半導(dǎo)體行業(yè)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(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了新的顛覆性小型低功率電子器件的產(chǎn)生,。
在為半導(dǎo)體器件電氣特點編制準確的報告時，比如特殊的NANO-FETs,，業(yè)內(nèi)的科研人員,、科學(xué)家和工程師都面臨著一個共同的問題。當需要證明能夠?qū)嶋H上以簡便的,、可重復(fù)的方式控制這些參數(shù)時,，這個問題會變得更糟。
從觸摸屏顯示器控制的4200A電氣參數(shù)表征系統(tǒng)
低電流范圍內(nèi)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(xiàn)的器件性能,。
測量至關(guān)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(yīng)用內(nèi)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(guān)閉漏極電流,。FoMs可能會在不同應(yīng)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,，并與每個具體可變變量相關(guān)聯(lián),。
在實踐中，通過使用一定數(shù)量的源測量單元（SMUs）,，也就是能夠在測量電流和電壓的同時提供電流或電壓的專門儀器,，可以解決這個問題。但實用的解決方案看上去準備妥當時,，許多隱藏的“細節(jié)”可能會導(dǎo)致問題和誤導(dǎo)性結(jié)果,，我們來看一下。
這些應(yīng)該自問的關(guān)鍵問題
越來越常見的是,，工程師會落入忘了從整體上仔細查看測試系統(tǒng)的陷阱,。或者更好一點,，他們清楚地看到自己的器件,，他們清楚地看到自己的儀器，但看不到兩者之間的東西,。例如,，我經(jīng)常看到示波器用戶忘了使用探頭到達特定測試點，來測量電路板,。對那些被提醒考慮探頭對信號影響的工程師,，他們一般仍會忘記探頭引線對測量的影響，以及與信號耦合有關(guān)的問題,。
“那么,，這真有關(guān)系嗎？”他們會問,。遺憾的是,，確實有關(guān)系，我們必需考慮這些影響,。
對DC表征應(yīng)用,，風(fēng)險是類似的。即使我們使用復(fù)雜昂貴的探測站系統(tǒng)器件來完成物理探,，SMUs仍須強制施加電壓、測量電流,，通過電纜連接到探頭卡上,。這是否意味著我們應(yīng)該認為電纜可能影響我們的測量結(jié)果呢？
不管答案是什么,，重要的是在繼續(xù)處理前你都要自己問一下這個問題,。更重要的是，要確?；卮鹗钦_的,。
CMOS制造中的精密測量，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系統(tǒng)中增加電容。由于當今MOSFETs是在較寬的擴展頻率范圍內(nèi)表征的,，因此必須認真考慮增加的電容導(dǎo)致的任何影響,。
我們先看一下連接對電容的影響。參數(shù)（自動化）測試設(shè)備一般使用三同軸電纜連接,，這是源測量測試單元與被測器件之間非常典型的低噪聲連接實例,。三同軸電纜是一種特殊的同軸電纜，它通過一個額外的外部銅纜法拉第屏蔽層來絕緣傳導(dǎo)信號的部分,。即使法拉第屏蔽層降低了電纜的分布式電容,，但在電纜總長變得有意義時，電纜增加的電容仍會影響測量,。
我們看一個實際應(yīng)用,，比如測試系統(tǒng)必須表征n-MOSFET晶體管。在這個應(yīng)用中，我們使用基于SMU的測試系統(tǒng),，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后向掃描（如前所述,，使用SMU）,，同時測量漏極電流（也使用SMU）。
通過這些曲線,，我們可以采集有用的數(shù)據(jù),，精確建立晶體管傳導(dǎo)力激活和去激活模型，分析這些特征什么時候體現(xiàn)線性度或進入飽和行為,，確定自熱效應(yīng)對這些參數(shù)和曲線可能會產(chǎn)生多大的位移,。
當表征需要建立載流子、電子或孔眼（在狀態(tài)之間跳動,，根據(jù)多種條件修改其遷移性）的行為模型時,，測量系統(tǒng)會以四線（或遠程傳感）配置連接DUT，并使用三同軸電纜,。
看一下四線配置的三同軸電纜連接,，總長度對應(yīng)Force Hi和Sense Hi電纜長度之和。根據(jù)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(dǎo)致振蕩。SMU不僅要有靈敏度,，還必須能夠保持電纜負載導(dǎo)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只會產(chǎn)生有噪聲的振蕩讀數(shù)。
使用兩個SMU與使用兩個4211-SMU通過開關(guān)矩陣測得的FET的Id-Vd曲線對比,。
能夠確定測試電容是否影響測量正變得越來越關(guān)鍵,。在這些情況下，吉時利應(yīng)用工程師可以提供寶貴的咨詢服務(wù),，確?？蛻舯苊庀葳?。在設(shè)置中有長連接電纜時，或者在測量系統(tǒng)和DUT之間有開關(guān)矩陣時,，或者DUT或卡盤要求進行納安級測量時,，最好復(fù)核設(shè)置，尋求顧問和建議,。
為關(guān)鍵量程提供的最新解決方案
面對這些極具挑戰(zhàn)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,，可以用于類似4200A-SCS參數(shù)分析儀的參數(shù)分析系統(tǒng)中,。
SMUs特別適合連接LCD測試站、探頭,、開關(guān)矩陣或任何其他大型測試儀或復(fù)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(wěn)定的弱電測量，即使是在長線纜連接導(dǎo)致較高的測試連接電容時,。
事實上,，這些模塊可以供電并測量容性超過當今1,000倍的系統(tǒng)。例如,，如果電流電平為1 ~ 100 pA （微微安）,，那么最新的吉時利模塊會穩(wěn)定在1 ?F （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(wěn)定性劣化前只能容忍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(yīng)用C-V測量
總結(jié)
持續(xù)改進測量技術(shù)必不可少，以優(yōu)化半導(dǎo)體材料,，在集成晶體管中實現(xiàn)低接觸電阻,、專門的形狀和獨特的結(jié)構(gòu)。GaN晶體管在未來功率電子中的成功,，與鑄造工藝中采用的納米結(jié)構(gòu)緊密相關(guān),。一方面，柵極寬度結(jié)構(gòu)中的電容較低,，所以要考慮任何其他有意義的電容影響,，比如電纜和連接產(chǎn)生的電容。另一方面,，通過改善SMU耐受高電容的能力,，提供更高的測量穩(wěn)定性，它們也克服了這些問題,。
