【技术大咖测试笔记系列】之九:新型SMU克服低电流容性设置的棘手测试挑战

2021-11-24 16:33

作者:泰克科技技术大咖

在测试设置中使用长电缆或容性卡盘时,测试仪器输出的电容会提高,导致测量不准确或不稳定,尤其是非常灵敏的弱电测量,因为它同时还要提供或扫描DC电压。为解决这些挑战,泰克科技旗下公司吉时利为Keithley 4200A-SCS推出了两种新的源测量单元(SMU)模块,即使在高测试连接电容的应用中,仍能进行稳定的弱电测量。

由于设计人员不断降低电流电平以节约能源,这个测量挑战正不断增长,大型LCD面板测试正是这种情况,这些面板最终将用于智能手机或平板电脑中。可能存在高电容测试连接问题的其他应用包括:卡盘上的纳米FET I-V测量,采用长电缆的MOSFET的传递特点,通过开关矩阵的FET测试,电容器泄漏测量。


支持的电容提高了1000倍


与其他灵敏的SMU相比,新推出的Keithley 4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU (选配4200-PA前置放大器)大幅度提高了最大负载电容指标。在支持的最低电流范围上,4201-SMU和4211-SMU可以供电和测量的系统电容要比当今系统高1,000倍。例如,如果电流电平在1 ~ 100 pA之间,那么吉时利模块可以处理最高1 µF (微法拉)的负载。相比之下,最大负载电容竞品在这种电流电平下,在测量准确度劣化前只能容忍1,000 pF。

这两种新模块为面临这些问题的客户提供了重要解决方案,节省了原来的调试时间,节约了重新配置测试设置以消除额外电容的费用。在测试工程师或科研人员注意到测量错误时,他们首先必须找到错误来源。这本身就要花费数小时的工作,他们通常必须考察许多可能的来源,然后才能缩小范围。一旦发现测量错误源自系统电容,那么他们必须调节测试参数、电缆长度,甚至重新安排测试设置。这离理想状态相去甚远。

那么最新SMU模块在实践中是怎样工作的呢?我们看一下平板显示器和纳米FET研究中的几个关键应用。


实例1:平板显示器上的OLED像素驱动器电路


OLED像素驱动器电路印刷在平板显示器上OLED器件旁边。为测量其DC特点,通常会通过开关矩阵把它连接到SMU上,然后再使用12-16米长的三同轴电缆连接到LCD探测站上。由于连接需要非常长的电缆,所以弱电测量不稳定很常见。在使用传统SMU连接DUT(如下图所示)进行测量时,这种不稳定性在OLED驱动器电路的两条I-V曲线,也就是饱和曲线(橙色曲线)和线性曲线(蓝色曲线)中立显。


使用传统SMU测量的OLED的饱和和线性I-V曲线。
 
但是,在使用4211-SMU在DUT的漏极端子上重复这些I-V测量时,I-V曲线是稳定的,如下图所示,问题解决了。
 

使用吉时利最新4211-SMUs测得的OLED的饱和和线性I-V曲线。

 

实例2:拥有公共栅极和卡盘电容的纳米FET


 
纳米FETs和2D FETs测试需要使用一个器件端子,通过探测站卡盘接触SMU。卡盘的电容可能高达几毫微法拉,在某些情况下,可能必需在卡盘顶部使用传导连接盘来接触栅极。同轴电缆增加了额外的电容。为评估最新SMU模块,我们把两个传统SMU连接到2D FET的栅极和漏极,得到有噪声的Id-Vg磁滞曲线,如下图所示。
 
使用传统SMUs测得的2D FET的有噪声的Id-Vg磁滞曲线。

但是,在我们把两台4211-SMUs连接到同一器件的栅极和漏极时,得到的磁滞曲线是平滑稳定的,如下图所示,解决了研究人员一直要解决的主要问题。
 
使用两个4211-SMUs测得的平滑稳定的Id-Vg磁滞曲线。

4201-SMU和4211-SMU既可以在订购时预先配置到4200A-SCS中,提供全面的参数分析解决方案;也可以在现有单元中现场升级。升级可以在现场简便完成,无需把仪器送回服务中心,从而节约几周的中断时间。如需更多信息,敬请访问:https://www.tek.com/keithley-4200a-scs-parameter-analyzer

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