圖1. 使用Keithley S500測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試平板顯示器的配置圖
圖2.傳統(tǒng)SMU測(cè)得OLED飽和及線(xiàn)性I-V曲線(xiàn)。 圖3. 4211-SMU測(cè)得OLED的飽和及線(xiàn)性I-V曲線(xiàn)。
實(shí)例2:長(zhǎng)電纜nMOSFET傳遞特點(diǎn)測(cè)試
可以使用兩個(gè)SMU生成n型MOSFET的Id-Vg曲線(xiàn)。一個(gè)SMU掃描柵極電壓,另一個(gè)SMU測(cè)量漏極電流。圖4是典型測(cè)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(gè)SMU測(cè)量MOSFET的I-V特點(diǎn)。
圖5顯示了使用兩個(gè)傳統(tǒng)SMU及使用兩個(gè)4211-SMU測(cè)量的傳遞特點(diǎn)。藍(lán)色曲線(xiàn)(使用兩個(gè)傳統(tǒng)SMU獲得)在曲線(xiàn)中顯示了振蕩,特別是在弱電流及改變電流范圍時(shí)。紅色曲線(xiàn)是使用兩個(gè)4211-SMU得到的電流測(cè)量,非常穩(wěn)定。
圖5. 使用傳統(tǒng)SMU和4211-SMU及20 m三芯同軸電纜生成的nMOSFET Id-Vg曲線(xiàn)。
實(shí)例3:通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET測(cè)試
測(cè)試通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的器件時(shí),可能會(huì)面臨很大挑戰(zhàn),因?yàn)橐箢~外的線(xiàn)纜。三芯同軸電纜用來(lái)把SMU連接到開(kāi)關(guān)矩陣上,再?gòu)拈_(kāi)關(guān)矩陣連接到DUT。圖6顯示了典型的電路圖,其中兩個(gè)SMU使用遠(yuǎn)程傳感連接開(kāi)關(guān)矩陣。使用遠(yuǎn)程傳感(4線(xiàn)測(cè)量)而不是本地傳感(2線(xiàn)測(cè)量),要求每個(gè)SMU連接兩條電纜,由于電纜是平行的,所以這會(huì)使SMU輸出的電容提高一倍。
圖6. 通過(guò)707B開(kāi)關(guān)矩陣把SMU連接到DUT的簡(jiǎn)化示意圖。
在這種情況下,SMU使用2m電纜連接到開(kāi)關(guān)矩陣的行(輸入)上;開(kāi)關(guān)矩陣的列(輸出)使用5m電纜連接到配線(xiàn)架上。然后再使用另一條1m電纜從配線(xiàn)架連接到探頭,所以從一個(gè)SMU到DUT的三芯同軸電纜的總長(zhǎng)度是: (2 x 2 m) + (2 x 5 m) + (1 m) = 15 m。除了三芯同軸電纜外,開(kāi)關(guān)矩陣本身也增加了電容,在計(jì)算測(cè)試系統(tǒng)總電容時(shí)可能需要包括進(jìn)去。
在測(cè)量通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET器件的輸出特點(diǎn)時(shí),使用兩個(gè)4211-SMU較使用兩個(gè)傳統(tǒng)SMU的結(jié)果明顯改善。在這項(xiàng)測(cè)試中,其中一個(gè)SMU被偏置恒定柵極電壓,另一個(gè)SMU掃描漏極電壓,測(cè)量得到的漏極電流。使用兩個(gè)傳統(tǒng)SMU (藍(lán)色曲線(xiàn))和兩個(gè)4211-SMU (紅色曲線(xiàn))生成的漏極電流相對(duì)于漏極電壓關(guān)系曲線(xiàn)如圖7所示。在進(jìn)行毫微安培測(cè)量時(shí),使用傳統(tǒng)SMU測(cè)量漏極電流會(huì)出現(xiàn)振蕩(如藍(lán)色曲線(xiàn)所示)。而在使用4211-SMU測(cè)量通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET的漏極電流時(shí),測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定(如紅色曲線(xiàn)所示)。
圖7. 使用兩個(gè)傳統(tǒng)SMU及兩個(gè)4211-SMU測(cè)量通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET的Id-Vd曲線(xiàn)對(duì)比。
實(shí)例4:擁有公共柵極和卡盤(pán)電容的納米FET
通過(guò)使用4201-SMU和4211-SMU,可以在納米FET和2D FTE上進(jìn)行穩(wěn)定的弱電流測(cè)量。這些FET及其他器件有時(shí)會(huì)有一個(gè)器件端子通過(guò)探測(cè)站卡盤(pán)接觸SMU。圖8是納米FET測(cè)試配置的典型電路圖。在這個(gè)實(shí)例中,一個(gè)SMU通過(guò)卡盤(pán)連接到柵極端子??ūP(pán)的電容最高達(dá)幾毫微法拉第,可以由探測(cè)站制造商驗(yàn)證。在某些情況下,可能必需使用卡盤(pán)頂部的傳導(dǎo)墊接觸柵極。
SMU可以使用同軸電纜或三芯同軸電纜連接到卡盤(pán)上,具體視探測(cè)站制造商而定。同軸電纜卡盤(pán)在測(cè)試電路中表示為負(fù)載電容,因?yàn)檫@個(gè)電容出現(xiàn)在SMU的Force HI與Force LO之間,如圖中所示的實(shí)例。而帶有三芯同軸電纜的卡盤(pán)則表示為電纜電容。
圖8. 使用兩個(gè)SMU測(cè)試納米FET。
在使用兩個(gè)傳統(tǒng)SMU連接2D FET的柵極和漏極時(shí),會(huì)產(chǎn)生有噪聲的Id-Vg磁滯曲線(xiàn),如圖9所示。但是,在使用4211-SMU連接同一器件的柵極和漏極時(shí),得到的磁滯曲線(xiàn)是平滑穩(wěn)定的,如圖10所示。
圖9.傳統(tǒng)SMU測(cè)得的2D FET Id-Vg磁滯曲線(xiàn)。 圖10. 4211-SMU測(cè)得的Id-Vg磁滯曲線(xiàn)。
實(shí)例5:電容器泄漏
在測(cè)量電容器泄漏時(shí),需要對(duì)被測(cè)電容器應(yīng)用一個(gè)固定電壓,然后測(cè)量得到的電流。泄漏電流會(huì)隨著時(shí)間呈指數(shù)級(jí)衰落,因此通常需要以已知時(shí)間周期應(yīng)用電壓,然后再測(cè)量電流。視被測(cè)的器件,測(cè)得的電流一般會(huì)非常小(通常<10nA)。圖11是使用SMU測(cè)量電容器泄漏的電路圖。推薦在電路中使用串聯(lián)二極管,以降低測(cè)量噪聲。
圖11. 使用SMU和串聯(lián)二極管測(cè)量電容器泄漏。
圖12是使用4201-SMU測(cè)量的100nF電容器的泄漏電流相對(duì)于時(shí)間關(guān)系圖。由于提高了最大負(fù)載電容指標(biāo),4201-SMU和4211-SMU在測(cè)量電容器泄漏時(shí)比較穩(wěn)定,但是否需要串聯(lián)二極管,則取決于電容器的絕緣電阻和幅度及電流測(cè)量范圍。這可能需要做一些實(shí)驗(yàn)。
圖12. 使用4201-SMU測(cè)得的100nF電容器的泄漏電流相對(duì)于時(shí)間關(guān)系圖。
Keithley 4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU為在各種器件和材料上提供電壓、進(jìn)行非常靈敏(<nA)弱電流測(cè)量提供了理想的解決方案。這些SMU特別適合在擁有高測(cè)試連接電容的測(cè)試電路中進(jìn)行穩(wěn)定的弱電流測(cè)量。與其他靈敏的SMU相比,其最大電容指標(biāo)已經(jīng)提高。