圖1. 使用Keithley S500測試系統測試平板顯示器的配置圖

 

  

          圖2.傳統SMU測得OLED飽和及線(xiàn)性I-V曲線(xiàn)。                        圖3. 4211-SMU測得OLED的飽和及線(xiàn)性I-V曲線(xiàn)。

 

實(shí)例2：長(cháng)電纜nMOSFET傳遞特點(diǎn)測試

 

可以使用兩個(gè)SMU生成n型MOSFET的Id-Vg曲線(xiàn)。一個(gè)SMU掃描柵極電壓，另一個(gè)SMU測量漏極電流。圖4是典型測試電路的電路示意圖，其中使用20m三芯同軸電纜把SMU連接到器件端子上。

 

圖4. 使用兩個(gè)SMU測量MOSFET的I-V特點(diǎn)。

 

圖5顯示了使用兩個(gè)傳統SMU及使用兩個(gè)4211-SMU測量的傳遞特點(diǎn)。藍色曲線(xiàn)(使用兩個(gè)傳統SMU獲得)在曲線(xiàn)中顯示了振蕩，特別是在弱電流及改變電流范圍時(shí)。紅色曲線(xiàn)是使用兩個(gè)4211-SMU得到的電流測量，非常穩定。

 

圖5. 使用傳統SMU和4211-SMU及20 m三芯同軸電纜生成的nMOSFET Id-Vg曲線(xiàn)。

 

實(shí)例3：通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET測試

 

測試通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的器件時(shí)，可能會(huì )面臨很大挑戰，因為要求額外的線(xiàn)纜。三芯同軸電纜用來(lái)把SMU連接到開(kāi)關(guān)矩陣上，再從開(kāi)關(guān)矩陣連接到DUT。圖6顯示了典型的電路圖，其中兩個(gè)SMU使用遠程傳感連接開(kāi)關(guān)矩陣。使用遠程傳感(4線(xiàn)測量)而不是本地傳感(2線(xiàn)測量)，要求每個(gè)SMU連接兩條電纜，由于電纜是平行的，所以這會(huì )使SMU輸出的電容提高一倍。

 

圖6. 通過(guò)707B開(kāi)關(guān)矩陣把SMU連接到DUT的簡(jiǎn)化示意圖。

 

在這種情況下，SMU使用2m電纜連接到開(kāi)關(guān)矩陣的行(輸入)上；開(kāi)關(guān)矩陣的列(輸出)使用5m電纜連接到配線(xiàn)架上。然后再使用另一條1m電纜從配線(xiàn)架連接到探頭，所以從一個(gè)SMU到DUT的三芯同軸電纜的總長(cháng)度是： (2 x 2 m) + (2 x 5 m) + (1 m) = 15 m。除了三芯同軸電纜外，開(kāi)關(guān)矩陣本身也增加了電容，在計算測試系統總電容時(shí)可能需要包括進(jìn)去。

 

在測量通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET器件的輸出特點(diǎn)時(shí)，使用兩個(gè)4211-SMU較使用兩個(gè)傳統SMU的結果明顯改善。在這項測試中，其中一個(gè)SMU被偏置恒定柵極電壓，另一個(gè)SMU掃描漏極電壓，測量得到的漏極電流。使用兩個(gè)傳統SMU (藍色曲線(xiàn))和兩個(gè)4211-SMU (紅色曲線(xiàn))生成的漏極電流相對于漏極電壓關(guān)系曲線(xiàn)如圖7所示。在進(jìn)行毫微安培測量時(shí)，使用傳統SMU測量漏極電流會(huì )出現振蕩(如藍色曲線(xiàn)所示)。而在使用4211-SMU測量通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET的漏極電流時(shí)，測量結果穩定(如紅色曲線(xiàn)所示)。

 

圖7. 使用兩個(gè)傳統SMU及兩個(gè)4211-SMU測量通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣連接的FET的Id-Vd曲線(xiàn)對比。

 

實(shí)例4：擁有公共柵極和卡盤(pán)電容的納米FET

 

通過(guò)使用4201-SMU和4211-SMU，可以在納米FET和2D FTE上進(jìn)行穩定的弱電流測量。這些FET及其他器件有時(shí)會(huì )有一個(gè)器件端子通過(guò)探測站卡盤(pán)接觸SMU。圖8是納米FET測試配置的典型電路圖。在這個(gè)實(shí)例中，一個(gè)SMU通過(guò)卡盤(pán)連接到柵極端子?？ūP(pán)的電容最高達幾毫微法拉第，可以由探測站制造商驗證。在某些情況下，可能必需使用卡盤(pán)頂部的傳導墊接觸柵極。

 

SMU可以使用同軸電纜或三芯同軸電纜連接到卡盤(pán)上，具體視探測站制造商而定。同軸電纜卡盤(pán)在測試電路中表示為負載電容，因為這個(gè)電容出現在SMU的Force HI與Force LO之間，如圖中所示的實(shí)例。而帶有三芯同軸電纜的卡盤(pán)則表示為電纜電容。

 

圖8. 使用兩個(gè)SMU測試納米FET。

 

在使用兩個(gè)傳統SMU連接2D FET的柵極和漏極時(shí)，會(huì )產(chǎn)生有噪聲的Id-Vg磁滯曲線(xiàn)，如圖9所示。但是，在使用4211-SMU連接同一器件的柵極和漏極時(shí)，得到的磁滯曲線(xiàn)是平滑穩定的，如圖10所示。

 

    
圖9.傳統SMU測得的2D FET Id-Vg磁滯曲線(xiàn)。                         圖10. 4211-SMU測得的Id-Vg磁滯曲線(xiàn)。

 

實(shí)例5：電容器泄漏

 

在測量電容器泄漏時(shí)，需要對被測電容器應用一個(gè)固定電壓，然后測量得到的電流。泄漏電流會(huì )隨著(zhù)時(shí)間呈指數級衰落，因此通常需要以已知時(shí)間周期應用電壓，然后再測量電流。視被測的器件，測得的電流一般會(huì )非常小(通常<10nA)。圖11是使用SMU測量電容器泄漏的電路圖。推薦在電路中使用串聯(lián)二極管，以降低測量噪聲。

 

圖11. 使用SMU和串聯(lián)二極管測量電容器泄漏。

 

圖12是使用4201-SMU測量的100nF電容器的泄漏電流相對于時(shí)間關(guān)系圖。由于提高了最大負載電容指標，4201-SMU和4211-SMU在測量電容器泄漏時(shí)比較穩定，但是否需要串聯(lián)二極管，則取決于電容器的絕緣電阻和幅度及電流測量范圍。這可能需要做一些實(shí)驗。

 

圖12. 使用4201-SMU測得的100nF電容器的泄漏電流相對于時(shí)間關(guān)系圖。

 

Keithley 4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU為在各種器件和材料上提供電壓、進(jìn)行非常靈敏(<nA)弱電流測量提供了理想的解決方案。這些SMU特別適合在擁有高測試連接電容的測試電路中進(jìn)行穩定的弱電流測量。與其他靈敏的SMU相比，其最大電容指標已經(jīng)提高。