表征需要建立載流子
、電子或孔眼（在狀態之間跳動，根據多種條件修改其遷移性）的行為模型時
，測量係統會以四線(或遠程傳感)配置連接DUT，並使用三同軸電纜。

看一下四線配置的三同軸電纜連接
，總長度對應Force Hi和Sense Hi電纜長度之和。根據三同軸電纜的電容/米(pF/m)指標
，我們可以計算出
，用兩條三同軸電纜把SMU連接到器件端子上，長度為20米(10米+ 10米)，保護電容約為2 nF，屏蔽電容約為6 nF。

在這些情況下，SMU的靈敏度在測量弱電(一般在納安級)的傳遞特點時沒有意義
，因為電容電纜負載會導致振蕩。SMU不僅要有靈敏度，還必須能夠保持電纜負載導致的有效電容

，或者把SMU連接到DUT的任何引線的負載。

否則
，靈敏度就沒有用
，SMU隻會產生有噪聲的振蕩讀數。

使用兩個SMU與使用兩個4211-SMU通過開關矩陣測得的FET的Id-Vd曲線對比。

能(neng)夠(gou)確(que)定(ding)測(ce)試(shi)電(dian)容(rong)是(shi)否(fou)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)正(zheng)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)關(guan)鍵(jian)。在(zai)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，吉(ji)時(shi)利(li)應(ying)用(yong)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)寶(bao)貴(gui)的(de)谘(zi)詢(xun)服(fu)務(wu)
，確(que)保(bao)客(ke)戶(hu)避(bi)免(mian)陷(xian)阱(jing)。在(zai)設(she)置(zhi)中(zhong)有(you)長(chang)連(lian)接(jie)電(dian)纜(lan)時(shi)，或(huo)者(zhe)在(zai)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)和(he)DUT之間有開關矩陣時
，或者DUT或卡盤要求進行納安級測量時，最好複核設置，尋求顧問和建議。

為關鍵量程提供的最新解決方案

麵對這些極具挑戰性的特殊情況，必需在測量中使用特定的SMUs模塊。吉時利推出了一種專用版SMU，可以用於類似4200A-SCS參數分析儀的參數分析係統中。

SMUs特別適合連接LCD測試站、探頭、開關矩陣或任何其他大型測試儀或複雜的測試儀。

4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU(選配4200-PA前置放大器)支持穩定的弱電測量，即使是在長線纜連接導致較高的測試連接電容時。

事實上，這些模塊可以供電並測量容性超過當今1,000倍的係統。例如，如果電流電平為1 ~ 100 pA (微微安)，那麼最新的吉時利模塊會穩定在1 µF (微法拉)的負載電容上。相比之下
，最大負載電容競品在測量穩定性劣化前隻能容忍1,000 pF (微微法拉)

，換句話說，比吉時利模塊差1,000倍。

高阻抗應用C-V測量

總結

持續改進測量技術必不可少，以優化半導體材料
，在集成晶體管中實現低接觸電阻、專門的形狀和獨特的結構。GaN晶(jing)體(ti)管(guan)在(zai)未(wei)來(lai)功(gong)率(lv)電(dian)子(zi)中(zhong)的(de)成(cheng)功(gong)，與(yu)鑄(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)中(zhong)采(cai)用(yong)的(de)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)緊(jin)密(mi)相(xiang)關(guan)。一(yi)方(fang)麵(mian)，柵(zha)極(ji)寬(kuan)度(du)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)電(dian)容(rong)較(jiao)低(di)，所(suo)以(yi)要(yao)考(kao)慮(lv)任(ren)何(he)其(qi)他(ta)有(you)意(yi)義(yi)的(de)電(dian)容(rong)影(ying)響(xiang)，比(bi)如(ru)電(dian)纜(lan)和(he)連(lian)接(jie)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)容(rong)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，通(tong)過(guo)改(gai)善(shan)SMU耐受高電容的能力，提供更高的測量穩定性，它們也克服了這些問題。

關於泰克科技

泰克公司總部位於美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創新
、精確、操作簡便的測試、測量和監測解決方案
，解決各種問題
，釋放洞察力
，推動創新能力。70多年來，泰克一直走在數字時代前沿。

（來源：泰克科技）

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