脈衝i-v與脈衝c-v半導體參數自動測量裝置的製作方法

2023-05-02 03:57:06 1

專利名稱：脈衝i-v與脈衝c-v半導體參數自動測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種涉及半導體材料器件性能測試領域，涉及一種脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數測量裝置。
背景技術：
如今我們使用的MOS (金屬-氧化物-半導體)器件，由於結構的不完美性會在其氧化物即柵介質(3102或!1 )2等)層中引入電荷或能量狀態，從而對器件的穩定性造成影響，這些電荷與能量狀態統稱為缺陷。隨著半導體器件尺寸的不斷減小，半導體器件(主要是MOS器件)的漏電流對其性能的影響越來越明顯，而器件生產過程中產生的缺陷或外部應力誘發的缺陷會產生一定的漏電流，當漏電流達到一定程度將會使器件失效。為了研究缺陷對器件參數漂移和性能退化的影響，一般通過I_V(電流-電壓)與 C-V(電容-電壓)測量來探測缺陷的充電與放電過程，從而評估器件中柵介質材料的缺陷密度。普通的測量方法其測量速度一般為秒級，但半導體器件柵介質-半導體界面附近的缺陷充放電時間遠遠小於1秒，由於測量速度過慢會無法探測到部分柵介質-半導體界面缺陷的充放電過程，從而嚴重低估柵介質界面附近的缺陷密度。為了克服這個問題，研究者發明了脈衝I-V與脈衝C-V測量技術，通過將普通的測量電壓改為脈衝電壓，使測試速度提高到了微秒級，從而能夠更好的探測整個柵介質層中缺陷的充放電過程。但是，目前脈衝I-V與脈衝C-V測量一般都採用自搭電路，通過將脈衝發生器與示波器等器件連接起來進行手動測量。由於自搭電路的不穩定性，導致實驗結果不可靠。並且測量儀器都是手動進行參數的設置，導致測試效率低下並可能引入人為操作誤差，使得測量結果不精確。同時自搭電路對於實驗數據的保存也比較困難。另外，現有的各種檢測儀器價格昂貴，使用於脈衝I-V與脈衝C-V測量的整套系統價格不菲。而現有的一些脈衝I-V與脈衝C-V測試儀器通常只具有部分測量功能。單通道的測量儀器通常需要多個儀器組合來完成一次測量過程。還有的測量儀器只具有測量功能， 需要依靠外接示波器來完成波形的顯示功能。這些都導致了測量成本的增加。還有的測量系統由於其產生脈衝電壓周期的限制，從而影響了系統的測量範圍和使用範圍。
發明內容本實用新型目的是為了克服以上問題，提供一種脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，造價便宜，測量方便快速，並能快速保存測量數據。整個實驗過程自動進行， 數據自動處理並直接在屏幕上實現I-V、C-V特性曲線的繪製，提高測試效率。本實用新型的技術方案是一種脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，包括脈衝信號發生模塊、電流轉換模塊、數據採集模塊，還包括用GPIB接口分別和脈衝信號發生模塊、電流轉換模塊、數據採集模塊相連接的計算機控制模塊；所述脈衝信號發生模塊產生脈衝周期、電壓峰值、邊沿上升時間和脈衝數量由計算機控制模塊設定的脈衝信號；所述電流轉換模塊包括脈衝ι-ν測試電流轉換模塊與脈衝C-V測試電流轉換模塊，將待測器件產生的微電流放大，並轉換為電壓信號；所述數據採集模塊包括模擬/數字轉換裝置，數據採集模塊的信號輸入端分別連接脈衝信號發生模塊與電流轉換模塊的信號輸出端，其信號輸出端連接計算機控制模塊，將信號傳送回計算機控制模塊；所述計算機控制模塊包括接收、保存數據的存儲裝置和用於顯示I-V或C-V特性曲線的屏幕。進一步的，所述脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置的計算機控制模塊上設置有第一按鍵，所述第一按鍵是保存來自數據採集模塊信號的按鍵。進一步的，所述脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置的計算機控制模塊上設置有第二按鍵，所述第二按鍵是自動在計算機屏幕上繪製I-V或C-V特性曲線的按鍵。進一步的，所述脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置的計算機控制模塊上設置有第三按鍵，所述第三按鍵是改變所述脈衝信號發生模塊發送的脈衝信號的周期、 電壓峰值、邊沿上升時間和脈衝數量的按鍵。進一步的，所述脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置中，所述脈衝I-V 測試電流轉換模塊包括一直流電壓源與一可變電阻，所述計算機控制模塊上設置有第四按鍵，所述第四按鍵是改變直流電壓源電壓的按鍵；所述脈衝C-V測試電流轉換模塊包括一電流/電壓放大裝置；所述計算機控制模塊上設置有第五按鍵，所述第五按鍵是改變電流 /電壓放大裝置增益的按鍵。本實用新型的優點是1.和由脈衝發生器與示波器等儀器搭建的測試電路相比，本實用新型的測量裝置用計算機屏幕代替示波器來顯示信號波形節省了測量成本；2.本實用新型通過數據採集模塊將測量數據傳送至計算機控制模塊，可通過屏幕實時顯示測量結果與信號波形，方便使用者觀察；3.通過將脈衝I-V與脈衝C-V測試集合到了一個裝置中，可以簡化人為搭建兩套測試系統的步驟，節約測試時間，提高測試效率；4.通過計算機控制模塊可以同時設置整套裝置裡所有模塊的測量參數，節省了大量人力操作時間，提高了測試效率與測試精度；5.通過計算機控制模塊可以自動處理實驗數據並保存結果，加快測試速度。以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述

圖1為本實用新型的自動測量裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型的脈衝信號發生模塊原理圖；圖3為本實用新型的脈衝I-V測量的原理圖；圖4為本實用新型的脈衝C-V測量的原理圖；圖5為本實用新型的自動測量方法的流程圖。其中1脈衝信號發生模塊；2電流轉換模塊；3數據採集模塊；31脈衝I_V測試電流轉換模塊；32脈衝C-V測試電流轉換模塊；4計算機控制模塊。
具體實施方式
實施例如圖1所示，一種脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，包括脈衝信號發生模塊2、電流轉換模塊3、數據採集模塊4，以及分別和以上裝置用GPIB接口相連接的計算機控制模塊1。脈衝信號發生模塊2的輸出端連接待測器件，待測器件的一極連接電流轉換模塊3。所述脈衝信號發生模塊2用於產生可變脈衝信號。計算機控制模塊1上設置有改變脈衝信號發生模塊2發送的脈衝信號的周期、電壓峰值、邊沿上升時間和脈衝數量的按鍵，可以對脈衝信號的參數進行設置。脈衝信號發生模塊2接收來自計算機控制模塊的測試指令，進行自動脈衝發送工作，可以根據測試指令發送不同周期、峰值、上升/下降沿時間和不同個數的脈衝信號，來完成不同的測試實驗。圖2為脈衝信號發生模塊原理圖，主振級電路由自激多諧振蕩器、晶體振蕩器或鎖相振蕩器構成，能夠產生頻率可調的同步脈衝。延遲級由單穩電路和微分電路組成，能夠產生與同步脈衝有一定延遲量的主脈衝。脈衝形成級由單穩態觸發器等電路組成，通過調節脈寬與上升下降沿時間產生寬度準確、波形良好的矩形脈衝。該模塊的基本功能包括能夠發出可變邊沿上升/下降時間為10微秒至1毫秒的脈衝信號，精度1微秒；可產生最高電壓為5V的脈衝信號；脈衝周期可變最小脈衝周期為100微秒並能發出多個連續的脈衝信號。該模塊所有功能都可由計算機控制模塊4的控制設定。所述電流轉換模塊3將待測器件產生的微電流放大並轉換為電壓信號，包括脈衝 I-V測試電流轉換模塊31與脈衝C-V測試電流轉換模塊32。計算機控制模塊1對電流轉換模塊3進行控制，控制電流轉換模塊3的工作模式，具體為在測試開始之前設置實驗參數並選擇相應模塊接入測試電路，當選擇I-V測試時，脈衝I-V測試電流轉換模塊31工作， 脈衝C-V測試電流轉換模塊不工作；當選擇C-V測試時，脈衝C-V測試電流轉換模塊32工作，脈衝I-V測試電流轉換模塊不工作。如圖3所示，脈衝I-V測試電流轉換模塊31包括一直流電壓源與一可變電阻。計算機控制模塊上設置有改變直流電壓源電壓的按鍵。在待測器件上加一脈衝電壓，該器件將會產生微小不易被探測到的電流，脈衝I-V測試電流轉換模塊31負責將脈衝I-V測試過程中器件產生的微小電流放大並轉化為電壓信號，方便採集與顯示，通過調節可變電阻阻值可以改變電流的放大倍數。直流電壓源的功能是使待測器件在柵極電壓的作用下導通， 可變電阻負責將電流放大並轉化為電壓信號。根據實驗需要設置相應的電壓值與電阻值， 然後將設置好的電壓源與可變電阻接入電路進行測量，通過該模塊電流將會被放大並轉化為電壓信號，其中Vds為直流電壓源，Vg為加在待測器件柵極上的脈衝電壓信號。待測器件漏極在Vds作用下產生的微小電流Id經過可變電阻R轉化為電壓信號VD，該信號被數據採集模塊獲得並傳送給計算機進行保存與波形顯示。根據計算機保存的電壓數據，通過式(1) 轉換成電流值
權利要求1.一種脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，包括脈衝信號發生模塊O)、電流轉換模塊(3)、數據採集模塊G)，其特徵在於還包括用GPIB接口分別和脈衝信號發生模塊O)、電流轉換模塊(3)、數據採集模塊⑷相連接的計算機控制模塊⑴；所述脈衝信號發生模塊( 產生脈衝周期、電壓峰值、邊沿上升時間和脈衝數量由計算機控制模塊(1)設定的脈衝信號；所述電流轉換模塊C3)包括脈衝I-V測試電流轉換模塊(31)與脈衝C-V測試電流轉換模塊(32)，將待測器件產生的微電流放大，並轉換為電壓信號；所述數據採集模塊(4)包括模擬/數字轉換裝置，數據採集模塊的信號輸入端分別連接脈衝信號發生模塊( 與電流轉換模塊(3)的信號輸出端，其信號輸出端連接計算機控制模塊(1)，將信號傳送回計算機控制模塊(1)；所述計算機控制模塊(1)包括接收、保存數據的存儲裝置和用於顯示I-V或C-V特性曲線的屏幕。
2.根據權利要求1中所述的脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，其特徵在於所述計算機控制模塊(1)上設置有第一按鍵。
3.根據權利要求1中所述的脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，其特徵在於所述計算機控制模塊(1)上設置有第二按鍵。
4.根據權利要求1中所述的脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，其特徵在於所述計算機控制模塊(1)上第三按鍵。
5.根據權利要求1中所述的脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，其特徵在於所述脈衝I-V測試電流轉換模塊(31)包括一直流電壓源與一可變電阻，所述計算機控制模塊(1)上設置有第四按鍵；所述脈衝C-V測試電流轉換模塊(3 包括一電流/電壓放大裝置；所述計算機控制模塊(1)上設置有第五按鍵。
專利摘要本實用新型公開了一種脈衝I-V與脈衝C-V半導體參數自動測量裝置，包括脈衝信號發生模塊、電流轉換模塊、數據採集模塊，還包括用GPIB接口分別和脈衝信號發生模塊、電流轉換模塊、數據採集模塊相連接的計算機控制模塊。本實用新型造價便宜，測量方便快速，並能快速保存測量數據，整個實驗過程自動進行，數據自動處理並直接在屏幕上實現I-V、C-V特性曲線的繪製，提高測試效率。
文檔編號G01R31/26GK202093133SQ20102067649
公開日2011年12月28日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者周雲龍, 趙策洲, 魏小莽 申請人:西交利物浦大學, 西安交通大學, 西安交通大學蘇州研究院