超快速IV测试技术简介-半导体器件特性测试的变革
PMU工作原理和基本操作方式
PMU是Pulse Measure Unit的简称，即脉冲测试单元，这是吉时利仪器2011年才推出的产品。PMU由两个部分组成，一个是插在4200主机箱里的4225PMU插卡，每块PMU插卡有两个完全独立的通道;另外一个是远端的测试附件4225RPM。
图4 PMU连线方式
PMU架构
一块PMU由两个独立的通道组成，每个通道由一个50MHz的脉冲发生器，一组采样率为200M的测试单元和电压测试单元组成，可以理解为一个50MHz的脉冲发生器带一个电压示波器和一个电流示波器。PMU有非常广阔的电压和电流的测试和输出范围，每个PMU通道都可以连接一个4225RPM以提高其测试的准确度。由于脉冲发生器和示波器都是内置的，就不需要复杂的连线了，而且吉时利独到的设计保证了PMU在高速测量下依然能够得到准确的数据，可以说在速度和经典之间找到了一个完美的平衡。
PRM可以用来提高PMU测试的准确度，它还有另外一个功能，可以用来做DCIV、IV和超快速IV之间的切换，在RPM上有一个多色的LED灯，分别用红色、蓝色和绿色代表CV、DCIV以及超快速IV。由于超快速IV本质上是一种高频测试，所以将PMU连接到线上的时候就需要注意高频信号的保护，需要特别注意。由于一个半导体器件经常需要进行DCIV、CV及超快速IV三种量测，而这三种量测所需的连线各有不同，这需要用户在这三种连线间进行切换。在推出PMU的时候，吉时利就注意到了这个问题，如图右面所示，在RPM输入端黑色的电线是SMU，红色的电线是CVU，白色的电线是PMU，在RPM的输出端是特别的蓝色的多功能Cable，能够同时为这三种测试服务。
图5 4225-PMU三种工作模式
通过这样的设置，客户可以在一个测试的设定下依次完成DVIC、CV及超快速IV的量测而不需要更换连线。从图中可以看到，4200SMU可以测得非常准，如果给4200SMU1秒钟的时间，它能准确的测量出0.1fA的电流，但是4200SMU最快的测量也需要10毫秒才能完成。再看PMU，如果给PMU10毫秒，它能准确的测量到pA级别的电流，同时PMU也能够在纳秒的级别进行量测，也即是说PMU在速度和精度之间找到了最好的平衡点。
PMU的关键参数。PMU最大的电压和电流分别是40V和0.8A，电流和电压的精度分别是0.5%+800pA和0.25%+10mV，采样率是每5ns量测一个点，PMU内部脉冲发生器可以产生50MHz的激励信号，最小的脉冲宽度是20ns。
PMU工作模式
PMU有三种基本的工作模式，分别是脉冲IV、瞬态IV和脉冲信号输出。脉冲IV指的是用PMU模仿SMU的工作模式，即DC like的测试，PMU可以和SMU一样进行电压扫描，多个PMU也可以进行组合扫描，当然和SMU不同的是PMU输出的激励信号不是直流的电压偏置，而是一系列的脉冲信号;之前提到的脉冲扫描是脉冲的幅值和基准电压的扫描。另外一种有趣的模式是瞬态IV，我们更愿意称之为波形抓取功能，有人会以为是一个示波器，它是像示波器一样工作，不同的是PMU有一个内部的脉冲发生器给器件提供激励。另外PMU不仅能够测量电压波形，也能够直接测量电流波形，因为PMU内置的是一个电流示波器加一个电压示波器。最后，PMU不需要测量的时候可以输出更加复杂的波形，例如三角波、锯齿波、正玄波、白噪声波等，PMU也可以当成一个任意波形发生器来使用。
看一个波形抓取时机的例子，用一个PMU测试一个场效应管，PMU的通道1连接到场效应管的gate，通道2连接到场效应管的dran，通道1和通道2同时向场效应管打出一个脉冲信号，当VG和VD的脉冲到达场效应管后，就会激励出ID和IG的脉冲。我们用两个通道的电压和电流示波器来抓取这四个脉冲信号，IG的脉冲波形有一个明显的凸起，可以猜测一下这是由于什么原因造成的。我们知道在一个电容器的两端发生电压变化时就会产生充电或放电的电流，电流等于电容乘以Dl/Dt。注意图中的波形，上升沿和下降沿的时间分别是100纳秒，而D-outside可以看出一个电容，就形成了看到的IG脉冲波形，对于dran端，DX电容比D-outside小很多，但还是能够看到一个小小的凸起。
波形抓取可以说是脉冲IV的基础，所谓脉冲IV就是根据需求打一系列波形到待测器件上，然后测试激励出来的电流波形，测试的核心思想是在一个预先设定的测量窗口内，将测到的所有电流点取平均。举一个例子，如果脉冲宽度是100纳秒，测量窗口预设为75%到90%，则测量就会在75纳秒到90纳秒内完成。之前提到测量的间隔是5纳秒，那么在75纳秒到90纳秒之间有5个点，这5个点的电流取平均就是我们要测试的目标电流，而客户需要定义的是这一系列脉冲信号的参数，比如脉冲宽度、上升沿下降沿的时间、脉冲的幅值和基准电压等。
最后看一下作为脉冲发生器PMU可以做什么。首先PMU可以输出一个标准的脉冲信号，其次PMU可以用一种second mode方式产生多阶脉冲信号，最后PMU可以产生任意波形，可以在前两种信号形式下进行任意量测。
问答选编
问：此测试技术的误差一般会有多大?
答：误差和测量的速度有关，假设你希望测量在100ns内完成，精度为50uA，如果测量在1ms内完成，则精度可以到pA量级。
问：能介绍一下这里所说的变革与之前的主要差异在哪里吗?
答：以前的测试是用直流的SMU中的仪表进行量程的，而PMU则是用内置的示波器和脉冲发生器完成的。
问：超快速IV测试的超快速反映在哪些指标上?
答：最快的脉冲是20ns，采样率是200MS/S也就是5ns一个测试点。
问：超快速IV测试的输出结果有几种形式? 能和PC相连吗?
答：PMU是吉时利4200-SCS的一块插卡，你必须有一台4200-SCS才能进行超快速IV量测。
问：纳米管的IV特性如何进行测量?需要什么样的仪器?
答：您需要一台4200半导体测试仪，用4200内部的SMU进行直流IV的测试，用4200内部的CVU进行CV的量测，内部的PMU进行超快速IV量测。
问：采用超快速IV测试会有什么优势?
答：采用超快速IV测试会解决在超快速测量下保持相当好的精度，在很多瞬态测试中有着尖端需求。
问：DDR3的测试还需要配置哪些附属设备?
答：DDR3的测试通常不需要使用PMU这样的仪器，您只需要一个脉冲发生器对DDR3进行擦写，然后用SMU进行量测。
问：有车载产品的信号调理的实例吗?
答：为进一步了解您的测试需求，我们需要了解您提到的车载产品的应用需求。PMU是针对半导体特性分析领域的产品，您可以进一步关注keithley精密电子市场相关的测试仪表。
问：超快速IV测试需要考虑器件的热效应或热阻的影响吗?
答：我们可以提供100ns内的IV量测，如果您的器件的自热在100ns后才会发生，那么就能得到一组没有自热效应的曲线。
问：常规的IV特性测试和频响测试有何异同点?
答：常规的IV特性是直流下的特性，也就是说SMU施加的应力会一直加载在器件上，而SMU完成量测通常要几个毫秒，这种应力的施加会使得器件发生一些反应，而超快速IV量测则可以在ns级别完成测试。
问：Model4225-PMU模块的探头有几种类性? 有探针的吗?
答：我们针对Cascade和Suss的探针台有两款专门的探针组，分别是4210-MMPC-C和4210-MMPC-S。对于别的探针台我们提供一组特别的Y-Cable，实现近段接地。
问：Model4225-PMU电压和电流地测量精度有多高? 重复性如何?
答：根据不同的测量速度有不同的精度，100ns脉冲下完成的测试，精度为50uA，而1ms下的脉冲精度则可以提高到800pA
问：吉时利仪器超快速IV测试技术是否具有独特创新优势?
答：PMU是第一个能实现在ns级别下进行准确IV量测的仪器，PMU将电流示波器、电压示波器以及一个脉冲发生器整合在一个仪表内，这样的设计在过去是没有的。
问：目前照明用LED的结温测试多用恒流脉冲测试其正向压降得出，请介绍一下超快速IV测试技术在这方面的应用。
答：LED的结温测试是keithley的典型应用之一，PMU产生的是电压脉冲，你可以关注keithley 2600系列源表，还有2651A的产品在LED节温测试的应用。
问：超快速IV特性具体内涵是什么? 对器件特性的了解有何好处?
答：如果您想测试的器件有瞬态效应，例如自发热效应、电荷捕获效应等，就会需要超快速IV量测了。
问：如何避免地线所形成的回路电流对测量的影响?
答：要解决接地点问题，多点共地，消除接地点的电位差，可以避免地线形成回路电流。
问：Model4225-PMU Ultra-Fast IV模块和哪那些测试设备一起使用?
答：任何半导体器件，都可能需要直流IV、超快速IV以及CV，4200-SCS半导体参数测试仪就可以完成这三种测试。
问：DDR3测试主要包括哪些内容?Model4225-PMU Ultra-Fast IV模块能完成吗?
答：DDR3并不是PMU的目标应用，通常DDR值需要脉冲发生器和SMU就可以测试了。
问：4200-SCS自身电源对信号采集有干扰吗?
答：4200的电源是来自于建筑物的电网，如果电网的接地有问题，就有可能会对测试产生影响。
问：超快速IV特性能捕捉瞬态波形并存储么?
答：可以，这是PMU的一种工作模式，也就是波形抓取。
加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码
