4225-PMU超快I-V模塊四種可編程掃描選項(xiàng)

超快I-V源和測(cè)量技術(shù)隨著越來(lái)越多傳統(tǒng)直流I-V測(cè)量功能的消失而迅速發(fā)展。注意到，傳統(tǒng)SMU設(shè)計(jì)[25]能夠提供和測(cè)量最高約1A的電流，最低約1皮安的電流。盡管增加遠(yuǎn)程前置放大器后最低可以解析0.1fA的電流信號(hào)，但是這些只支持直流I-V測(cè)量的系統(tǒng)配置最佳速度僅為10毫秒。相比之下，超快I-V測(cè)量方案能夠進(jìn)行最快10ns的測(cè)量，這對(duì)于涉及器件恢復(fù)時(shí)間特征分析的應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。專(zhuān)門(mén)針對(duì)超快I-V測(cè)試而設(shè)計(jì)的可選的遠(yuǎn)程放大器將這些新型測(cè)量方案的電流分辨率向下擴(kuò)展到幾十皮安，僅僅稍高于待測(cè)器件產(chǎn)生的約翰遜噪聲[26]決定的極限值。在單個(gè)機(jī)架內(nèi)集成了超快I-V源和測(cè)量?jī)x器與遠(yuǎn)程放大器的系統(tǒng)支持的特征分析應(yīng)用比以往任何時(shí)候都更加寬泛，包括相變存儲(chǔ)器器件測(cè)試、單脈沖電荷俘獲/高k介質(zhì)測(cè)試、LDMOS或砷化鎵中功率放大器器件特征分析、SOI恒溫測(cè)試、超快負(fù)偏溫不穩(wěn)定性（NBTI）測(cè)試、基于電荷的電容測(cè)量（CBCM[27]）、MEMS電容測(cè)試和越來(lái)越多的其它一些測(cè)試。

圖3給出了支持越來(lái)越多的超快I-V應(yīng)用的四種掃描類(lèi)型：瞬態(tài)I-V掃描，其中對(duì)電壓和電流進(jìn)行了連續(xù)數(shù)字化；快速脈沖式I-V測(cè)試，其中是在脈沖穩(wěn)定之后對(duì)電壓和/電流進(jìn)行了采樣；濾波式脈沖，其中產(chǎn)生一個(gè)變化的脈沖電壓同時(shí)用一臺(tái)直流SMU測(cè)量產(chǎn)生的電流；脈沖應(yīng)力/直流測(cè)量，其中產(chǎn)生脈沖式電壓，緊接著直流SMU測(cè)量。除了這些傳統(tǒng)的掃描類(lèi)型，4225-PMU[28]還具有完整的任意波形發(fā)生功能以及Segment ARB?模式，能夠十分方便地構(gòu)建、存儲(chǔ)和產(chǎn)生最多包含2048條用戶(hù)自定義線(xiàn)段的波形。每條線(xiàn)段可以有不同的持續(xù)時(shí)間，這一特性使其具有出色的波形發(fā)生靈活性。

瞬態(tài)I-V、快速脈沖I-V、脈沖發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、濾波脈沖、脈沖應(yīng)力/測(cè)量直流

隨著新型器件與測(cè)試應(yīng)用的出現(xiàn)以及半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)研究需求的不斷發(fā)展，超高速源/測(cè)量功能將變得越來(lái)越重要。能夠適應(yīng)這些變化的需求，具有良好性?xún)r(jià)比和靈活性的測(cè)試系統(tǒng)不但可使研究人員延續(xù)以前的工作，而且可以跟上測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。2100433B

要想成為主流測(cè)試技術(shù)，下一代超快I-V測(cè)試[7]系統(tǒng)必須具有很寬的源與測(cè)量動(dòng)態(tài)量程。這意味著它們必須能夠提供對(duì)閃存器件進(jìn)行特征分析所需的充足電壓，以及處理最新的CMOS[8]工藝所需的足夠低的電壓。例如，對(duì)于CMOS工藝中的一種嵌入式閃存——該閃存可能需要高達(dá)20V的電壓進(jìn)行編程，但是CMOS工藝工作電壓為3V，因此所采用的測(cè)試系統(tǒng)必須能夠提供滿(mǎn)足兩種需求的電壓。它還需要有足夠?qū)挼碾娏髁砍烫幚碜钚碌墓に嚕凶銐蚩斓纳仙龝r(shí)間和足夠長(zhǎng)的脈寬滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求。它必須簡(jiǎn)單易用，具有使系統(tǒng)能夠可靠提交精確測(cè)量結(jié)果的互連系統(tǒng)。

當(dāng)前，超快I-V和測(cè)量功能正逐漸集成到參數(shù)分析儀中用于對(duì)越來(lái)越多的器件特征進(jìn)行特征分析，尤其是負(fù)偏溫度不穩(wěn)定性（NBTI[9]）和正偏溫度不穩(wěn)定性（PBTI[10]）降低。超快I-V測(cè)量工具通過(guò)使研究人員快速一致地實(shí)現(xiàn)器件可靠性測(cè)量，提高了可靠性設(shè)計(jì)（DIR[11]）壽命測(cè)量的精度，而這種測(cè)量支持器件和電路設(shè)計(jì)的建模。

近來(lái)，有些研究人員被迫配置他們自己的超快BTI測(cè)試系統(tǒng)。這些內(nèi)部開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)通常包含脈沖發(fā)生器或任意波形發(fā)生器，以及配置了電流探頭或某種互阻抗放大器的示波器用于幫助測(cè)量低電流。盡管如果仔細(xì)選擇儀器和互連設(shè)備，我們可以構(gòu)建出適合非常特殊電氣條件需求的BTI系統(tǒng)，但是仍然存在幾個(gè)主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。

波形發(fā)生[12]。標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器和任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)是在固定循環(huán)間隔上產(chǎn)生波形，而不是大多數(shù)可靠性測(cè)試（包括NBTI和PBTI測(cè)試）所需的Log（time）數(shù)。

測(cè)量定時(shí)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。盡管示波器[13]經(jīng)過(guò)配置可以根據(jù)波形特征（例如下降沿）進(jìn)行觸發(fā)，但是它們無(wú)法有選擇地保存波形的指定部分樣本。這樣它們就必須存儲(chǔ)很大的數(shù)據(jù)集進(jìn)行后處理。只有那些最昂貴的示波器或者那些擴(kuò)展了昂貴存儲(chǔ)器選件的示波器才能存儲(chǔ)足夠的數(shù)據(jù)彌補(bǔ)這些不足。

精度、準(zhǔn)確性和靈敏度。偏溫不穩(wěn)定性是一種高動(dòng)態(tài)的現(xiàn)象，需要靈敏而高速的測(cè)量才能進(jìn)行準(zhǔn)確的特征分析。假設(shè)所有其它因素不變，測(cè)量的物理原理在很大程度上決定了測(cè)量速度和靈敏度之間的關(guān)系。當(dāng)進(jìn)行亞毫秒級(jí)測(cè)量時(shí)，所有的噪聲源[14]都應(yīng)該考慮在內(nèi)；對(duì)于亞微秒級(jí)應(yīng)用，即使量子效應(yīng)也不能被忽略。示波器、電流探頭[15]和互阻抗放大器都有單獨(dú)定義的性能指標(biāo)，它們不一定為協(xié)同工作進(jìn)行了優(yōu)化。要想在高速情況下實(shí)現(xiàn)精密而準(zhǔn)確的測(cè)量，我們通常很難以某種方式將這些部件組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)具有很寬動(dòng)態(tài)量程的最優(yōu)性能。

互連。內(nèi)部構(gòu)建的系統(tǒng)通常采用分路器和T型偏置器[16]，它們限制了測(cè)試系統(tǒng)配置的性能。例如，T型偏置器可能限制帶寬為100ns到10μs。盡管這適合于高速測(cè)量，但是它無(wú)法使得任何有效的預(yù)應(yīng)力（prestress）和后應(yīng)力（poststress）直流測(cè)量成為應(yīng)力測(cè)量序列的組成部分。它也無(wú)法在10ms到直流的中間時(shí)序范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)試控制與數(shù)據(jù)管理。傳統(tǒng)的示波器不支持?jǐn)?shù)據(jù)流，因此必須等待測(cè)試結(jié)束后才能傳輸測(cè)試結(jié)果。當(dāng)測(cè)試一結(jié)束時(shí)，大量的數(shù)據(jù)必須傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)上進(jìn)行后期處理，它需要將復(fù)雜的波形解析為單個(gè)的測(cè)試結(jié)果，然后進(jìn)一步減少進(jìn)入實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)。

測(cè)試終端。由于從示波器傳輸數(shù)據(jù)之前無(wú)法分析測(cè)試結(jié)果，因此在測(cè)試開(kāi)始之前必須確定測(cè)試持續(xù)的時(shí)間。這就使得我們不可能終止基于參數(shù)變換的測(cè)試，或者實(shí)時(shí)檢測(cè)出突發(fā)的故障。

自動(dòng)化。晶圓級(jí)或晶匣級(jí)自動(dòng)化測(cè)試需要控制測(cè)試儀器和晶圓探針臺(tái)，內(nèi)部構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)通常無(wú)法做到。此外，融合一些高級(jí)功能（如條件測(cè)試終端）也會(huì)給運(yùn)行這類(lèi)系統(tǒng)所需的定制軟件增加很大的復(fù)雜性。

更多的通道數(shù)。即使內(nèi)部構(gòu)建的系統(tǒng)在開(kāi)始安裝時(shí)工作良好，系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)者也需要增加通道或測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)量以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的應(yīng)用需求，尤其定制系統(tǒng)的升級(jí)是極其復(fù)雜的。典型測(cè)試系統(tǒng)的維護(hù)問(wèn)題，例如校準(zhǔn)、操作和這些定制配置的關(guān)聯(lián)，也需要不相稱(chēng)的大量技術(shù)資源，而這些資源常常供應(yīng)有限。