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4200 SMU應(yīng)用實例篇:高測試連接電容下穩(wěn)定測試弱電流


  來源: 泰克科技 時間:2019-12-20 編輯:清風
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源測量單元(SMU)是一種可以提供電流或電壓,并測量電流和電壓的儀器。SMU用來對各種器件和材料進行I-V表征,是為測量非常靈敏的弱電流,同時提供或掃描DC電壓而設(shè)計的。但是,在擁有長電纜或其他高電容測試連接的測試系統(tǒng)中,某些SMU可能不能在輸出上容忍這樣的電容,從而產(chǎn)生有噪聲的讀數(shù)和/或振蕩。


泰克日前為Keithley 4200A-SCS參數(shù)分析儀推出兩款最新源測量單元(SMU)模塊。


4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU(選配4200-PA前置放大器)可以進行穩(wěn)定的弱電流測量,包括在高測試連接電容的應(yīng)用中也非常穩(wěn)定,例如使用非常長的三芯同軸電纜來連接器件的應(yīng)用。與其他靈敏的SMU相比,4201-SMU和4211-SMU的最大電容指標已經(jīng)提高,這些SMU模塊用于可配置的Model 4200A-SCS參數(shù)分析儀,使用Clarius+軟件進行交互控制。


本文探討了4201-SMU和4211-SMU可以進行穩(wěn)定的弱電流測量的多種應(yīng)用實例,包括測試:平板顯示器上的OLED像素器件、長電纜MOSFET傳遞特點、通過開關(guān)矩陣連接的FET、卡盤上的納米FET I-V測量、電容器泄漏測量。


實例1:平板顯示器上的OLED像素器件測試


在測量平板顯示器上的OLED像素器件的I-V曲線時,通常會通過開關(guān)矩陣把SMU連接到LCD探測站上,這時會采用非常長的三芯同軸電纜(一般在12-16m)。


圖1是采用Keithley S500測試系統(tǒng)的典型的平板顯示器測試配置。S500是一種自動參數(shù)測試儀,它可以量身定制,通常用來測試平板顯示器。對圖中所示的情況,S500中的SMU通過開關(guān)矩陣連接到探測站,然后探測卡再把測試信號連接到玻璃平板上的DUT。由于使用非常長的電纜進行連接,所以如果測量技術(shù)和儀器使用不當,就會導(dǎo)致弱電流測量不穩(wěn)定。


圖1. 使用Keithley S500測試系統(tǒng)測試平板顯示器的配置圖


如圖2示,在使用傳統(tǒng)SMU通過16m三芯同軸電纜連接到DUT上時,OLED器件兩個I-V曲線中的飽和曲線(橙色曲線)和線性曲線(藍色曲線)都不穩(wěn)定。但是,使用4211-SMU在DUT的漏極端子上重復(fù)這些I-V測量時,I-V曲線穩(wěn)定了,如圖3所示。


圖2.傳統(tǒng)SMU測得OLED飽和及線性I-V曲線  圖3. 4211-SMU測得OLED的飽和及線性I-V曲線


實例2:長電纜nMOSFET傳遞特點測試


可以使用兩個SMU生成n型MOSFET的Id-Vg曲線。一個SMU掃描柵極電壓,另一個SMU測量漏極電流。圖4是典型測試電路的電路示意圖,其中使用20m三芯同軸電纜把SMU連接到器件端子上。


圖4. 使用兩個SMU測量MOSFET的I-V特點


圖5顯示了使用兩個傳統(tǒng)SMU及使用兩個4211-SMU測量的傳遞特點。藍色曲線(使用兩個傳統(tǒng)SMU獲得)在曲線中顯示了振蕩,特別是在弱電流及改變電流范圍時。紅色曲線是使用兩個4211-SMU得到的電流測量,非常穩(wěn)定。


圖5. 使用傳統(tǒng)SMU和4211-SMU及20m三芯同軸電纜生成的nMOSFET Id-Vg曲線


實例3:通過開關(guān)矩陣連接的FET測試


測試通過開關(guān)矩陣連接的器件時,可能會面臨很大挑戰(zhàn),因為要求額外的線纜。三芯同軸電纜用來把SMU連接到開關(guān)矩陣上,再從開關(guān)矩陣連接到DUT。圖6顯示了典型的電路圖,其中兩個SMU使用遠程傳感連接開關(guān)矩陣。使用遠程傳感(4線測量)而不是本地傳感(2線測量),要求每個SMU連接兩條電纜,由于電纜是平行的,所以這會使SMU輸出的電容提高一倍。


圖6. 通過707B開關(guān)矩陣把SMU連接到DUT的簡化示意圖


在這種情況下,SMU使用2m電纜連接到開關(guān)矩陣的行(輸入)上;開關(guān)矩陣的列(輸出)使用5m電纜連接到配線架上。然后再使用另一條1m電纜從配線架連接到探頭,所以從一個SMU到DUT的三芯同軸電纜的總長度是:(2 x 2 m) + (2 x 5 m) + (1 m) = 15 m。除了三芯同軸電纜外,開關(guān)矩陣本身也增加了電容,在計算測試系統(tǒng)總電容時可能需要包括進去。


在測量通過開關(guān)矩陣連接的FET器件的輸出特點時,使用兩個4211-SMU較使用兩個傳統(tǒng)SMU的結(jié)果明顯改善。在這項測試中,其中一個SMU被偏置恒定柵極電壓,另一個SMU掃描漏極電壓,測量得到的漏極電流。使用兩個傳統(tǒng)SMU (藍色曲線)和兩個4211-SMU (紅色曲線)生成的漏極電流相對于漏極電壓關(guān)系曲線如圖7所示。


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