4200A-SCS — система измерения параметров полупроводников

Описание системы измерения параметров полупроводников 4200A-SCS:

Система 4200A-SCS – универсальная система для измерения вольт-амперных характеристик I-V на постоянном токе, С-V метрии (снятие вольт-фарадных характеристик) на переменном токе и в импульсном режиме для полупроводниковых приборов и тестовых структур на пластине в полупроводниковом производстве.

Система имеет модульную многоканальную архитектуру и настраиваемую конфигурацию, поддерживая до 9 измерительных и дополнительных модулей.

Система измерения параметров полупроводников 4200A-SCS - это комплекс аппаратных и программных средств:

Назначение системы измерения параметров полупроводников 4200A-SCS:

• Измерение ВАХ в диапазоне токов 0,1 фА до 1 А и напряжения от 1 мкВ до 210 В;
• Измерения на переменном токе (C-V, C-f, C-t) в диапазоне до 420 В с разрешением 1 мВ, в частотном диапазоне от 1 кГц до 10 МГц;
• Ультрабыстрое и импульсное тестирование с временным разрешением 5 нс;
• Автоматическое переключение между режимом измерения ВАХ и CV-метрией.

Особенности системы измерения параметров полупроводников 4200A-SCS:

• Встроенная рабочая станция на базе ОС Windows 7;
• Сенсорный 15,6" ЖК монитор высокого разрешения (1920x1080);
• Шасси поддерживает до 9 измерительных модулей одновременно;
• Опционально предусилитель малых токов для модулей средней и высокой мощности;
• Измерение вольт-фарадных (C-V) характеристик с дифференциальным смещением ±60 В и в диапазоне частот от 1 кГц до 10 МГц, а также в квазистатическом режиме и ультранизкочастотную CV-метрию;
• Опциональное измерение высоковольтных вольт-фарадных (С-V) характеристик в диапазоне дифференциального напряжения до 400 В;
• Интерактивная интуитивно понятная пользовательская среда тестирования (Clarius) позволяет быстро решать задачи по управлению процессом измерения и тестирования;
• Библиотека до 450 стандартных тестов;
• Широкий набор интерфейсов и портов: USB, SVGA, Printer, GPIB, Ethernet, mouse, Keyboard.

Измерительные модули:

Измерительные модули предназначены для снятия ВАХ на постоянном токе в четырехквадрантной области (измерение/генерация). Они устанавливаются в слоты базового блока системы 4200-SCS. На одно шасси 4200-SCS возможно установить до 9 измерительных модулей 4210-SMU или 4200-SMU.

Модули средней мощности 4200-SMU:

• 7 токовых диапазонов для генерации и измерения:
  от 100 нА (полная шкала) до 100 мA (полная шкала).
  Разрешение:
  от 100 фA до 100 нA – в режиме измерения;
  от 5 пA до 5 мкА - в режиме генерации.
• 4 вольтовых диапазона для генерации и измерения:
  от 200 мВ до 200 В.
  Разрешение:
  от 1 мкВ до 200 мкВ - в режиме измерения;
  от 5 мкВ до 5 мВ - в режиме генерации.
  Максимальное выходное напряжение:
  21 В при токе 100 мА;
  210 В при токе 10 мА.
• Опциональный токовый предусилитель 4200-PA расширяет токовые диапазоны дополнительно:
  Диапазоны : 1 пА, 10 пА, 100 пА, 1 нА, 10 нА.

Модули большой мощности 4210-SMU:

• 9 токовых диапазонов для генерации и измерения:
  от 100 нА (полная шкала) до 1 A (полная шкала).
  Разрешение:
  от 100 фA до 1 мкA – в режиме измерения;
  от 5 пA до 50 мкА - в режиме генерации.
• 4 вольтовых диапазона для генерации и измерения:
  от 200 мВ до 200 В.
  Разрешение:
  от 1 мкВ до 200 мкВ - в режиме измерения;
  от 5 мкВ до 5 мВ - в режиме генерации.
  Максимальное выходное напряжение:
  21 В при токе 1 А;
  210 В при токе 10 мА.
• Опциональный токовый предусилитель 4200-PA расширяет токовые диапазоны дополнительно:
  Диапазоны : 1 пА, 10 пА, 100 пА, 1 нА, 10 нА.

Токовый предусилитель 4200-PA:

Расширяет токовые диапазоны дополнительно:
1 пА, 10 пА, 100 пА, 1 нА, 10 нА.

CV- метрия. Измерение вольт-фарадных характеристик:

С-V измерения в системе 4200- SCS осуществляются с помощью:

• встраиваемой опции CV-метрии 4210-CVU;
• опции расширения для проведения мощной CV-метрии 4200-CVU-POWER;
• квазистатическим методом CV-метрии при помощи модулей 4200-SMU или 4210-SMU
  с опцией 4200-PA;
• новым патентованным методом ультранизкочастотной CV-метрии (10 мГц...10 Гц) при помощи модулей 4200-SMU или 4210-SMU с опцией 4200-PA.

Опция CV-метрии 4210-CVU может быть установлена в систему которая уже эксплуатируется или заказана при первоначальной комплектации системы.

Встроенный C-V модуль обеспечивает C-V измерения с параметрами:

• тестовый сигнал:
  частотный диапазон от 1 кГц до 10 МГц;
  разрешение тестового сигнала 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц в зависимости от диапазона;
  точность частоты ±0,1%;
  выходной уровень 10 мВ...100 мВ;
  разрешение 1 мВскз;
  точность±(10%+1 мВскз)
• внутренний источник постоянного смещения:
  диапазон ±30 В (60 В диф.);
  разрешение 1 мВ;
  точность±(0,5%+5 мВ);
  максимальный ток 10 мА;
• режим свипирования:
  параметры свипирования: постоянное смещение, частота, переменное напряжение;
  закон: линейный,пользовательский;
  направление: вверх, вниз;
  количество точек: 4096;
• измеряемые параметры: Cp-G, Cp-D, Cs-Rs, Cs-D, R-jX, Z-Theta;
• выходные интерфейсы: 4 SMA (female).

Высокоскоростная цифровая архитектура позволяет строить графики С-V в режиме реального времени.

4210-CVU содержит широкий набор образцов программ, библиотек тестов и примеров экстракции параметров:

• Стандартная C-V метрия: для обычных МОП-транзитовов, диодов и конденсаторов;
• MOScap: Измерение C-V на МОП-конденсаторах;
• MOSFET: Измерение C-V на МОП-транзисторах;
• Время жизни: Определение скорости генерации и время жизни носителей, (график Зебрста) для МОП-конденсаторов;
• Мобильные ионы: Определение подвижного заряда с помощью измерений на разных темепературах;
• Емкость: Снятие характеристик как C-V так и C-f (от частоты) на МИМ (металл –изолятор –металл) конденсаторах;
• PNjunction: Измерение емкости p n перехода или диода Шоттки как функции приложенного постоянного смещения;
• Photo Voltaic cell: Измерение как прямой так и обратной характеристики ячеек солнечных батарей cell;
• BJT: Измерение емкости (при нулевом смещении) между выводами биполярного транзистора (База-эммитер, База-коллектор, Эммитер-коллектор);
• I-V/C-V с переподключением: Демонстрация с использованием измерительных модулей SMUs, опции CVU, и переключательных матриц and 707A/708A в одном проекте;
• Емкость межсоединений: Измерение C-V малой межконтактной емкости на подложке;
• Нанопроволоки: Проведение C-V измерений на двухвыводном приборе на базе нанопроволоки;
• Flash: Проведение C-V измерений на типичном приборе памяти на базе плавающего затвора.

Опция расширения для проведения мощной CV-метрии 4200-CVU-PWR:

• Диапазоны измерения от 1 пФ до 1 нФ;
• Тестовый сигнал от 100 кГц до 10 МГц (10 мВ...100 мВ);
• Источник постоянного смещения ±200 В (400 В диф.) с разрешением 5 мВ;
• Максимальный ток 100 мА (для 4200-SMU) или 300мА (для 4210-SMU);
• Измеряемые параметры: Cp-Gp, DCV, временные метки;
• Поддержка до 4-х SMU.

4200-CVU-PWR применяется для тестирования:

• мощные устройства;
• дисплеи;
• LDMOS;
• устройства памяти.

Квазистатический способ CV-метрии:

• Два модуля 4200-SMU или 4210-SMU с опцией 4200-PA;
• Низкий уровень шумов благодаря уникальному методу Ramp Rate;
• Поддержка постоянного смещения ±200 В;
• Библиотеки тестов.

Применяется для тестирования:

• CMOS малой мощности;
• некоторые типы дисплеев (индикаторов);
• различные устройства с низким током утечки.

Ультранизкочастотная CV-метрия:

• Два модуля 4200-SMU или 4210-SMU с опцией 4200-PA (частота 10 мГц...10 Гц);
• Сверхнизкий уровень шумов;
• Диапазон измерения от 1 пФ до 10 нФ;
• Экстракция:Cp-Gp, Cp-D, Cs-Rs, Cs-D, R-jX, Z-Theta, DCV, частота, временные метки.

Применяется для тестирования:

• CMOS;
• органическая электроника (OLED, OFET, OPVC);
• устройства памяти;
• тонкопленочные транзисторы (TFT).

Для автоматического переключения между измерениями ВАХ и CV-метри и доступен модуль 4200A-CVIV.

Кроме того, CV-метрия может быть добавлена в любой выходной канал не изменяя текущее подключение кабелей. Любой канал может быть сконфигурирован пользователем для измерений малых токов с использованием предусилителя 4200-PA или со стандартным разрешением для SMU при измерении токов - через 4200A-CVIV-SPT.

• Входные разъемы:
  4200-PA: D-Sub (male), 15 pin;
  4200-CVIV-SPT: 2 триаксиальных (Female)на модуль;
  CVU: 4 SMA (female);
• Выходные разъемы:
  8 триаксиальных (female);

• Выходные канал: конфигурирование от 1 до 4;

• Максимальное напряжение 210 В;
• Максимальный ток 1А.

Ультрабыстрое тестирование:

В системе 4200-SCS доступно два вида генераторов импульсов:

• Генератор импульсов типа 4220-PGU;
• Модуль ультрабыстрого тестирования 4225-PMU.

Обе модели поддерживают:

• Два выходных канала;
• Стандартный (2-уровневый) импульс;
• Segment Arb:
  макс. количество сегментов 2048;
  макс.количество последовательностей 512;
  длительность сегмента от 20 нс до 40 с;
  разрешение 10 нс;
• Формирование сигнала произвольной формы;
• Каждый выходной сигнал имеет два диапазона выхода:
  10 В (высокий импеданс; 5 В с 50 Ω);
  40 В (высокий импеданс; 20 В с 50 Ω);
• Выходные разъемы:
  4 SMA (female);
  2 HDMI (только для 4225-PMU).

Модель 4220-PGU является только двухканальным генератором импульсов напряжения.

Модуль ультрабыстрого тестирования 4225-PMU выполняет:

импульсное тестирование: генерация импульса/измерение (аналогично работе измерительных модулей);

переходная ВАХ: захват формы; интегрированные измерения тока и напряжения во времени;

импульсный генератор: двух и мультиуровневый импульс; генерация сигналов произвольной формы; генерация пользовательской формы сигнала из сегментов Segment ARB.

Модуль предусилителя/коммутатора 4225-RPM используется для автоматического переключения между измерениями ВАХ, CV-метрии и импульсными измерениями.

Данный модуль расширяет диапазон измерения 4225-PMU для работы с малыми токами.

• Входы SMU Force, SMU Sense, CVU Pot, CVU Cur, RPM Control;
• Входные разъемы:
  2 триаксиальных (female);
  2 SMA (female);
  1 HDMI;
• Выход - 1 канал;
• Выходные разъемы:
  2 триаксиальных (female).

Для ультрабыстрого тестирования NBTI/PBTI полупроводников рекомендуется опция 4200-BTI-A.

Это идеальное средство автоматического тестирования не только на уровне подложки, но и при использовании кассет.

Опция 4200-BTI-A включает в себя:

• один модуль ультрабыстрого тестирования 4225-PMU;
• два модуля предусилителей/коммутаторов 4225-RPM;
• программное обеспечение для автоматического тестирования (ACS);
• тесты для ультрабыстрого BTI тестирования;
• комплект кабелей.

Для проведения многоканальных измерений для системы 4200A доступно использование матричных коммутаторов: шестислотового 707B и однослотового 708B.

Программные средства:

Интерактивное программное обеспечение состоит из различных программных продуктов для обеспечения функционирования системы Keithley 4200A.

Среди них:

• Keithley Clear Straightforward Analysis (Clarius)—интерактивный пользовательский интерфейс для 4200A-SCS;
• Keithley User Library Tool (KULT)—поддерживает создание и интеграцию программ на языке С и другие пользовательские алгоритмы в Clarus для использования 4200A-SCS. Требуется опция 4200-COMPILER;
• Keithley Configuration Utility (KCON)—позволяет управлять по GPIB внешними устройствами, такими как: коммутаторами, внешними измерительными модулями, источниками-измерителями, установками зондового контроля, измерителями емкости, импульсными генераторами, осциллографами;
• Keithley External Control Interface (KXCI)—приложение для управления системой 4200A-SCS от удаленного компьютера через GPIB;
• KPulse графический пользовательский интерфейс(GUI) предоставляет альтернативные (без программирования) возможности по конфигурированию и управлению модулями 4225-PMU и 4220-PGU. Используется для проведения быстрых тестов без взаимодействия с другими модулями и ресурсами 4200A-SCS.

Пользовательский интерфейс (Keithley Interactive Test Environment - KITE):

Что позволяет данный интерфейс?

• Даже неопытный пользователь может сразу без помощи программиста приступить к измерениям, которые займут немного времени;
• Новый пользовательский интерфейс Clarius позволяет осуществить выбор из библиотеки в которой более чем 450 тестов, проектов и устройств для быстрого тестирования;

• Быстро и правильно проводить тестирование благодаря встроенной системе помощи, которая включает подробное описание тестов, схему измерения и видеоролики;

• Быстро установить параметры тестирования минимальным количеством кликов мыши с использованием нового представления "All Parameteкs" или графического представления;

• Анализировать и систематизировать полученные результаты и не заботиться о потере данных;

• Clarius поддерживает измерительные функции:

> Прецизионные измерения (снятия ВАХ) на постоянном токе при помощи измерительных модулей 4200-SMU и 4210-SMU;

> CV-метрию (измерение импеданса на разных частотах):
Cp-Gp (шунтирующая емкость и проводимость),
Cs-Rs (последовательное сопротивление и проводимость),
Cp-D (шунтирующая емкость и коэффициент потерь),
Cs-D (последовательное сопротивление и коэффициент потерь),
R+jX (сопротивление и реактивное сопротивление),
Z-theta (импеданс и фазовый угол),
DCV (смещение постоянного напряжения),
частота,
временные метки на 4096 точек за свипирование

> Ультрабыстрые ВАХ:
одновременное измерение тока и напряжения в импульсном режиме;
напряжение, ток и время одновременно оцифровываются в режиме захвата формы ( до 1 млн. точек оцифровки)

Доступны два метода экстракции параметров: формульный редактор (выполняет трансформацию данных для автоматизации обработки и экстракции данных) и встроенная крупноформатная таблица в стиле Excel

Пользователю доступны широкими возможностями масштабного управления для анализа:

• экспорт в xls формат;
• расширенный поиск;
• большой набор математических функций;
• библиотека основных тестов ВАХ;
• библиотека тестов в области нанотехнологий
• библиотека внешних инструментальных команд
• встроенные тесты испытания на надежность
• фабрично установленные константы.