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通過(guò)脈沖測(cè)試,工程技術(shù)人員可以獲得更多的器件信息,更準(zhǔn)確地分析和掌握器件的行為特征。例如,利用脈沖測(cè)試技術(shù)可以對(duì)納米器件進(jìn)行瞬態(tài)測(cè)試,確定其轉(zhuǎn)移函數(shù),從而分析待測(cè)材料的特征。脈沖測(cè)試測(cè)量對(duì)于具有恒溫限制的器件也是必需的,例如SOI器件、FinFET和納米器件,可以避免自熱效應(yīng),防止自熱效應(yīng)掩蓋研究人員所關(guān)心的響應(yīng)特征。器件工程師還可以利用脈沖測(cè)試技術(shù)分析電荷俘獲效應(yīng)。在晶體管開啟后電荷俘獲效應(yīng)會(huì)降低漏極電流。隨著電荷逐漸被俘獲到柵介質(zhì)中,晶體管的閾值電壓由于柵電容內(nèi)建電壓的升高而增大;從而漏極電流就降低了。

脈沖測(cè)試為人們和研究納米材料、納米電子和目前的半導(dǎo)體器件提供了一種重要手段。

脈沖測(cè)試有兩種不同的類型:加電壓脈沖和加電流脈沖。

電壓脈沖測(cè)試產(chǎn)生的脈沖寬度比電流脈沖測(cè)試窄得多。這一特性使得電壓脈沖測(cè)試更適合于熱傳輸實(shí)驗(yàn),其中我們所關(guān)心的時(shí)間窗口只有幾百納秒。通過(guò)高精度的幅值和可編程的上升與下降時(shí)間能夠控制納米器件上的能耗大小。電壓脈沖測(cè)試可用于可靠性測(cè)試中的瞬態(tài)分析、電荷俘獲和交流應(yīng)力測(cè)試,也可用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào),模擬重復(fù)控制線,例如存儲(chǔ)器讀寫周期。

電流脈沖測(cè)試與電壓脈沖測(cè)試非常相似。其中,將指定的電流脈沖加載到DUT上,然后測(cè)量器件兩端產(chǎn)生的電壓。電流脈沖測(cè)試常用于測(cè)量較低的電阻,或者獲取器件的I-V特征曲線,而不會(huì)使DUT產(chǎn)生大量的能耗,避免對(duì)納米器件的損害或破壞。

脈沖:電壓(V)或電流(A)的波形象心電圖上的脈搏跳動(dòng)的波形 但現(xiàn)在聽到的什么電源脈沖、聲脈沖……又作何解釋呢——脈沖的原意被延伸出來(lái)得: 隔一段相同的時(shí)間發(fā)出的波等機(jī)械形式,學(xué)術(shù)上把脈沖定義為:在短時(shí)間內(nèi)突變,隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈沖。

脈沖信號(hào):瞬間突然變化,作用時(shí)間極短的電壓或電流稱為脈沖信號(hào)。可以是周期性重復(fù)的,也可以是非周期性的或單次的。脈沖信號(hào)是一種離散信號(hào),形狀多種多樣,與普通模擬信號(hào)(如正弦波)相比,波形之間在時(shí)間軸不連續(xù)(波形與波形之間有明顯的間隔)但具有一定的周期性是它的特點(diǎn)。最常見的脈沖波是矩形波(也就是方波)。脈沖信號(hào)可以用來(lái)表示信息,也可以用來(lái)作為載波,比如脈沖調(diào)制中的脈沖編碼調(diào)制(PCM),脈沖寬度調(diào)制(PWM)等等,還可以作為各種數(shù)字電路、高性能芯片的時(shí)鐘信號(hào)。所謂脈沖信號(hào)表現(xiàn)在平面坐標(biāo)上就是一條有無(wú)數(shù)斷點(diǎn)的曲線,也就是說(shuō)在周期性的一些地方點(diǎn)的極限不存在,比如鋸齒波,也有電腦里用到的數(shù)字電路的信號(hào),0,1。脈沖信號(hào),也就是像脈搏跳動(dòng)這樣的信號(hào),相對(duì)于直流,斷續(xù)的信號(hào),如果用水流形容,直流就是把龍頭一直開著淌水,脈沖就是不停的開關(guān)龍頭形成水脈沖。你把手電打開燈亮,這是直流,你不停的開關(guān)燈亮、熄,就形成了脈沖,開關(guān)速度的快慢就是脈沖頻率的高低。

脈沖電源:用戶的負(fù)載需要斷續(xù)加電,即按照一定的時(shí)間規(guī)律,向負(fù)載加電一定的時(shí)間,然后又?jǐn)嚯娨欢ǖ臅r(shí)間,通斷一次形成一個(gè)周期。如此反復(fù)執(zhí)行,便構(gòu)成脈沖電源。例如對(duì)于無(wú)極性電解電容器的老練工藝中,需要給電容器正向充電一段時(shí)間,然后放電,然后反向給電容器充電一段時(shí)間,然后放電,如此便形成正向→放電(斷電)→反向→放電→正向……,如此反復(fù)。

脈沖寬度:就是高電平持續(xù)的時(shí)間。常用來(lái)作為采樣信號(hào)或者晶閘管等元件的觸發(fā)信號(hào)。

脈沖電路:就是脈沖波形的產(chǎn)生,整形和變換的電路。脈沖電路是由兩部分組成:惰性電路和開關(guān)。開關(guān)的作用是破壞穩(wěn)態(tài),使電路出現(xiàn)暫態(tài)。

脈沖撥號(hào):是一種時(shí)域處理方法,它用脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)表示號(hào)碼數(shù)字。脈沖撥號(hào)方式對(duì)脈沖的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴(yán)格的要求,如果由于線路的干擾或其他原因而使得這些參數(shù)發(fā)生了變化,則可能引起號(hào)碼接收的錯(cuò)誤。另一方面,由于每個(gè)脈沖都占有一定的時(shí)間(一般每個(gè)脈沖占用的時(shí)間為100ms),而使得這種撥號(hào)方式比較慢。

脈沖加熱:是利用各種波形的脈沖電流,以時(shí)斷時(shí)續(xù)的方式來(lái)加熱來(lái)達(dá)到一些特殊工藝要求。

脈沖波:就是以沖擊形式產(chǎn)生的信號(hào)波形。

電壓和電流脈沖測(cè)試都有很多優(yōu)點(diǎn),但是它們的缺點(diǎn)卻不盡相同。例如,超短電壓脈沖的速度特征分析屬于射頻(RF)的范疇,因此如果測(cè)試系統(tǒng)沒(méi)有針對(duì)高帶寬進(jìn)行優(yōu)化,那么測(cè)量過(guò)程中很容易產(chǎn)生誤差。其中主要有三種誤差來(lái)源:由于線纜和連接器造成的信號(hào)損耗、由于器件寄生效應(yīng)造成的損耗以及接觸電阻。

電流脈沖測(cè)試的主要問(wèn)題是上升時(shí)間較慢,可能長(zhǎng)達(dá)幾百納秒。這主要受限于實(shí)驗(yàn)配置中的電感和電容。

吉時(shí)利的4200脈沖I-V測(cè)試解決方案提供了一種系統(tǒng)互連箱——RBT(Remote Bias-Tee),為連接脈沖發(fā)生器提供了AC/DC耦合,該直流測(cè)試儀器的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1. 吉時(shí)利4200-PIV測(cè)試系統(tǒng)的原理圖利用這種工具套件,研究人員可以同時(shí)進(jìn)行直流和脈沖IV測(cè)試以掌握器件特性.

一系列FET曲線的脈沖I-V與直流I-V特征分析對(duì)于具有較大電阻幅值變化的各種導(dǎo)電材料或器件,用戶利用吉時(shí)利的6221/2182A組合可以設(shè)置最佳的脈沖電流幅值、脈沖間隔、脈沖寬度和其它一些脈沖參數(shù),從而最大限度降低了DUT上的功耗。6221能夠在全量程上產(chǎn)生具有微秒級(jí)上升時(shí)間的短脈沖(減少了熱功耗)。6221/2182A組合能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖和測(cè)量同步——可以在6221加載脈沖之后的16μs內(nèi)開始測(cè)量。整個(gè)脈沖,包括一次完整的納伏測(cè)量一起,可以短達(dá)50μs。6221和2182A之間的行同步也消除了與電源線相關(guān)的噪聲。

最后,吉時(shí)利的3400系列脈沖/碼型發(fā)生器為廣大納米技術(shù)研究者提供了處理各種應(yīng)用需求的靈活性。用戶可以設(shè)置脈沖參數(shù),例如幅值、上升和下降時(shí)間、脈沖寬度和占空比,可以選擇多種操作模式,包括用于材料和器件特征分析的脈沖與猝發(fā)模式。其簡(jiǎn)潔的用戶界面加快了學(xué)習(xí)曲線的建立過(guò)程,相比同類產(chǎn)品能夠使用戶更快地設(shè)置和執(zhí)行測(cè)試操作。

在加電壓脈沖的同時(shí)測(cè)量直流電流是電荷泵的基本原理,這對(duì)于測(cè)量半導(dǎo)體和納米材料的固有電荷俘獲特性是很重要的。施加電流脈沖同時(shí)測(cè)量電壓使研究人員能夠?qū)ο乱淮�器件進(jìn)行低電阻測(cè)量或者進(jìn)行I-V特征分析,同時(shí)保護(hù)這些寶貴的器件不受損壞。