物理学测试仪器4200

AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.14200-SCS半导体特性分析系统介绍•4200-SCS产品主要应用领域•4200-SCS系统介绍AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.24200-SCS半导体特性分析系统主要应用领域•半导体材料和器件的研发—传统的半导体和微电子专业•器件和工艺的参数监控—半导体工艺线，生产•器件的建模（Modeling)—半导体器件的设计，集成电路的设计•可靠性和寿命测试—半导体器件可靠性研究•高功率MOSFET，BJT和III-V族器件（GaN，GaAs)的特性分析•纳米器件研究；•光电子器件的研究（LED，OLED等）；•非易挥发性存储器测试—Flash闪存，相变存储器（PRAM），铁电存储器（FeRAM)，阻变存储器（RRAM)等；•有机半导体特性分析•太阳能电池及光伏电池特性分析AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.3产品介绍—前面板•4200-SCS/F半导体特性分析系统的前面板具有一个12英寸的超清晰分辨率（1024×768）的液晶显示器，具有可刻录的DVD光驱，磁盘驱动器，USB接口，键盘和鼠标。•具有工业级，基于GUI的Windows视窗界面，将系统设置集成时间降低到了最小；•将工业级控制器和另外的RAM集成在一起，确保了高的测试速度，加强了系统的坚固性，稳定性和安全性；2000年年底推向市场，全球第一家将WindowsGUI界面和测量仪器有机地结合在仪器•具有计算机大容量硬盘，可立即存储测试过程和数据结果；•可刻录的DVD光驱可以进行大容量的数据备份和传输；•带有4个USB接口可迅速地与外围设备进行通信。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.4产品介绍—后面板•4200-SCS半导体特性分析系统的后面板是系统的主要组成部分，从左至右看，可分成计算机部分和仪器测量部分。计算机部分包括标准的10/100以太网接口，RS-232接口，并行打印机接口（内置100多种常用打印机驱动程序），SVGA显示器接口，USB接口等；仪器测量部分则包括9个基于PCI总线的插槽，可插入2-8个SMU（源测量单元），可插入双通道脉冲发生器和示波器插卡（支持脉冲I-V测量），带有远端感应功能的低噪声地单元，GPIB接口等；•将仪器测量部分与计算机部分组成了一个完整有机的整体，使得用户在仪器安装和调试的时间降低到了最小；•PCI总线插槽的结构可以使得用户将测量通道的数量从2个扩展至8个，从直流I-V测试扩展到脉冲I-V测试；•每个SMU通道都具有独立的22位分辨率的A/D转换器，保证了测试精度；AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.5产品介绍—典型配置•4个高分辨率SMU单元；（可测试4端口MOSFET器件）•4个电流前置放大器单元；（电流可分辨到0.1fA，电流精度10fA)•1个CVU（电容—电压测量单元）；•1套完整的脉冲I-V（4225-PMU）测量单元；AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.6产品介绍—I-V特性测量•4200-SCS系统实现I-V测量功能的核心单元是SMU（源测量单元）；•SMU集4种功能于一体：电压源、电压表、电流源、电流表；•可以向器件提供驱动电压同时测量电流，也可以向器件提供电流并测量电压；•图形化的KITE软件可以轻松地设定测试条件，设定电压或电流，被测点数，•保护电压或电流值，完成各种I-V参数测试；•SMU的数量与被测器件的端口数有关，原则上有几个端口，就要配几个SMU。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.7产品介绍—四探针电阻率测量半导体材料研究和器件测试经常需要确定样品的电阻率和Hall载流子浓度。半导体材料的电阻率主要取决于体掺杂。在一个半导体器件中，电阻率能够影响电容，串联阻抗和阈值电压。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.8产品介绍—C-V特性测量•C-V测量是由4210-CVU测试单元和4200-SCS系统的KITE软件平台共同完成；•扫频频率为1KHz-10MHz，扫描电压范围：0-±60V；（加功率包的情况下可到200V）•C-V测量不仅是电容—电压的测量，更重要的是提供了完整的C-V分析数据库，用户很方便（无需编写程序代码）得到各种半导体物理量：氧化层厚度、栅面积、串联电阻、平带电容、电压、开启电压、体掺杂、有效氧化层电荷密度、可动电荷、金属-半导体功函数、德拜长度、体电势等。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.9产品介绍—准静态C-V特性测量•超低频（准静态C-VQuas-static)C-V测试：频率范围：10mHz-10Hz;测量量程：1pF-10nF；AC信号：10mV-3VRMS；DC偏置：+/-20VAGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.10产品介绍—4200-SCS微弱电流技术特性•吉时利仪器公司成立63年来，致力于微弱电流测试的技术研发：4200-SCS系统采用了2个技术优势来保证电流的测试：(1).测试电缆采用三同轴电缆技术，采用特殊Guard保护电路，从而保证了小电流的测试；AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.11产品介绍—4200-SCS电流测试SMU指标AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.12产品介绍—4200-SCS微弱电流技术特性4200-SCS系统采用了2个技术优势来保证电流的测试：(2).在实际的纳米器件测试中，要考虑到往往被测器件距离参数测试系统会有一段距离，如果不在前端就将前级微弱电流放大，就会导致前端噪声传送到SMU单元中，这样一来，如果将SMU本底精度做的过高，就意义不大了；因此一定要考虑在前端放大微弱电流信号，这里又要提及测试小电流的基本原理，就是在测试小电流时，一定要将电路的等效阻抗越大越好，因为电流的噪声是和电路的等效阻抗成反比关系，参见下图：因此，需要特别指出的是，4200-SCS系统中的4200-PA电流前置单元，该电流前置单元的等效阻抗可达10^16Ω，因此就大大降低了电路的噪声。而且，电流前置放大器可以放置在器件前端（探针台前端），从而在前级就将电流信号无损耗地传送到主机中。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.13产品介绍—4200-SCS微弱电流实测图形-12009年9月28日于南京大学用4200-SCS与Cascade12000系列探针台连接时的电流本底实测图蓝颜色为不接探针台的本底电流实测不超过2fA，接上探针台时不超过10fA。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.14产品介绍—4200-SCS微弱电流实测图形-22009年9月28日于南京大学用4200-SCS测试一个MOSFET的实测图形栅极不加电压时测试的IdVd曲线，在小电流测试段显示数据非常稳定。AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.15产品介绍—4200-SCSC-V测量技术特点•4200-SCS进行的C-V测试还有业内最丰富的C-V参数测试库：•标准C-V扫描：普通MOSFET，二极管和电容器；•MOScap：测量MOS电容器上的C-V，提取参数包括氧化层电容，氧化层厚度，掺杂浓度，耗尽深度，德拜长度，平带电容，平带电压，体电势，阈值电压，金属半导体功函数，有效氧化层电荷；•MOSFET：对一个MOSFET器件进行一个C-V扫描。提取参数包括：氧化层厚度，氧化层电容，平带电容，平带电压，阈值电压，掺杂浓度与耗尽深度的函数关系；•寿命：确定产生速度并进行寿命测试（Zerbst图）；•可动离子：使用BTS方法确定并提取平带电压参数确定可动电荷。包括对HotChuck热吸盘的控制。在室温下测试样品，然后加热后测试，然后再恢复至室温下以确定平带漂移电压，从而确定可动电荷；•电容：在金属-绝缘-金属（MIM）电容器上进行C-V扫描和C-f扫描，并计算出标准偏差；•PN结：测量P-N结或肖特及二极管的电容与其尖端片置电压的函数关系；AGREATERMEASUREOFCONFIDENCEa–PROPRIETARY©Copyright2004KeithleyInstruments,Inc.16产品介绍—4200-SCSC-V测量技术特点（续）•光伏电池：测量一个发光太阳电池的正向和反向DC特性，提取参数，最大功率，最大电流，最大电压，短路电流，开路电压，效率。同时执行C-V和C-f扫描特性；•BJT：在端-端之间测量电容（OV偏置情况下），Cbe，Cbc，Cec；•接线电容：测量晶圆上小的互相接线之间的电容；•纳米线：在两端的纳米线器件上进行C-V扫描；•闪存：在一个典型的栅极悬浮闪存器件上进行C-V测量。•和其他的特性分析系统不同，KeithleyC-