Eine der besten Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass ein MOSFET ordnungsgemäß funktioniert und die Spezifikationen erfüllt, besteht darin, seine Eigenschaften durch eine I-V-Kennlinienverfolgung zu bestimmen. Für eine Reihe von Ausgangseigenschaften sind I-V-Messungen erforderlich. Sie können Gate-Leckstrom, Durchbruchspannung, Schwellenwertspannung, Übertragungseigenschaften und Drain-Strom ermitteln, indem Sie einfach die I-V-Eigenschaften verfolgen und überprüfen, ob das Gerät wie vorgesehen funktioniert.
Die SMU-Geräte (Source Measure Units) von Keithley sind die Hauptinstrumente für I-V-Charakterisierungsmessungen bei MOSFETs. Ihre Fähigkeit, Spannung zu liefern und gleichzeitig Strom zu messen oder Strom zu liefern und gleichzeitig Spannung zu messen, kann mit Gleichstrom- und Sweep-Vorgängen kombiniert werden, um Messungen wie Durchlassspannung (VF), Sperrstrom und Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung (VB) durchzuführen, ohne eine Verbindung zum Prüfling zu ändern (Abbildung 1).
Mithilfe integrierter Funktionen können mehrere SMUs für parametrische Messungen wie Schwellenspannung, Beta und Transkonduktanz synchronisiert werden.
I-V-Kennlinienmessung eines MOSFET mit SMUs (Source Measure Units) von Keithley
Mit nur zwei SMU-Geräten kann eine MOSFET-Kurvenfamilie erstellt werden (Abbildung 2). Für jeden Basisstrom von SMU1 führt SMU2 einen VCE-Sweep durch und misst IC.
Eine weitere gängige Methode zur Messung von I-V-Kennlinien ist die Impuls-I-V-Charakterisierung, bei der Spannungen und Ströme für eine sehr kurze Zeit und mit einem begrenzten Arbeitszyklus anliegen. Impuls-I-V-Messungen können die Testzeiten verkürzen und ermöglichen eine MOSFET-Charakterisierung, ohne den sicheren Betriebsbereich zu überschreiten oder eine Eigenerwärmung des Geräts und dadurch eine Parameterverschiebung zu verursachen.
Zur Messung dieser MOSFET-I-V-Kennlinien werden typischerweise zwei Impuls-I-V-Kanäle verwendet, wobei ein Kanal mit dem Gate und der andere mit dem Drain verbunden ist. Die Masse jedes Kanals ist mit dem Quellstift des MOSFET verbunden.
Um die Transistorkurven zu konstruieren, legt der Gate-Kanal zuerst Spannung an das Gate an, dann führt der Drain-Kanal einen VDS-Sweep durch einen Wertebereich durch und misst den resultierenden Strom an jedem Punkt. Als nächstes legt der Gate-Kanal eine andere Spannung an das Gate an und der Vorgang wird wiederholt, wodurch die nächste MOSFET-I-V-Kennlinie des Satzes erstellt wird.
Die SMU-Geräte von Keithley vereinfachen diesen Prozess mit integrierten Impuls- und Gleichstrom-Sweeps, einschließlich linearer Treppe, logarithmischer Treppe und benutzerdefinierter Sweeps (Abbildung 3). Sweeps in Verbindung mit anderen Durchsatzverbesserungen wie integrierter Grenzwertprüfung, digitalem E/A und einer Schnittstelle zur Komponentenhandhabung sind ideal für Hochgeschwindigkeits-Produktionsumgebungen ohne Unterbrechung. Alle Sweep-Konfigurationen können für Einzelereignis- oder Dauerbetrieb programmiert werden.
Instrument- und Softwarelösungen zur MOSFET-I-V-Charakterisierung von Tektronix Keithley
Abbildung 4 zeigt verschiedene Hardware- und Softwarelösungen zur MOSFET-IV-Charakterisierung. Im ersten Beispiel werden SourceMeter der Serie 2400 an einen PC angeschlossen. Im zweiten Beispiel sind SourceMeter der Serie 2600B mit der TSP-Link-Technologie verbunden, die mehrere SMUs nahtlos in ein einziges System integriert, das als einzelnes Instrument über die Master-SMU 2600B oder einen PC programmiert und gesteuert werden kann.
Die Kickstart I-V Characterizer-Software ermöglicht eine schnelle Einrichtung und Analyse von Tests, führt Strom-Spannungs-Tests (I-V) an einer Vielzahl von Materialien und Geräten durch und kann bei jedem Test bis zu vier SMU-Geräte steuern.
Im dritten Beispiel wird der Parameteranalysator Keithley 4200A-SCS verwendet. Dieses System umfasst einen eingebetteten PC, das Betriebssystem Windows® und Massenspeicher. Es handelt sich um eine vollständige Signalcharakterisierungslösung für FETs und Teststrukturen. Es unterstützt bis zu neun SMU-Module und bietet eine Reihe Windows-basierter Software, die so intuitiv ist, dass selbst ein Laie das System problemlos verwenden kann. Diese Point-and-Click-Software bietet eine breite Palette an Funktionen, darunter die Verwaltung von Tests, die Erstellung von Berichten, die Automatisierung der Testsequenzierung und die Erstellung von Benutzerbibliotheken. Das Modell 4200-SCS ist eine Komplettlösung, die eine Auflösung im Sub-Femtoampere-Bereich mit Diagrammerstellung und Analyse in Echtzeit kombiniert.
Ingenieure haben außerdem die Möglichkeit, jede Keithley SMU mit einer I-V-Kennlinienschreibsoftware zu kombinieren, um eine I-V-Kennlinienverfolgung durchzuführen und Geräte mit zwei Stiften wie z. B. Dioden zu charakterisieren. Wenn Sie Hilfe bei der Suche nach der für Sie passenden Lösung benötigen, wenden Sie sich an die Experten von Tektronix.