【技術(shù)大咖測(cè)試筆記系列】之九： 新型SMU克服低電流容性設(shè)置的棘手測(cè)試挑戰(zhàn)

在測(cè)試設(shè)置中使用長(zhǎng)電纜或容性卡盤(pán)時(shí)，測(cè)試儀器輸出的電容會(huì)提高，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確或不穩(wěn)定，尤其是非常靈敏的弱電測(cè)量，因?yàn)樗瑫r(shí)還要提供或掃描DC電壓。為解決這些挑戰(zhàn)，泰克科技旗下公司吉時(shí)利為Keithley 4200A-SCS推出了兩種新的源測(cè)量單元(SMU)模塊，即使在高測(cè)試連接電容的應(yīng)用中，仍能進(jìn)行穩(wěn)定的弱電測(cè)量。

由于設(shè)計(jì)人員不斷降低電流電平以節(jié)約能源，這個(gè)測(cè)量挑戰(zhàn)正不斷增長(zhǎng)，大型LCD面板測(cè)試正是這種情況，這些面板最終將用于智能手機(jī)或平板電腦中。可能存在高電容測(cè)試連接問(wèn)題的其他應(yīng)用包括：卡盤(pán)上的納米FET I-V測(cè)量，采用長(zhǎng)電纜的MOSFET的傳遞特點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣的FET測(cè)試，電容器泄漏測(cè)量。

支持的電容提高了1000倍
與其他靈敏的SMU相比，新推出的Keithley 4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU (選配4200-PA前置放大器)大幅度提高了最大負(fù)載電容指標(biāo)。在支持的最低電流范圍上，4201-SMU和4211-SMU可以供電和測(cè)量的系統(tǒng)電容要比當(dāng)今系統(tǒng)高1,000倍。例如，如果電流電平在1 ~ 100 pA之間，那么吉時(shí)利模塊可以處理最高1 μF (微法拉)的負(fù)載。相比之下，最大負(fù)載電容競(jìng)品在這種電流電平下，在測(cè)量準(zhǔn)確度劣化前只能容忍1,000 pF。

這兩種新模塊為面臨這些問(wèn)題的客戶(hù)提供了重要解決方案，節(jié)省了原來(lái)的調(diào)試時(shí)間，節(jié)約了重新配置測(cè)試設(shè)置以消除額外電容的費(fèi)用。在測(cè)試工程師或科研人員注意到測(cè)量錯(cuò)誤時(shí)，他們首先必須找到錯(cuò)誤來(lái)源。這本身就要花費(fèi)數(shù)小時(shí)的工作，他們通常必須考察許多可能的來(lái)源，然后才能縮小范圍。一旦發(fā)現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤源自系統(tǒng)電容，那么他們必須調(diào)節(jié)測(cè)試參數(shù)、電纜長(zhǎng)度，甚至重新安排測(cè)試設(shè)置。這離理想狀態(tài)相去甚遠(yuǎn)。

那么最新SMU模塊在實(shí)踐中是怎樣工作的呢？我們看一下平板顯示器和納米FET研究中的幾個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用。

實(shí)例1：平板顯示器上的OLED像素驅(qū)動(dòng)器電路
OLED像素驅(qū)動(dòng)器電路印刷在平板顯示器上OLED器件旁邊。為測(cè)量其DC特點(diǎn)，通常會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣把它連接到SMU上，然后再使用12-16米長(zhǎng)的三同軸電纜連接到LCD探測(cè)站上。由于連接需要非常長(zhǎng)的電纜，所以弱電測(cè)量不穩(wěn)定很常見(jiàn)。在使用傳統(tǒng)SMU連接DUT（如下圖所示）進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這種不穩(wěn)定性在OLED驅(qū)動(dòng)器電路的兩條I-V曲線，也就是飽和曲線(橙色曲線)和線性曲線(藍(lán)色曲線)中立顯。

使用傳統(tǒng)SMU測(cè)量的OLED的飽和和線性I-V曲線。

但是，在使用4211-SMU在DUT的漏極端子上重復(fù)這些I-V測(cè)量時(shí)，I-V曲線是穩(wěn)定的，如下圖所示，問(wèn)題解決了。

使用吉時(shí)利最新4211-SMUs測(cè)得的OLED的飽和和線性I-V曲線。

實(shí)例2：擁有公共柵極和卡盤(pán)電容的納米FET?
納米FETs和2D FETs測(cè)試需要使用一個(gè)器件端子，通過(guò)探測(cè)站卡盤(pán)接觸SMU?？ūP(pán)的電容可能高達(dá)幾毫微法拉，在某些情況下，可能必需在卡盤(pán)頂部使用傳導(dǎo)連接盤(pán)來(lái)接觸柵極。同軸電纜增加了額外的電容。為評(píng)估最新SMU模塊，我們把兩個(gè)傳統(tǒng)SMU連接到2D FET的柵極和漏極，得到有噪聲的Id-Vg磁滯曲線，如下圖所示。

使用傳統(tǒng)SMUs測(cè)得的2D FET的有噪聲的Id-Vg磁滯曲線。

但是，在我們把兩臺(tái)4211-SMUs連接到同一器件的柵極和漏極時(shí)，得到的磁滯曲線是平滑穩(wěn)定的，如下圖所示，解決了研究人員一直要解決的主要問(wèn)題。

使用兩個(gè)4211-SMUs測(cè)得的平滑穩(wěn)定的Id-Vg磁滯曲線。

4201-SMU和4211-SMU既可以在訂購(gòu)時(shí)預(yù)先配置到4200A-SCS中，提供全面的參數(shù)分析解決方案；也可以在現(xiàn)有單元中現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。升級(jí)可以在現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)便完成，無(wú)需把儀器送回服務(wù)中心，從而節(jié)約幾周的中斷時(shí)間。