Pomiary wysokiej częstotliwości z wykorzystaniem CVU

Pojemnościowa jednostka napięciowa 4215-CVU lub 4210-CVU może mierzyć pojemność w zakresie częstotliwości od 1 kHz do 10 MHz. Test moscap-hif-cv występujący w projekcie jest skonfigurowany do przemiatania C-V przez jednostkę CVU. Parametry testu, takie jak częstotliwość testowa, offset DC i zależności czasowe, można dostosować w oknie konfiguracyjnym testu pokazanym na rysunku 8. Aby włączyć kompensację przesunięcia CVU, należy zaznaczyć odpowiednie pola Compensation w oknie Terminal Settings.

Rysunek 8. Widok konfiguracji testu moscap-hif-cv

Ten test zawiera obliczenia w module Formulator służące do wyznaczenia i korekty rezystancji szeregowej. Wzory obliczeniowe użyte w tym teście są podane w dodatku A. Niektóre stałe w Formulatorze, w tym rozmiar obszaru bramki i temperatura, muszą być dostosowane przed wykonaniem testu.

Po uruchomieniu testu automatycznie tworzony jest wykres. Rysunek 9 przedstawia wyniki pomiaru kondensatora MOS typu n za pomocą testu.

Noty aplikacyjne firmy Keithley dotyczące optymalizacji pomiarów C-V kondensatorów MOS dla wysokiej częstotliwości są wymienione w Dodatku B.

Rysunek 9. Przemiatanie C-V kondensatora MOS przy użyciu jednostki 4215-CVU

Pomiary dla małej częstotliwości przy użyciu dwóch SMU

Analizator 4200A-SCS wykonuje pomiary C-V dla małej częstotliwości przy użyciu techniki C-V dla bardzo niskiej częstotliwości (VLF), wykorzystując możliwości pomiarowe małych prądów przez jednostkę SMU i mierząc charakterystyki C-V przy zadanych częstotliwościach w zakresie od 10 mHz do 10 Hz. Technika VLF C-V wymaga użycia dwóch jednostek SMU z przedwzmacniaczami.

Rysunek 10 to uproszczony schemat konfiguracji jednostek SMU używanych do pomiarów impedancji przy małej częstotliwości. Jednostka SMU1 wytwarza napięcie polaryzacji DC z nałożonym sygnałem AC i mierzy napięcie. Jednostka SMU2 mierzy wynikowy prąd zmienny przy 0 V DC.

Bardziej szczegółowe informacje na temat techniki VLF-CV można znaleźć w notatce aplikacyjnej firmy Keithley „Performing Very Low Frequency Capacitance-Voltage Measurements on High Impedance Devices Using the 4200A-SCS Parameter Analyzer”.

Rysunek 10. Konfiguracja pomiaru VLF C-V dla kondensatora MOS na płytce półprzewodnikowej

Test moscap-lof-cv zawarty w drzewie projektu jest używany do przemiatania C-V dla kondensatora MOS przy bardzo niskiej częstotliwości. Parametry tego testu można zmodyfikować w widoku Configure, pokazanym na rysunku 11.

Rysunek 11. Widok konfiguracji testu moscap-lof-cv

Po uruchomieniu testu automatycznie jest generowany wykres, taki jak pokazano na rysunku 12.

Rysunek 12. Przemiatanie C-V bardzo niskiej częstotliwości (VLF) kondensatora MOS

Uruchamianie projektu moscap-cv-dit-cviv i wyodrębnianie parametrów

Gdy projekt moscap-cv-dit-cviv zostanie wybrany i uruchomiony z poziomu drzewa projektu, wówczas akcje i testy będą wykonywane sekwencyjnie w kolejności ich występowania w drzewie projektu. Wyniki pomiarów C-V przy wysokiej i niskiej częstotliwości są wysyłane do arkusza analitycznego (Analyze Sheet) i wykresu (Graph) i są wyświetlane podobnie jak na rysunku 13.

Rysunek 13. Krzywe C-V dla częstotliwości HI i LO wykreślone na poziomie projektu w widoku Analyze

Wyniki pomiarów C-V są wykorzystywane w równaniach w formulatorze w celu obliczenia różnych parametrów kondensatora MOS, w tym pojemności płaskiej, napięcia płaskiego pasma, pojemności tlenku i gęstości pułapek granicznych, jak pokazano na rysunku 14. W dodatku A wymieniono wszystkie parametry obliczone w projekcie w widoku Analyze, a także w teście moscap-hif-cv w drzewie projektu.

Rysunek 14. Lista formuł na poziomie projektu

Gęstość pułapek granicznych (DIT)

Z wyznaczonych na poziomie projektu parametrów wyliczana jest gęstość pułapek granicznych (DIT). Można ją także przedstawić na wykresie. Pułapki graniczne to wady lub zanieczyszczenia powstające w procesie wytwarzania lub uszkodzenia urządzenia. Pułapki te znajdują się na granicy półprzewodników i mogą być ładowane lub rozładowywane, co wpływa na pojemność urządzenia. Ponieważ pułapki mogą reagować wolno na zmiany napięcia bramki, wpływają na pojemność urządzenia przy wysokich częstotliwościach, ale nie przy niskich częstotliwościach. Parametr DIT można wykreślić w funkcji energii pułapki granicznej (eV) względem środkowej przerwy energetycznej, jak pokazano na rysunku 15.

Rysunek 15. Gęstość pułapek granicznych przedstawiona graficznie w projekcie na poziomie Analyze View Graph

Podsumowanie

Pomiary C-V dla wysokich i niskich częstotliwości mogą być zautomatyzowane przy użyciu dwóch jednostek SMU z przedwzmacniaczami, jednostki CVU, przełącznika wielotorowego 4200A-CVIV i oprogramowania Clarius. Z danych testów C-V wylicza się wiele ważnych parametrów urządzenia, w tym gęstość pułapek granicznych. Techniki optymalizacji pomiarów C-V wysokich i niskich częstotliwości można znaleźć w notach aplikacyjnych wymienionych w załączniku B.

Jedynym autoryzowanym Dystrybutorem oraz Serwisem produktów Tektronix na terenie Polski jest firma Tespol Sp. z o.o.

www.tespol.com.pl