I-V és C-V jelleggörbe felvétele az Agilent Technologies célműszereivel A félvezető-technológiák pontos minősítésére az áramerősség-feszültség (I-V1) és kapacitás-feszültség (C-V2) függések mérése egyaránt elengedhetetlen. Míg az I-V-mérések létjogosultsága többek számára talán nyilvánvalóbb, addig a C-V-mérések fontossága magyarázatot igényelhet

A C-V-mérések lényegének megértéséhez célszerű röviden felidézni napjaink egyik legelterjedtebb félvezetőalkatrész-típusa, a szigetelőréteges térvezérlésű tranzisztor (MOSFET³) felépítését. Jóllehet sok mai, modern FET-típusban nem fém és nem oxid tölti be a gate-elektróda, illetve a szigetelés szerepét, ezek anyagától függetlenül érvényesek a most következő megfontolások. Ha a gate-elektródán nincs feszültség, a drain és source egymástól el vannak szigetelve, és elektromos áram nem folyik. Ha a gate-re kellően nagy feszültséget kapcsolunk, a csatornainverziós jelenség révén a drain és source régiók elektromosan összekapcsolódnak, és elektromos áram indul meg közöttük. Ez a jelenség a mai integrált áramköri iparág alapja. Az 1. ábra ideális, n-csatornás MOSFET felépítését mutatja.

A gate-et a csatornától vékony szigetelőréteg választja el. A FET-ek első típusaiban a gate anyaga fém, a szigetelőanyagé oxid volt - innen is ered a MOSFET elnevezés. Figyeljük meg, hogy a MOSFET szendvicsstruktúrája emlékeztet a klasszikus, párhuzamos fegyverzetű kondenzátor felépítésére! Működését tekintve a MOS-struktúra pontosan úgy viselkedik, mint egy kondenzátor, eltekintve attól, hogy a kapacitás értéke függ a tranzisztoron mérhető feszültségtől. Több, jelen cikkben nem tárgyalt tényező függvényében a MOSFET kapacitás-feszültség függése tanúsíthat nagyfrekvenciás (HFCV⁴) vagy kvázisztatikus (QSCV⁵) viselkedést (lásd 2. ábra).
A C-V-mérések létjogosultságát indokolja, hogy számos, igen fontos, félvezető-fizikai műszaki paraméter megállapítására csupán a MOS-struktúra kapacitás-feszültség függésének felvétele után van lehetőség. A C-V-adatokból kinyert információk alapján számíthatók olyan lényeges paraméterek, mint a gate-oxid vastagsága, a szubsztrát szennyezettségi koncentrációja, a flatband-feszültség és -kapacitás, a felületi töltéssűrűség, vagy a küszöbfeszültség. Mindezen paraméterek alapvetően határozzák meg egy MOSFET áramköri viselkedését, így ezek mérése és ismerete rendkívül fontos a félvezetők gyártása és fejlesztése során, hiszen ennek híján lehetséges, hogy nem az elvártnak megfelelő termékek hagyják el a fejlesztőlaborokat, ill. gyárcsarnokokat. A továbbiakban két csúcskategóriás műszert mutatunk be az Agilent Technologies kínálatából, amelyek e célra készültek.

Agilent B1500A: félvezető-alkatrészek komplex paraméterezése egyetlen, komplex tesztrendszerrel

Az Agilent B1500A félvezetőalkatrész-analizátor (lásd 3. ábra) moduláris, konfigurálható műszer, amely I-V-, C-V- és gyors, nagyfeszültségű, impulzusüzemű mérési lehetőségeivel teljes értékű megoldást biztosít paramétermérésre a félvezető-alapú alkatrészekhez, legyen szó akár diszkrét, tokozott alkatrész kézi méréséről, vagy félvezető-mérőfejes, automatizált tesztelésről. A műszerre telepített Microsoft Windows operációs rendszeren az Agilent saját fejlesztésű, intuitív EasyEXPERT szoftvere fut, az offline adatelemzésre pedig a Desktop EasyEXPERT néven futó változat ad lehetőséget.
A B1500A műszerrel extrém alacsony áramerősségű és feszültségű, valamint kapacitásfüggési mérések is végezhetők, és sok egyéb alkalmazás mellett kiválóan megfelel nemfelejtő memóriacellák és nagy sebességű, félvezető-alapú eszközök karakterizálására is, ahonnan természetesen az NBTI⁶- és RTN₇-mérések sem hiányoznak. A B1500A konfigurálható nagy- és közepes teljesítményű, nagyfelbontású, továbbá multifrekvenciás (1 kHz ... 5 MHz) gerjesztő-/mérő egységekkel (SMU⁸-kkal), valamint 100 aA érzékelési küszöbszintű mérőegységgel, nagyfeszültségű impulzusgenerátorral és kombinált arbitrary⁹ hullámforma-generátorral/gyorsmérővel is.

Az Agilent B1500A az alábbi, főbb méréstechnikai funkciókkal rendelkezik:

• kimagasló I-V-méréstechnikai teljesítmény 0,1 fA és 0,5 µV felbontással,
• méréstechnikai lehetőségek széles tárháza: egyszeres és többcsatornás sweep, időbeli mintavételezés, QSCV, GPIB-FLEX közvetlen vezérlés, arbitrary lineáris hullámforma-generálás,
• opcionális, integrált kapacitásmérő modul C-V-mérésekhez akár 5 MHz-ig,
• opcionális, pozicionáló-alapú C-V/I-V átkapcsoló 0,5 µV mérési felbontással, 10 fA, 1 fA vagy 0,1 fA áramerősség-mérési felbontási opciókkal,
• tesztautomatizálás támogatása beépített meghajtókkal félautomata félvezetőszelet-mérőfejekhez, tesztszekvenciák definiálásának lehetősége a beépített gyorsteszt-móddal,
• opcionális, nagyfeszültségű impulzus­generátor (HV-SPGU) 10 ns-onként programozható impulzusszélességgel, ±40 V kimenettel,
• opcionális hullámforma-generátor/gyorsmérő egység (WGFMU) arbitrary-funkcióval és gyors feszültség-/áramméréssel,
• 10 ns-os, impulzusüzemű I-V-mérés nagy dielektromos állandójú high-? és SOI tranzisztorokhoz,
• klasszikus tesztüzemmód, amely az Agilent 4155/4156 sorozatú paramétermérő műszerek kezelési elvét implementálja a Microsoft Windows grafikus felhasználói környezetében.

Agilent B1505A: teljesítményelektronikai alkatrészek gyors és hatékony karakterizálására

Napjainkban mind több alkalmazásban és egyre nagyobb számban találkozhatunk a teljesítményelektronikai alkatrészek különféle fajtáival (tápellátás-vezérlő IC-kkel, teljesítménytranzisztorokkal, motorvezérlőkkel stb.), amelyek az elektronikai fejlesztés során pontos és részletes méréstechnikai megoldásokat igényelnek. A teljesítményelektronikai fejlesztőkre nagy nyomás nehezedik abból kifolyólag, hogy termékeiknek egyre szigorúbb elvárásoknak kell megfelelniük a közvetett szén-dioxid-kibocsátási és általános energiahatékonysági szabályozások miatt. A széles tiltottsávú félvezető-alapanyagokra (pl. SiC¹⁰, GaN¹¹) épülő, újabb generációs elektronikai alkatrészek magas hatásfokuk és nagy kapcsolási sebességük okán méltán kedveltek a fejlesztők és alkatrészgyártók körében, azonban egyben igen magas követelményt is támasztanak a karakterizálásukra használt mérőműszerekkel szemben.
Az Agilent Technologies paraméter- és jelleggörbe-vizsgáló B1505A műszere (lásd 4. ábra) kiváló kelléke az elektronikai rendszerfejlesztőknek, és a magától értetődő
hibaanalízisen felül áramkörtervezésre és teljesítményelektronikai eszközfejlesztésre is alkalmas. A műszer a klasszikus jelleggörbe-vizsgáló (ún. "curve tracer") műszerek funkcionalitását kombinálja a korszerű, Windows-alapú, ergonomikus, PC-s felhasználói interfésszel, és könnyen kezelhető, szemléletes, részletes formában tárja a műszer kezelője elé a méréssel kapcsolatos információkat az EasyEXPERT szoftverével.
A tíz férőhelyes, moduláris felépítésű B1505A egyedi mérési igényekre szabható, illetve jövőbeni bővítésre is lehetőséget ad.
A nagy áramú, nagy feszültségű, nagyteljesítményű, hangolható frekvenciás és további SMU-kkal konfigurálható műszer akár 3000 V feszültségig és 40 A áramerősségig képes mérni, az alkatrészek szakszerű bemérésére többféle mérőbefogó is rendelkezésre áll.

Az Agilent B1505A főbb műszaki jellemzői, újdonságai:

• letörési feszültség, szivárgási áram nagy pontosságú mérése magas feszültségen,
• alacsony bekapcsolási ellenállású teljesítményelektronikai alkatrészek pontos karakterizálása nagy áramerősségen,
• gyors hibaelemzés alkatrészeken és áramkörökön,
• mérés akár 3000 V feszültségen és 40 A áramerősségen,
• C-V-mérés akár 3000 V előfeszítéssel,
• egyszerű kezelhetőség és funkciógazdag mérések az előtelepített EasyEXPERT szoftverrel,
• félvezetőszelet-szintű alkatrészmérés támogatása,
• interlock biztonsági záras, biztonságos mérési környezet támogatása.

Az Agilent Technologies a méréstechnikai megoldások megértését és a célalkalmazások bemutatását alkalmazási jegyzetekkel támogatja. Ha kíváncsi a cikkben bemutatott műszerek néhány mintaalkalmazására, keresse fel az Agilent weboldalán, a műszerek termékoldalán a dokumentumkönyvtárat, amelyben több alkalmazási jegyzetben ismerheti meg az eszközök felhasználási lehetőségeit!

1: I-V, azaz áram-feszültség jelleggörbe a hazai szakirodalomban a korábbiakban I-U jelöléssel volt ismeretes, de a nemzetközi szakirodalom egységesen az angolszász jelölésmódot használja, a cikk sem tér el ettől.
2: C-V, azaz kapacitás-feszültség jelleggörbe a hazai szakirodalomban a korábbiakban C-U jelöléssel volt ismeretes, de a nemzetközi szakirodalom egységesen az angolszász jelölésmódot használja, a cikk sem tér el ettől.
3: Metal-Oxide Field Effect Transistor
4: High-Frequency Capacitance-Voltage
5: Quasi-Static Capacitance-Voltage
6: NBTI (Negative Bias Temperature Instability)
7: RTN (RTS Noise): RTS zaj
8: SMU (Source/Measure Unit): gerjesztő-/mérő egység, amely áram- és feszültségforrások, elektronikus terhelések, áram- és feszültségmérők, valamint impulzus- és függvénygenerátorok funkcióit egyesíti
9: arbitrary, azaz a kezelő által beállított tetszőleges hullámforma, egyszavas magyar megfelelője nincs, az angolszász kifejezés használatos a szakirodalomban
10: szilícium-karbid
11: gallium-nitrid

A MEDEXPERT Kft. honlapjawww.medexpert.hu