分析系统优化小电流测量（上）

I分析系统优化小电流测量- 引言
许多关键应用都需要能够测量小电流的能力——比如pA级或更小。这些应用包括确定FET的栅极漏流、测试敏感的纳米电子器件，以及测量绝缘体或电容的漏流。

4200-SCS型半导体特性分析系统配备可选的4200-PA型远程前置放大器时，可提供非常卓越的小电流测量能力，分辨率达1E–16A。成功测量小电流不仅依赖于使用非常灵敏的安培计，例如4200-SCS型，而且还取决于系统的交互测试环境(KITE)软件进行正确设置、使用低噪声夹具和电缆连接、留有足够的建立时间，以及采用能够防止不希望的电流降低测量准确度的技术。本文介绍利用吉时利4200-SCS型优化小电流测量的最佳解决方案。

测量系统中的偏移电流
将系统配置为进行超低电流测量的前几步之中有一步是确定整个测量系统的偏移和漏泄电流，包括4200-SCS本身、连接电缆、开关矩阵、测试夹具和探针。这可确定整个系统的噪底限值，并设置一个开始点，如果可能的话则进行改进。从测量源测量单元(SMU)的偏移开始，然后继续增加测量电路组件，直到连接了除被测装置(DUT)之外的全部组件。直接由带有4200-PA远程前置放大器的4200-SMU利用KITE软件进行测量。

II分析系统优化小电流测量——内部偏移
对于理想的安培计，当其输入端子保持开路时，其读数应为零。然而，现实中的安培计在输入开路时确实存在小电流。这一电流被称为输入偏移电流，是由于有源器件的偏置电流以及流过仪器中绝缘体的漏泄电流产生的。SMU内产生的偏移电流已包括在吉时利4200-SCS型的技术指标中。如图1所示，输入偏移电流增加至被测电流，所以仪表测量的是两个电流之和。

图1. SMU的输入偏移电流

测量每个带有4200-PA前置放大器的4200-SMU的偏移时，Force HI和Sense HI端子上除金属帽外不连接任何东西。这些三销金属帽已包含在系统中。在进行所有测量之前，SMU应该在带有连接至前置放大器的Force HI和Sense HI端子的金属帽的条件下，预热至少1个小时。如果系统安装有7.1版或更高版本的KTEI，可采用以下目录中名称为“LowCurrent”的项目测量偏移电流：C:S4200kiuserProjectsLowCurrent
打开该项目，选择SMU1offset ITM。点击图表标签，并运行测试。结果应类似于图2所示的图形。可能需要利用自动缩放(Auto Scale)功能适当缩放曲线。在图形上右击，即可找到自动缩放功能。4200-PA前置放大器连接至SMU时，偏移电流应该在fA级。电流偏移可为正或负。根据公布的4200-SCS型的安培计技术指标验证这些结果。

利用独立ITM对系统中的每个SMU重复该项测试。LowCurrent项目具有可对带有前置放大器的4个SMU进行偏移电流测量的ITM。

运行7.1版本之前的KTEI软件的系统也很容易测量偏移电流。请按照以下步骤创建测试，对SMU1进行测量：

1.在已创建的项目中，打开一个用于一般2端器件的新Device Plan(器件规划)。
创建一个名称为SMU1Offset的新ITM。为端子A选择SMU1，端子B选择GNDU。

图2. SMU1的偏移电流测量

1.在Definition标签页中进行如下设置：
SMU源测量配置：电压偏置0V，10pA固定电流量程。
Timing菜单：静音速度，采样模式，0s间隔，20个样本，1s保持时间，选中使能时标。
公式计算器：创建一个公式，利用标准差测量噪声，NOISE=STDDEV(A1)。
再创建一个公式测量平均偏移电流：AVGCURRENT=AVG(A1)。

2.在Graph标签页中进行如下设置(在图形上右击)：
定义图形：X轴：时间
Y1轴：电流(A1)

数据变量：选择在图形上显示NOISE。选择在图形上显示AVGCURRENT。

完成配置后，保存测试并运行。结果应类似于图2所示的图形。对系统中的全部SMU重复该测试。

在KITE中执行自动校准程序，可优化输入偏移电流技术指标。如需执行SMU自动校准，在KITE的工具菜单中点击“SMU Auto Calibration”(SMU自动校准)。进行自动校准之前，使系统在上电后预热至少60分钟。除金属帽之外，SMU的Force HI和Sense HI端子上不应连接任何东西。自动校准程序对系统中全部SMU的全部源和测量功能调节电流和电压偏移。请勿将其与全系统校准混淆，后者应每年在吉时利工厂进行一次。

完成SMU自动校准后，即可重复进行偏移电流测量。

III分析系统优化小电流测量——外部偏移
确定了安培计的偏移电流后，将系统的其余部分逐步添加至测试电路，通过重复电流(0V)和时间图，验证系统其余部分的偏移(利用图3中所示的“Append Run”按钮)。最后，在“up”位置对探针末端或未连接器件的测试夹具进行测量。该过程将有助于确定任何故障点，例如短路的电缆或