分析系统优化小电流测量(下)
地造成的。当大量仪器插入至不同仪器架上的电源接线板时,就会形成典型的接地环路。接地点之间的电势往往存在微小差异,由此就会产生大电流循环,从而形成意料之外的电压降。
图18中所示的配置就是一个接地环路,是因为将4200信号公共端子(Force LO)和DUT LO均连接至地形成的。环路中的大接地电流通过的是小电阻,无论是导体还是在连接点。该小电阻产生的压降会影响性能。
为避免接地环路,测试系统应单点接地。如果不能消除DUT的地,那么4200的GNDU COMMON端子和机箱地之间的接地链路应断开,如图19所示。
图18. 接地环路
图19. 消除接地环路
如果怀疑存在接地环路,请将怀疑的仪器从交流电源拔出,并进行敏感的电流测量,确认问题已经解决。为了消除接地环路,尽量少采用接地,理想情况是不要超过一个。
光有些元件,例如二极管和晶体管是卓越的光检测器。因此,必须在无光环境下测试这些元件。为了确保测量准确度,检查测试夹具在门合页、管道入口及连接或连接面板上是否存在光泄露。
十一 噪声和源阻抗
噪声会严重影响敏感电流测量。DUT的源阻抗和源电容都会影响SMU的噪声性能。
DUT的源阻抗会影响SMU的反馈安培计的噪声性能。当源电阻减小时,安培计的噪声增益将增大。图20所示为反馈安培计的简化模型。
在该电路中:
RS =源电阻
CS =源电容
VS =源电压
VNOISE =安培计的噪声电压
图20. 反馈安培计的简化模型
RF =反馈电阻
CF =反馈电容
电路的噪声增益可由下式给出:
请注意,当源电阻(RS)减小时,输出噪声增大。由于降低源电阻会对噪声性能产生不利影响,所以在表1中根据电流测量量程给出了最小推荐源电阻值。
表1. 最小推荐源电阻值
量程 | 最小推荐源电阻 |
1 pA至100 pA | 1 GΩ至100 GΩ |
1 nA至100 nA | 1 MΩ至100 MΩ |
1 μA至100 μA | 1 kΩ至100 kΩ |
1 mA至100 mA | 1 Ω至100 Ω DUT的源电容也会影响SMU的噪声性能。一般情况下,源电容增大时,噪声增益也随之增大。尽管最大 源电容值存在限值,但是通过连接一个电阻或正偏二极管与DUT串联,通常能够在更高的源电容值下进行测量。二极管作为一个可变电阻,当源电容的充电电流为高时,其阻值很小,然后随着电流的减小而增大。 十二 偏移补偿 在确定并减小外部误差后,如果可能的话,可将测试系统的内部和外部偏移从将来的测量结果中减去。首先,如上所述,在输入戴有金属帽的情况下对SMU进行自动校准。然后,确定每个SMU至探针的偏移。利用软件中的公式计算器工具,可将该平均偏移从随后的电流测量结果中减去。为了进行极低电流的测量,应定期重新测量平均偏移电流(至少每月一次)。 结论 当配备可选的吉时利4200-PA型远程前置放大器时,4200-SCS型半导体特性分析系统可准确测量pA级或更小的电流。应通过测量整个测量系统的偏移电流来确定系统的限制,必要时进行调节。可采用一些技术减小测量误差源,例如屏蔽、保护、仪器的正确接地,以及在KITE软件中选择合适的设置,包括留有足够的建立时间。吉时利的低电平测量手册提供了关于优化低电平测量技术的更多信息。 更多参考 Keithley Instruments,4200-SCS型参考手册,第5章 (含在系统软件中) Keithley Instruments,低电平测量手册,2004年第6版。 |
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