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使用4200A-SCS参数分析仪实现对器件的C-V测量

时间:2020-10-27 21:35

  4215-CVU和4210-CVU都是适用于4200A-SCS参数分析仪的多频(1kHz~10MHz)AC阻抗测量模块(参见图1),让用户能够轻松进行C-V测量。这两种CVU之间的差异在于频率数量和AC驱动电压。4215-CVU拥有10,000个不同频率,分辨率为1kHz;4210-CVU拥有37个不同频率。4215-CVU的AC驱动电压范围是10mV~1

  CVUs采用独特的电路设计,通过Clarius软件控制•,支持多种特性和诊断工具,确保测量结果的准确度达到最高。CVU拥有多种内置工具,如实时测量模式、开路、短路补偿•、参数提取生成器、滤波、定时控制,并能够在软件中切换AC电流表端子。除外,它还采用适当的线缆和C-V测量技术,用户可以进行高度灵敏的电容测量。

  图2是简化的4210-CVU和4215-CVU模型•。器件的电容通过提供AC电压,测量AC电流和相位来确定•,同时在器件中应用或扫描DC电压。

  时域AC值被处理到频域中,生成相量形式的阻抗。CVU使用自动平衡电桥(ABB)方法测量电容。ABB用来抵消DUT一个端子(如果AC电流表在LCUR上则为LPOT)上已知频率的AC信号,以警戒杂散阻抗•。这个AC接地会把CVU的LPOT保持在0VAC•,这样测试电路中的所有AC电流都会流到AC电流表,而不会经过测试电路中的任何并联电容。

  根据测试设置,包括频率、AC驱动电压和电流范围,CVU可以测量皮法级到毫法级电容。用户指定的测试范围取决于被测器件和导出的参数。测试频率范围为1kHz~10MHz。DC偏置功能是±30V(60V差分)•。

  DUT测量的典型模型通常是一条串联或并联电阻电容(RC)电路。如图3中简化的模型所示,CVU既可以作为串联配置(RSCS)测量DUT,也可以作为并联配置(RPCP)测量DUT。

  CVU可以测量和显示以下参数:阻抗和相位角(Z,Theta),电阻和电抗(R+jX),并联电容和电导(CP-GP),串联电容和电阻(CS-RS),并联电容和杂散因子(CP-D),串联电容和杂散因子(CS-D),导纳和相位角(Y,theta)•。

  通过使用Clarius内置的Formulator工具,还可以从测得的数据中简便地提取其他参数,如电感。图4中的阻抗矢量图显示了阻抗的基础公式•。

  如图5所示,C-V测量系统可能会相当复杂,因为配置中包括测量仪器和软件、信号路径线蓝、测试夹具和器件。为进行最优测量,必需相应设置CVU的测试设置和定时参数。必须使用适当的线缆、探头和测试夹具,然后必须执行连接补偿。最后,器件本身可能会导致测量问题。接下来将讨论进行良好的电容测量需要考虑的硬件和软件•。

  为获得最好的测量结果,应只使用随机自带的红色SMA电缆连接到CVU。随机自带的附件如下:4条CA-447ASMA到SMA1.5米电缆(红色)、4条CS-1247SMA到BNC转接头、2条CS-701ABNCT形装置••、1个扭矩扳手(用来紧固SMA电缆连接)。

  随机自带的附件可以通过BNC或SMA连接,来连接测试夹具或探头。图6显示了CVU以及为2线传感配置的随机自带的附件。CS-1247SMA到BNC转接头连接到每条CA-447ASMA到SMA电缆。HCUR和HPOT端子通过CS-701ABNCT形装置连接,构成CVH;LCUR和LPOT连接在一起,构成CVL。使用随机自带的扭矩扳手,紧固SMA电缆连接,确保接触良好。红色SMA电缆为100Ω。并联的两条100Ω电缆是50Ω,这是高频源测量应用的标准配置。

  图7是DUT4线传感实例。在本例中,HCUR和HPOT端子连接到器件的一端•,LPOT和LCUR端子连接到器件的另一端。为了改善带宽•,我们把同轴电缆的外部屏蔽层连接到金属测试夹具上。我们使用到器件的4线连接,通过尽可能靠近器件传感电压,来简化灵敏的测量。

  四条同轴电缆每条电缆的外部屏蔽层必须尽可能近地连接到器件上,以使屏蔽层的环路面积达到最小。同轴电缆的外部屏蔽层还应连接到金属测试夹具上•,以降低来自外部源的噪声和耦合。这降低了电感,有助于降低谐振效应•,这种效应在1MHz以上的频率时可能会带来负担。

  图8.连接两个控制装置公共部分的接地跳线是连接两个探头电缆组件公共部分的跳线。吉时利仪器公司拥有一系列4210-MMPC多测量电缆

  保护器件端子可以使用选配的4200A-CVIV多通道开关,自动进行有保护的C-V测量,如图9所示。通过CVIV,用户可以自动在器件的I-V(SMU)测量和C-V(CVU)测量之间切换,并把C-V保护装置连接到DUT的任意端子上。

  图10显示了把CVU的CVHI端子、CVLO端子和CVGuard端子通过4200A-CVIV的输出连接到BJT的三个端子上。在这个实例中,CVGuard通过4200A-CVIV的通道3切换到BJT的集电极端子上,这样就可以测量CVHI和CVLO之间的基极发射器电容。

  通过使用CVU内置测量工具、正确的线缆和连接及相应的测量技术•,可以轻松实现良好的电容测量。CVU提供了许多内置工具,包括补偿、定时参数和置信度检查•。

  公司的Keithley4200A是一台集成化的多功能的电学测试系统。常用于微电子、物理、化学,甚至生物等学科的电学测试。可以测试的参数曲线包括直流IV(I-t/V-t)/CV/pulseIV及基于这些曲线的其他特性参数的测试。泰克7月3日14:30-15:45直播课堂“半导体参数测试仪使用技巧及案例集锦”,欢迎扫码听课。责任编辑:gt

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