超越规格：更高电流的供给与测量

图2 使用一台SMU产生10A脉冲的实验结果

使用脉冲性能验证，工程师设置了4台组合SMU的脉冲扫描并取P-N二极管DUT上的I-V曲线（如图3所示）。值得注意的是，一台SMU的DC扫描达到3A与一台SMU的脉冲扫描达到10A的相关性。从而，工程师将可实现的I-V曲线扩展至40A。

图3 I-V曲线

此实验验证了4台SMU通道和脉冲组合在二端器件（电阻器和二极管）上实现40A的有效性。通过修改，该技术在用于测试高功率MOSFET等三端器件时同样有效。

使用多台SMU的脉冲扫描方法时，以下几种实施因素对于最大程度提高测试结果的准确度和精度来说至关重要。

● 使用源回读：SMU的源和测量功能内建在同一单元中，因此能用其测量电路回读施加电压的真实值。源电压的设置值与施加到DUT的实际电压不一定相等；使用多台并行的SMU，源的偏移量可能累加达到很大，所以使用源回读能清晰了解实际的源电平，而不仅仅是设置电压。

● 四线测量：四线（Kelvin）测量在进行大电流测试时非常必要，因为此技术通过将两条极高阻抗的电压感测（SENSE）线接至DUT，避开了测试线压降。由于SENSE线上的电流非常小，从SENSE端子看到的电压基本等于未知电阻两端的电压。在40A电流条件下，即便测试线缆有极低的电阻，如10mΩ，都会产生0.4V的压降。所以，如果SMU在40A电流条件下施加1V电压并且线缆电阻为10mΩ并采用两条测试线，那么DUT可能仅得到0.2V的电压，其中测试线缆上有0.8V的压降。

与主要影响源值的源回读不同，4线测量由于消除了可能影响测量结果的载流线压降，所以能得到准确度高得多的源值和测量值。

● 每个DUT节点只放置一个电压源：在许多测试序列中，电压扫描（施加电压）和测量电流（FVMI）很常见。在一台以上的SMU并行连接至器件一个端子的情况下，就将全部SMU置为电压源模式并测量电流。但是，必须考虑以下三个因素：

① 输出电压的SMU处于极低阻抗状态。

② DUT的阻抗可能高于处在电压源模式下SMU的阻抗。DUT的阻抗可以是静态或动态的，并且在测试序列期间会改变。

③ 即使当全部并行的SMU都设置输出同等电压时，SMU之间存在着与仪器电压源准确度有关的微小变化，这意味着SMU通道之一会比其他通道的电压略低（毫伏级的幅度）。所以，如果3台并行的SMU连接到DUT的一个端子，并且每台SMU施加电压和输出接近最大值的电流，并且DUT处于高阻态，那么所有电流将流向输出电压略低的那台SMU并很可能损坏它。因此，当并行的SMU连至DUT的一个端子时，必须仅一台SMU输出电压。参见图4，了解并行SMU连接的正确方法和错误方法。

图4 并行SMU连接的错误配置和正确配置

图4a：这种错误配置可能出现高电流并损坏源电压略低于其他SMU的那台SMU。图4b:这种准Kelvin配置，虽然不存在和第一种配置同样的仪器损坏风险，但引入了附加的测量误差，该误差必须记入系统误差计划中，而且限制了此SMU的最大输出。图4c:这种“混合”方法能防止SMU损坏并支持增加SMU电流源，以达到应用的电流源要求。

● 减轻由于接触故障造成过高能耗：当两台具有同等输出容量的SMU并行接到电路的单个节点时，一台SMU必须能吸收另一台SMU输出的全部电流。例如，当其中一条测试线断开与器件的连接时（例如，当测试线突然断开或接触不当时），有可能出现这种情况。这意味着，在一小段时间内，一台SMU必须吸收另一台SMU的电流。但是，当两台以上的SMU并联至一个电路节点时，一台SMU就不能吸收其他SMU的全部电流。如果与器件的连接断开，被迫吸收电流的SMU正处于最低电位或最低阻抗，而且很有可能正在输出电压。为了保护施加电压SMU的信号输入，可以使用诸如1N5820的二极管。推荐使用二极管的原因是因为保险丝反应太慢了，不能提供保护，而且使用电阻器将造成电阻器上的压降过大。二极管的响应比保险丝快得多，而且其上的最大压降比电阻器小得多（典型值约为1V）。但是，为了让这种方法真正安全，必须使用二极管保护所有在电路配置中的SMU。这是因为，如果DUT进入高阻状态，那么电流源试图将电流施加到正在输出电压的SMU，但是这种情况对于采用二极管保护的正在输出电压的SMU来说不可能出现。这会使输出电流的SMU提高其输出电压，直至达到其电压极限。一旦出现这种情况，电流源将不得不顺应并成为电压源。这就意味着，现在有多个并行的电压源。即使它们的电压极限设置为完全相同，但是它们的输出还可能略微不同并有可能互相损坏。