超快速IV测试技术-半导体器件特性测试的变革

沿分别测试IDS曲线，上面的图两条曲线几乎重合，而下面的图却区别明显，这是因为脉冲宽度不同。下面图的脉冲宽度是5微秒，而正是5微秒的等待使一些载流在被捕获到栅极内，使得器件的特性发生了很大的变化。

接下来的例子是和场效应管的可靠性有关的。目前发现的场效应管的可靠性问题主要有两个，一个是热载流子GHCI，另一个是负偏压高温不稳定性MBTI。热载流子是比较传统的可靠性测试项目，而MBTI同它相比有一些独特的地方，对MBTI效应来说，只要把施加在器件上的应力祛除，器件的衰退就会发生迅速的恢复，恢复速度非常快并且和温度有关，在常温下可以实现100%的恢复，如果测试的速度太慢，就无法准确表征MBTI效应。

PMU工作原理和基本操作方式

PMU是Pulse Measure Unit的简称，即脉冲测试单元，这是吉时利仪器2011年才推出的产品。PMU由两个部分组成，一个是插在4200主机箱里的4225PMU插卡，每块PMU插卡有两个完全独立的通道;另外一个是远端的测试附件4225RPM。

图4 PMU连线方式

PMU架构

一块PMU由两个独立的通道组成，每个通道由一个50MHz的脉冲发生器，一组采样率为200M的测试单元和电压测试单元组成，可以理解为一个50MHz的脉冲发生器带一个电压示波器和一个电流示波器。PMU有非常广阔的电压和电流的测试和输出范围，每个PMU通道都可以连接一个4225RPM以提高其测试的准确度。由于脉冲发生器和示波器都是内置的，就不需要复杂的连线了，而且吉时利独到的设计保证了PMU在高速测量下依然能够得到准确的数据，可以说在速度和经典之间找到了一个完美的平衡。

PRM可以用来提高PMU测试的准确度，它还有另外一个功能，可以用来做DCIV、IV和超快速IV之间的切换，在RPM上有一个多色的LED灯，分别用红色、蓝色和绿色代表CV、DCIV以及超快速IV。由于超快速IV本质上是一种高频测试，所以将PMU连接到线上的时候就需要注意高频信号的保护，需要特别注意。由于一个半导体器件经常需要进行DCIV、CV及超快速IV三种量测，而这三种量测所需的连线各有不同，这需要用户在这三种连线间进行切换。在推出PMU的时候，吉时利就注意到了这个问题，如图右面所示，在RPM输入端黑色的电线是SMU，红色的电线是CVU，白色的电线是PMU，在RPM的输出端是特别的蓝色的多功能Cable，能够同时为这三种测试服务。

图5 4225-PMU三种工作模式

通过这样的设置，客户可以在一个测试的设定下依次完成DVIC、CV及超快速IV的量测而不需要更换连线。从图中可以看到，4200SMU可以测得非常准，如果给4200SMU1秒钟的时间，它能准确的测量出0.1fA的电流，但是4200SMU最快的测量也需要10毫秒才能完成。再看PMU，如果给PMU10毫秒，它能准确的测量到pA级别的电流，同时PMU也能够在纳秒的级别进行量测，也即是说PMU在速度和精度之间找到了最好的平衡点。

PMU的关键参数。PMU最大的电压和电流分别是40V和0.8A，电流和电压的精度分别是0.5%+800pA和0.25%+10mV，采样率是每5ns量测一个点，PMU内部脉冲发生器可以产生50MHz的激励信号，最小的脉冲宽度是20ns。PMU工作模式

PMU有三种基本的工作模式，分别是脉冲IV、瞬态IV和脉冲信号输出。脉冲IV指的是用PMU模仿SMU的工作模式，即DC like的测试，PMU可以和SMU一样进行电压扫描，多个PMU也可以进行组合扫描，当然和SMU不同的是PMU输出的激励信号不是直流的电压偏置，而是一系列的脉冲信号;之前提到的脉冲扫描是脉冲的幅值和基准电压的扫描。另外一种有趣的模式是瞬态IV，我们更愿意称之为波形抓取功能，有人会以为是一个示波器，它是像示波器一样工作，不同的是PMU有一个内部的脉冲发生器给器件提供激励。另外PMU不仅能够测量电压波形，也能够直接测量电流波形，因为PMU内置的是一个电流示波器加一个电压示波器。最后，PMU不需要测量的时候可以输出更加复杂的波形，例如三角波、锯齿波、正玄波、白噪声波等，PMU也可以当成一个任意波形发生器来使用。

看一个波形抓取时机的例子，用一个PMU测试一个场效应管，PMU的通道1连接到场效应管的gate，通道2连接到场效应管的dran，通道1和通道2同时向场效应管打出一个脉冲信号，当VG和VD的脉冲到达场效应管后，就会激励出ID和IG的脉冲。我们用两个通道的电压和电流示波器来抓取这四个脉冲信号，IG的脉冲波形有一个明显的凸起，可以猜测一下这是由于什么原因造成的。我们知道在一个电容器的两端发生电压变化时就会产生充电或放电的电流，电流等于电容乘以Dl/Dt。注意图中的波形，上升沿和下降沿的时间分别是100纳秒，而D-outside可以看出一个电容，就形成了