B1500ACMOS器件電性表征的全面解決方案B1500A半導體器件分析
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B1500ACMOS器件電性表征的全面解決方案B1500A半導體器件分析
引言
互補型金屬-氧化物-半導體(CMOS)場效應管(FET)技術仍然是大規(guī)模集成電路，
如微處理器和存儲器器件的基礎。CMOS技術現(xiàn)在已滲入人們的日常生活，如yi動
電話，高清電視和電腦。
改進CMOS器件性能的主要挑戰(zhàn)來自兩個相悖的目標:高速和低耗。為同時實現(xiàn)這
兩個目標，研究人員需要全面表征MOSFET器件參數(shù)。不僅要表征靜態(tài)特性，而
且還要表征器件的動態(tài)特性和與時間相關的特性。
近20年來，Keysight4155和4156半導體參數(shù)分析儀始終是工業(yè)界的標準儀器。
KeysightB1500A半導體器件分析儀更是具有精確表征CMOS器件所需測量能
力的新一代半導體參數(shù)分析儀。
EasyEXPERT是包括準備就緒的測量庫的B1500A標配控制軟件。這些測量庫覆蓋
評估基本CMOS器件和CMOS器件的各種參數(shù)，包括可靠性測試。
這篇應用指南全面介紹B1500A的主要性能特性，展示B1500A作為CMOS器件電
性表征的全面解決方案。
的綜合測量能力
B1500A10個模塊插槽，眾多可選的源/監(jiān)
視單元(SMU)和其它的模塊類型，可
通過配置滿足對先CMOS制程的精確測
量要求。圖1列出所有適用于B1500A的
模塊。
中功率SMU(MPSMU)
MPSMU是通用SMU，它具有適中的電
壓源和電流源能力以及測量分辨率。
MPSMU的大輸出電壓±100V，大輸
出電流為±100mA。小電流測量分辨
率10fA，小電壓測量分辨率為0.5μV。
高分辨率SMU(HRSMU)
HRSMU適用于要求*精度的測量，例
如測量柵極漏電流，關斷態(tài)漏電流和亞
閾值電流測量。HRSMU的小電流測量
分辨率為1fA(MPSMU為10fA)。此外，
當與阿安測量與開關單元(ASU)一起使用
時，HRSMU更能實現(xiàn)100aA(0.1fA)的電
流測量分辨率，并仍保持MPSMU相同的
電壓源和電流源能力。
高功率SMU(HPSMU)
顧名思義，HPSMU比其它SMU擴展了電
壓源和電流源能力。HPSMU的大輸出
電壓為±200V，大輸出電流為±1A。
200V輸出能力可用于擊穿電壓測量，
1A輸出能力支持重要的可靠性測試，如
器件互聯(lián)電遷移測試。
所有B1500ASMU均為Kelvin型，具有單
獨的施加輸入和測量輸入端口。此外，
所有SMU都能執(zhí)行準靜態(tài)CV(電容vs.電
壓)測量，其漏電流補償特性可幫助進行
薄柵極介電層測量。
多頻率電容測量單元
(MFCMU)
某些CMOS器件參數(shù)需要通過電容測量來
評估，如柵極介電層厚度，端子重疊，以
及介電層間的電容。B1500A的MFCMU
模塊能夠執(zhí)行這些電容測量，從而不再需
要單獨的外部電容表。
該MFCMU的頻率范圍為1kHz5MHz。
并支持±25V的直流偏置?？蛇x的SMU
CMU復合單元(SCUU)支持基于定位器
的晶圓檢測環(huán)境中的自動切換電容-電
壓(CV)測量和電流-電壓(IV)測量，因此
能省略執(zhí)行這一功能的開關矩陣。此外，
SCUU還可將MPSMU或HRSMU作為偏
置源，把電容測量的直流偏置電壓擴展到
±100V。
高壓半導體脈沖發(fā)生器單元
(HV-SPGU)
HV-SPGU專門用于應對非易失性存
儲器(NVM)的測試挑戰(zhàn)，這些測試需要表
征多層式(MLC)閃存的寫入/擦除行為。
每一HV-SPGU模塊有兩個獨立通道，每
個通道具有±40V的源能力及內置的三態(tài)
特性。一臺B1500A多可裝入5塊HV-
SPGU模塊，并讓所有模塊通道同步輸
出，從而同時向多個器件端口提供脈沖激
勵。1644SMU/PGU選擇連接適配器
允許B1500ASMU控制16440ASMU/脈
沖發(fā)生器選擇器單元，而16440A可以支
持HV-SPGU和SMU間輕松切換。由于具
有這些的功能特性，HV-SPGU可提
供的寫入/擦除耐久性測試能力，
可在短短幾小時內完成一百萬次循環(huán)。
除了支持杰出的閃存單元表征能力
外，HV-SPGU還具有任意線性波形產
生(ALWG)能力，為表征新型NVM，如相
變存儲器(PRAM)和阻變存儲器(RRAM)輸
出復雜的波形序列。
波形發(fā)生器/快速測量單元
(WGFMU)
WGFMU是包括ALWG電壓脈沖功能和
超快速IV測量功能的雙通道模塊?？?br />用10ns的快采樣率設定電壓波形。
WGFMU模塊的電壓輸出有16位分辨率，
覆蓋的電壓量程包括:-5V5V，-10V
0V，0V10V。模塊在IV測量時的
小采樣間隔為5ns，并支持1?μA，10μA，
100μA，1mA和10mA的測量量程(14位
分辨率)。
模塊覆蓋的應用包括脈沖IV測量，超
快速負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBIT)/正偏置
溫度不穩(wěn)定性(PBTI)測量(包括直流和交
流應力)，隨機電報噪聲(RTN)測量，微
機電系統(tǒng)(MEMS)電容器表征，新型非易
失存儲器表征，以及其它類型的瞬態(tài)或時
域測量。
超窄脈沖IV測量系統(tǒng)
B1542A脈沖IV系統(tǒng)為在SOI晶圓上或使
用高k柵極介電層制造的MOSFET提供
測量本征IV特性的10ns脈沖IV能力。該
B1542A包括B1500A，應用軟件，脈沖發(fā)
生器，示波器和專業(yè)配件
。。。。。。
結論
CMOS是目前使用廣的晶體管技術，也是現(xiàn)代電子行業(yè)的主干。盡管替代技術在不
斷進步，但它們不可能在短期內取代CMOS。高速和低耗這兩個相悖的目標需要精確
評估CMOS器件的靜態(tài)和動態(tài)特性。B1500A是一種模塊化和配備齊全的儀器，您能
把它配置成能執(zhí)行富挑戰(zhàn)性CMOS器件測量的解決方案。KeysightEasyEXPERT軟件
為B1500A提供簡明而直觀的儀器控制，應用測試庫容易學習掌握，從而能很快開始執(zhí)
行高效率的CMOS器件測量。

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