超快速IV测试技术-半导体器件特性测试的变革

超快速IV测量技术是过去十年里吉时利推出的最具变革性的方法和仪器，吉时利一直以其高精度高品质的SMU即原测试单元而著称，吉时利的原测试单元在过去的三十年里一直被当做直流伏安测试的标准，一些著名的产品例如236、237、240、2600、4200都被广泛应用于半导体、光电、光伏、纳米材料等行业，如2010年诺贝尔物理学奖获得者所研究的石墨硒就是使用吉时利的原测试单元进行量测的。

　　随着科学的发展，科学家和工程师发现越来越多的器件具有瞬态效应，例如功率的瞬态效应会在1微秒内完成，这些瞬态效应往往瞬态即逝，难以捕捉。为了研究这些效应就需要SMU具有更快的测量速度，但是由于SMU在设计上的一些局限性，使得SMU无法提供非常快速的量测，于是基于超快速IV量测技术的PMU就应运而生。这里将介绍测试单元PUM和超快速IV量测技术给半导体器件特性分析带来的革命性的变化。

　　图1 量测技术时间精度对比

　　使用超快速IV量测的目的

　　SMU即原测试单元由四个部分组成：电压源、电流源、电压表和电流表，SMU可以输出电压测量电流，也可以输出电流测量电压。需要强调的是，SMU内部集成的四个仪表都是直流的高精度仪表，吉时利最高精度的SMU可以分辨0.01fA的电流和1µV的电压。为了得到如此高的测量精度，SMU使用的AV转换是积分模式的，如果您使用过SMU，您一定知道SMU是需要积分概念的，积分时间的单位是PLC，一个PLC等于20个毫秒，要得到准确的测量结果，就需要在至少一个PLC内做积分，这样看来SMU是一个测得准但测得很慢的仪器。

　　另外一种使用AD转换模式的仪器是数字示波器。数字示波器使用的AD转换是差分模式，这种模式可以提供非常高的测量速度，但相对于SMU，示波器的测量精度就惨不忍睹，事实上多数示波器只能测量电压，而电压的测量能准确到一个毫伏就很好了。如果用示波器来测量电流通常有两种方式，一个是使用电流探头，另外一个是测量已知组织电阻两端的电压，这两种方法都不能得到准确的电流测量，而且连线也特别复杂。示波器在设计之初就没有为精确的IV量测提供服务。

　　从另外一个角度来看待这个问题，精度和速度就像鱼和熊掌永远不可兼得，精度需要牺牲速度来换取，反之亦然。另外，如果使用示波器来测量前面提到的器件的瞬态效应还有另外一个问题，示波器没有内部的信号机理，脉冲发生器就是用来提供高速率的信号机理的，但是脉冲发生器只能提供信号机理，而不能进行信号的测试，只有把脉冲发生器和示波器做在一个测试系统内，才能实现SMU能实现的量测。