分析系统优化小电流测量(下)

VII 漏流和保护II

保护亦可用于减小电缆连接中的漏流。图12所示为驱动保护防止电缆的漏泄电阻影响小电流测量的原理.在无保护的配置中，同轴电缆的漏阻与DUT并联(R_DUT)，产生不希望的漏流(I_L)。该漏流将影响极小电流的测量。

在保护电路中，三轴电缆的内芯屏蔽被连接至SMU的保护端子。现在，该屏蔽由一个单位增益低阻放大器(保护)驱动。Force HI端子和保护端子之间的电势差接近0V，所以漏流(I_L)可忽略不计。

图12. 利用保护减小电缆连接中的漏流

为了查看测量极高电阻时三轴电缆和同轴电缆的结果，图13中绘出了采用10V阶跃函数测量100GΩ电阻的测量电流和时间的关系图。三轴电缆通过使用保护，以两种方式改善了测量：1)它减小了有效电缆电容，从而降低了测量的RC时间常数或建立时间；2)防止电缆中的漏流对测量准确度造成不利影响。

图13. 使用同轴电缆和三轴电缆测量高阻的结果比较

从图13可知，利用带有保护的三轴电缆进行测量，漏流较小(低几个pA)，建立时间更短(大约快10倍)。如果SMU必须连接至采用BNC连接器的测试夹具，请在SMU和测试夹具之间使用吉时利三轴电缆，然后再将BNC连接至三轴适配器(去掉了保护)，从而将电缆连接至测试夹具。

VIII SMU至DUT的连接

连接DUT时，除了使用屏蔽和保护电缆，将吉时利4200-SCS的相应端子与装置的合适端子相连接也非常重要。SMU的Force HI和Force LO端子连接不合适会导致电流偏移和测量不稳定。这些误差是由于共模电流产生的。

通常情况下，总是将SMU的高阻端子(Force HI)连接至被测电路的最大电阻点。同样，总是将4200-SCS的低阻端子(Force LO)连接至被测电路的最小电阻点。最小电阻点可以是公共端子或接地。如果Force HI端子被连接至最小电阻点，共模电流就会通过测量电路。

图14中标出了正确和不正确的测量连接。图14a中的连接是正确的，因为吉时利4200-SMU的Force HI端子被连接至晶圆上器件的栅极，而Force LO端子被连接至带有保护的吸盘。晶圆上的栅极端子为最大阻抗点,保护吸盘为低阻抗点，所以该电路的连接正确。请注意，共模电流从SMUde Force LO端子流至保护吸盘；然而，电流并不通过安培计，因此不会影响测量。

图14. 将SMU连接至保护吸盘上的器件

图14b中的连接是不正确的，它将SMU的Force LO端子连接至高阻栅极，将SMU的Force HI端子连接至保护吸盘。在这种情况下，共模电流将通过SMU以及DUT。这会造成测量不准确，甚至不稳定。

VIIII摩擦效应

摩擦电流是由于导体和绝缘体之间摩擦产生的电荷形成的。自由电子由于摩擦离开导体，造成电荷不平衡，由此产生电流。这种噪声电流可达到数十nA。图15所示为摩擦电流的流向。

吉时利4200-SCS配备的三轴电缆在外屏蔽的下方采用了浸渍石墨绝缘体，大大降低了这种影响。石墨提供了润滑和导体柱，均衡了电荷，并将电缆运动的摩擦效应产生的电荷降至最小。然而，即使这种类型的三轴电缆在受到振动和膨胀或收缩时，也会产生噪声。因此，所有连接应尽量短，避免温度变化(将产生热膨胀力)，最好将电缆绑到不振动表面，例如墙、桌子或刚性结构。

图15. 摩擦效应产生的偏移电流

应采取其他措施将运动和振动问题降至最小：

消除或机械去耦振动源，例如马达、泵，以及其他机电装置。 将电子元件、接线和电缆牢固地安装或绑好。 使前置放大器尽量靠近DUT。

压电效应和电荷存储效应

向绝缘端子和互连硬件中使用的特定晶体材料施加机械应力时，就会产生压电电流。在有些塑料中，少量的存储电荷就会导致该材料的行为类似于压电材料。图16所示为采用压电绝缘体的端子的一个例子。

图16. 压电效应产生的电流

为了将这些效应降至最小，请消除绝缘体的机械应力，并使用具有最小压电和电荷存储的绝缘材料。

十污染和湿度效应

高湿度或离子污染会大大降低测试夹具的绝缘电阻。凝露或吸水性会产生高湿度条件，而离子污染可能是体油、盐或焊接剂造成的。绝缘电阻降低会对高阻测量产生严重影响。此外，湿度或潮湿可能会与出现的污染相组合，形成会产生偏移电流的电化效应。例如，常用的环氧印制电路板，如果没有彻底清除蚀刻溶液、焊接剂或其他污染，就会在导体之间产生几个nA的电流(参见图17)。

图17. 污染和湿度造成的电流

为避免污染和湿度的影响，请选择防吸水的绝缘体，并将湿度保持在适当水平(理想<50%)。此外，请使测试系统中的全部组件和测试夹具保持清洁，避免污染。

接地环路

接地环路会产生杂散信号，可能是直流偏移或交流信号(通常为工频或工频的整数倍)。接地环路时由于测试电路中多处接