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通過脈沖測試,工程技術(shù)人員可以獲得更多的器件信息,更準確地分析和掌握器件的行為特征。例如,利用脈沖測試技術(shù)可以對納米器件進行瞬態(tài)測試,確定其轉(zhuǎn)移函數(shù),從而分析待測材料的特征。脈沖測試測量對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,防止自熱效應掩蓋研究人員所關(guān)心的響應特征。器件工程師還可以利用脈沖測試技術(shù)分析電荷俘獲效應。在晶體管開啟后電荷俘獲效應會降低漏極電流。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。

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

脈沖測試有兩種不同的類型:加電壓脈沖和加電流脈沖。

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

電流脈沖測試與電壓脈沖測試非常相似。其中,將指定的電流脈沖加載到DUT上,然后測量器件兩端產(chǎn)生的電壓。電流脈沖測試常用于測量較低的電阻,或者獲取器件的I-V特征曲線,而不會使DUT產(chǎn)生大量的能耗,避免對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得: 隔一段相同的時間發(fā)出的波等機械形式,學術(shù)上把脈沖定義為:在短時間內(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:瞬間突然變化,作用時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號�？梢允侵芷谛灾貜偷�,也可以是非周期性的或單次的。脈沖信號是一種離散信號,形狀多種多樣,與普通模擬信號(如正弦波)相比,波形之間在時間軸不連續(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。最常見的脈沖波是矩形波(也就是方波)。脈沖信號可以用來表示信息,也可以用來作為載波,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、高性能芯片的時鐘信號。所謂脈沖信號表現(xiàn)在平面坐標上就是一條有無數(shù)斷點的曲線,也就是說在周期性的一些地方點的極限不存在,比如鋸齒波,也有電腦里用到的數(shù)字電路的信號,0,1。脈沖信號,也就是像脈搏跳動這樣的信號,相對于直流,斷續(xù)的信號,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:用戶的負載需要斷續(xù)加電,即按照一定的時間規(guī)律,向負載加電一定的時間,然后又斷電一定的時間,通斷一次形成一個周期。如此反復執(zhí)行,便構(gòu)成脈沖電源。例如對于無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間,然后放電,然后反向給電容器充電一段時間,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。

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

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:是一種時域處理方法,它用脈沖的個數(shù)來表示號碼數(shù)字。脈沖撥號方式對脈沖的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴格的要求,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,則可能引起號碼接收的錯誤。另一方面,由于每個脈沖都占有一定的時間(一般每個脈沖占用的時間為100ms),而使得這種撥號方式比較慢。

脈沖加熱:是利用各種波形的脈沖電流,以時斷時續(xù)的方式來加熱來達到一些特殊工藝要求。

脈沖波:就是以沖擊形式產(chǎn)生的信號波形。

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

電流脈沖測試的主要問題是上升時間較慢,可能長達幾百納秒。這主要受限于實驗配置中的電感和電容。

吉時利的4200脈沖I-V測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,該直流測試儀器的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

一系列FET曲線的脈沖I-V與直流I-V特征分析對于具有較大電阻幅值變化的各種導電材料或器件,用戶利用吉時利的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)生具有微秒級上升時間的短脈沖(減少了熱功耗)。6221/2182A組合能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖和測量同步——可以在6221加載脈沖之后的16μs內(nèi)開始測量。整個脈沖,包括一次完整的納伏測量一起,可以短達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。其簡潔的用戶界面加快了學習曲線的建立過程,相比同類產(chǎn)品能夠使用戶更快地設(shè)置和執(zhí)行測試操作。

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