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美國吉時利keithley半導體器件實驗概述

半導體器件 / 微電子實驗室是現(xiàn)代電子工程教育課程的一個主要部分。它允許大學生應用他們在器件物理學和 VLSI 課程學到的內容。在半導體器件實驗課程中，學生通過“自己動手”學習半導體微米 / 納米制造技術、工藝和電特性分析。教育經驗包括熟悉工藝設計、仿真和集成。當理解了這些概念后，學生將制造、分析和評估各種半導體器件，例如二極管、雙極晶體管和場效應晶體管、無源元件乃至集成電路器件。

對于實驗室研究的所有半導體器件，zui常見的電特性分析方法是：

MOSFET 的典型 I-V 圖

典型 C-V 測線圖

1.電流與電壓 （I-V） 測試顯示了流過的直流電流和電子器件以及器件兩端直流電壓之間的關系。

2.電容與電壓 （C-V） 測試用于分析半導體材料和結構參數，例如表面俘獲電荷密度、固定電荷和氧化層電荷。

美國吉時利keithley半導體器件實驗測量范例

半導體器件 / 微電子教學實驗室典型的主題包括制造和分析各種器件：

 1. MOS 電容器

 主題

C-V 曲線 （高頻：100kHz）： 

摻雜類型 – 氧化層厚度 – 平帶電壓 – 閾值電壓 – 襯底摻雜 – zui大耗盡層寬度 – 反型層到平衡的靈敏度：電壓掃描率和方向 – 光效應和溫度效應。

I-V 曲線分析：

電荷建立 （測量電壓 - 時間圖，用低電流源）； 氧化層電容測定； 與 C-V 曲線比較。

C-V 曲線 （準靜態(tài)） 結合 C-V 曲線： 

表面電位 Ψs 與施加電壓的關系 – Si （100） 的表面態(tài)密度 Dit = f （Ψs） 與 Si （111） 的相比：方向和后處理退火的影響。

C-V 曲線 （高頻：100kHz）：

移動氧化層電荷密度 （偏壓溫度應力：200°C，10 分鐘，±10V）

 2. 雙極結型晶體管

 主題

   正向共發(fā)射極輸出特性：Ic = f （Vce>0,Ib）, Iceo （f） 測量。

   正向 CE 輸入特性：Ib = f （Vbe） 對于幾個 Vce 正值。

   正向 Gummel 曲線： log Ic, log Ib = f（Vbe >0）.

   確定增益 βf = Ic/Ib 和 af。

   Βf 與 log（Ic） 的關系： 低注入和高注入的效果。

   非理想特性：爾利電壓。

   反向 CE 輸出特性： Ic=f（Vce<0,Ib）, Iceo（r）.

   反向 CE 傳輸特性：Ib=f（Vbe） 對于幾個Vce負值。

   反向 Gummel 曲線： logIe, logIb=f（Vbc>0）.

   確定增益 βr = Ie/Ib 和 ar。

   Βr 與 log（Ie） 的關系： 低注入和高注入的效果。

   Vce（sat） = Vbe（on） – Vbc（on） 確定，對于給定的 Ib 電流。

   Ebers Moll 模型構建并且與實驗做比較。

   BE 和 CE 結的 C-V 特性分析。基區(qū)摻雜濃縮。

 3. 亞微米集成 MOSFET

 主題

輸出特性：IDS = f（VDS,VGS）:

p型 MOSFET （增強或耗盡），溝道長度調制參數（λ） 在飽和區(qū)域 （VDS<–3V） 有效溝道長度與 VDS 的關系。

傳輸特性： 

IDS = f（VGS） and Transconductance gm = f（VGS） in the linear region （VDS = –0.1V）: Determination of the threshold voltage VT and of the transconductance factor k. Derivation of the effective channel mobility μeff as function of VGS.

襯底偏壓特性： 

IDS = f（VGS,VBS>0）, determination of the γ factor in the linear region （VDS = –0.1V）. Doping concentration substrate.

亞閾值特性：

log （IDS） = f（VGS） for several high VDS values: Drain Induced Barrier Lowering （VT shift） effect.

襯底電流特性：

log （Ibs） = f（VGS） for several high VDS values: Hot carrier injection effects. Incidence on output characteristics at high drain levels.

使用長溝道和短溝道公式的輸出特性模型：

比較實驗結果。

美國吉時利keithley半導體器件實驗介紹 ACS 基礎版 

ACS 基礎版能讓工程專業(yè)學生在學習基礎電子器件過程中獲得的學習效果并且?guī)椭芯可涌煜乱淮雽w或納米級器件的特性分析研究。當配合一臺或多臺 2600A 系列數字源表使用時，ACS 基礎版成為一款強大但簡單易用的元件特性分析和曲線追蹤工具。它具有全面的參數分析套件，因此能快捷地提供理解基本電子器件如何工作或者理解新型器件或材料氣的電特性所需的測試結果。

當您需要快速獲取電子器件或封裝產品的某些數據時，為 ACS 基礎版開發(fā)并基于向導的用戶接口能像常見的 FET 曲線跟蹤測試那樣容易地查找和運行您需要的測試。與傳統(tǒng)模擬曲線跟蹤軟件非常類似，ACS 基礎版能快速產生電子器件或封裝產品的一系列曲線，而且能靈活、容易地對結果進行保存、比較和關聯(lián)。

主要特性和優(yōu)點：

測量時間短 – 安裝簡單、直觀的測試選擇向導并且內建測試；

無需編寫代碼 - ACS 具有直觀的 GUI 能快速簡化 I-V 測試、分析和結果；

優(yōu)化器件測試、驗證和分析應用；

硬件靈活性 – 動態(tài)地加入或移除設備以滿足獨立測試的需要；

預裝應用庫 – 一組極豐富的超快、易于訪問的測試庫；

模塊化的靈活軟件架構便于擴展系統(tǒng)并使系統(tǒng)應用能滿足的測試需要；

免費可選后臺軟件許可，能容易地在另一臺PC上開發(fā)新的測試序列，無需掛起正在執(zhí)行工作的系統(tǒng)。

美國吉時利keithley半導體器件實驗測試方案

半導體器件實驗室的核心是參數分析儀。簡單易用的 Model 4200-SCS半導體特性分析系統(tǒng)能進行實驗室級的直流和脈沖器件特性分析、實時繪制以及高精密和亞飛安分辨率的分析。4200-SCS 結合了 4200-CVU 的集成選件，現(xiàn)能讓半導體測試用戶靈活地創(chuàng)建集成了 DC、脈沖和 C-V 測試功能的方案，所有功能都囊括在節(jié)省空間的機殼中和集成的測試環(huán)境中。

為了簡單、快速地測量二極管、晶體管、運放等有源器件和的半導體器件結構，吉時利的 2400 系列 SourceMeter®儀器和 2600 系列數字源表在一臺儀器中集成了精密電源、真電流源和 DMM 等多種測試功能。2600 系列還包含任意波形發(fā)生器、帶測量功能的電壓或電流脈沖發(fā)生器、電子負載和觸發(fā)控制器。

當設計和試驗低電阻、低功耗半導體器時，管理電源對于防止器件損壞而言至關重要。分析現(xiàn)代材料、半導體和納米電子元件的電阻需要輸出極低電流和測量極低電壓的能力。吉時利的 delta 模式 （電流反轉極性） 電阻測量功能結合了 6220 或 6221 的低電流 DC 源能力以及2182A 的低壓測量精度，從而非常適合于低阻測量 （低至 10 nΩ） 適于分析導通電阻參數、互連和低功率半導體。

可免費下載的 LabTracer® 2.0 軟件允許用戶快速、簡單地配置和控制多達8條2600系列或2400系列源表的通道用于曲線追蹤或器件特性分析。它具有簡單的圖形用戶接口用于設置、控制、數據采集和繪制數字源表的 DUT 數據。當LabTracer與數字源表結合使用時，就能為實驗室的用戶提供強大、易用和經濟的機箱方案。3400 系列脈沖/碼型發(fā)生器具有碼型發(fā)生和全面控制脈沖幅度、上升時間、下降時間、寬度和占空比等各種脈沖參數能力，因而非常適合納米電子研究人員、半導體器件研究人員、射頻器件設計工程師和教育工作者等用戶的需要。

美國吉時利keithley半導體器件實驗常用產品

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美國吉時利keithley4200半導體特性分析系統(tǒng)

美國吉時利keithley4200-SCS型半導體特性分析系統(tǒng)

美國吉時利keithley4200-CVU型集成C-V選件用于4200-SCS

美國吉時利keithley4200- PIV-A型脈沖C-V選件用于4200-SCS