引言互补型金属 - 氧化物 - 半导体 (CMOS) 场效应管 (FET) 技术仍然是大规模集成电路, 如微处理器和存储器器件的基础 CMOS 技术现在已渗入人们的日常生活, 如移动电话, 高清电视和电脑改进 CMOS 器件性能的主要挑战来自两个相悖的目标 : 高速和低耗为同时实现这两个目

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1 是德科技 B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析应用指南

2 引言互补型金属 - 氧化物 - 半导体 (CMOS) 场效应管 (FET) 技术仍然是大规模集成电路, 如微处理器和存储器器件的基础 CMOS 技术现在已渗入人们的日常生活, 如移动电话, 高清电视和电脑改进 CMOS 器件性能的主要挑战来自两个相悖的目标 : 高速和低耗为同时实现这两个目标, 研究人员需要全面表征 MOSFET 器件参数不仅要表征静态特性, 而且还要表征器件的动态特性和与时间相关的特性近 20 年来,Keysight 4155 和 4156 半导体参数分析仪始终是工业界的标准仪器 Keysight B1500A 半导体器件分析仪更是具有精确表征先进 CMOS 器件所需测量能力的新一代半导体参数分析仪 EasyEXPERT 是包括准备就绪的测量库的 B1500A 标配控制软件这些测量库覆盖评估基本 CMOS 器件和先进 CMOS 器件的各种参数, 包括可靠性测试这篇应用指南全面介绍 B1500A 的主要性能特性, 展示 B1500A 作为 CMOS 器件电性表征的全面解决方案

3 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南先进的综合测量能力 B1500A 10 个模块插槽, 众多可选的源 / 监视单元 (SMU) 和其它先进的模块类型, 可通过配置满足对先 CMOS 制程的最精确测量要求图 1 列出所有适用于 B1500A 的模块中功率 SMU (MPSMU) MPSMU 是通用 SMU,

3 3 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南先进的综合测量能力 B1500A 10 个模块插槽, 众多可选的源 / 监视单元 (SMU) 和其它先进的模块类型, 可通过配置满足对先 CMOS 制程的最精确测量要求图 1 列出所有适用于 B1500A 的模块中功率 SMU (MPSMU) MPSMU 是通用 SMU, 它具有适中的电压源和电流源能力以及测量分辨率 MPSMU 的最大输出电压 ±100 V, 最大输出电流为 ±100 ma 最小电流测量分辨率 10 fa, 最小电压测量分辨率为 0.5 μv 高分辨率 SMU (HRSMU) HRSMU 适用于要求极高精度的测量, 例如测量栅极漏电流, 关断态漏电流和亚阈值电流测量 HRSMU 的最小电流测量分辨率为 1 fa (MPSMU 为 10 fa) 此外, 当与阿安测量与开关单元 (ASU) 一起使用时,HRSMU 更能实现 100 aa (0.1 fa) 的电流测量分辨率, 并仍保持 MPSMU 相同的电压源和电流源能力高功率 SMU (HPSMU) 顾名思义,HPSMU 比其它 SMU 扩展了电压源和电流源能力 HPSMU 的最大输出电压为 ± 200 V, 最大输出电流为 ± 1 A 200 V 输出能力可用于击穿电压测量, 1 A 输出能力支持重要的可靠性测试, 如器件互联电迁移测试所有 B1500A SMU 均为 Kelvin 型, 具有单独的施加输入和测量输入端口此外, 所有 SMU 都能执行准静态 CV ( 电容 vs. 电压 ) 测量, 其漏电流补偿特性可帮助进行薄栅极介电层测量图 1. 为 B1500A 提供极高灵活性的众多可选模块

4 4 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南多频率电容测量单元 (MFCMU) 某些 CMOS 器件参数需要通过电容测量来评估, 如栅极介电层厚度, 端子重叠, 以及介电层间的电容 B1500A 的 MFCMU 模块能够执行这些电容测量, 从而不再需要单独的外部电容表该 MFCMU 的频率范围为 1 khz 至 5 MHz 并支持 ±25 V 的直流偏置可选的 SMU CMU 复合单元 (SCUU) 支持基于定位器的晶圆检测环境中的自动切换电容 - 电压 (CV) 测量和电流 - 电压 (IV) 测量, 因此能省略执行这一功能的开关矩阵此外, SCUU 还可将 MPSMU 或 HRSMU 作为偏置源, 把电容测量的直流偏置电压扩展到 ±100 V 高压半导体脉冲发生器单元 (HV- SPGU) HV - SPGU 专门用于应对先进非易失性存储器 (NVM) 的测试挑战, 这些测试需要表征多层式 (MLC) 闪存的写入 / 擦除行为每一 HV - SPGU 模块有两个独立通道, 每个通道具有 ±40 V 的源能力及内置的三态特性一台 B1500A 最多可装入 5 块 HV - SPGU 模块, 并让所有模块通道同步输出, 从而同时向多个器件端口提供脉冲激励 16445A SMU/PGU 选择连接适配器允许 B1500A SMU 控制 16440A SMU/ 脉冲发生器选择器单元, 而 16440A 可以支持 HV - SPGU 和 SMU 间轻松切换由于具有这些先进的功能特性,HV - SPGU 可提供无与伦比的写入 / 擦除耐久性测试能力, 可在短短几小时内完成一百万次循环除了支持杰出的闪存单元表征能力外,HV - SPGU 还具有任意线性波形产生 (ALWG) 能力, 为表征新型 NVM, 如相变存储器 (PRAM) 和阻变存储器 (RRAM) 输出复杂的波形序列波形发生器 / 快速测量单元 (WGFMU) WGFMU 是包括 ALWG 电压脉冲功能和超快速 IV 测量功能的双通道模块可用 10 ns 的最快采样率设定电压波形 WGFMU 模块的电压输出有 16 位分辨率, 覆盖的电压量程包括 : - 5 V 至 5 V,- 10 V 至 0 V,0 V 至 10 V 模块在 IV 测量时的最小采样间隔为 5 ns, 并支持 1 μa,10 μa, 100 μa,1 ma 和 10 ma 的测量量程 (14 位分辨率 ) 模块覆盖的应用包括脉冲 IV 测量, 先进超快速负偏置温度不稳定性 (NBIT) / 正偏置温度不稳定性 (PBTI) 测量 ( 包括直流和交流应力 ), 随机电报噪声 ( RTN ) 测量, 微机电系统 (MEMS) 电容器表征, 新型非易失存储器表征, 以及其它类型的瞬态或时域测量超窄脉冲 IV 测量系统 B1542A 脉冲 IV 系统为在 SOI 晶圆上或使用高 k 栅极介电层制造的 MOSFET 提供测量本征 IV 特性的 10 ns 脉冲 IV 能力该 B1542A 包括 B1500A, 应用软件, 脉冲发生器, 示波器和专业配件

5 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南便捷和直观的操作 EasyEXPERT Keysight EasyEXPERT 软件是基于 PC 的 B1500A 的标准软件, 是用于控制 B1500A 的强大 Microsoft Windows 应用程序 E a s y E X P E R T 有直观的图形用户界面

5 5 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南便捷和直观的操作 EasyEXPERT Keysight EasyEXPERT 软件是基于 PC 的 B1500A 的标准软件, 是用于控制 B1500A 的强大 Microsoft Windows 应用程序 E a s y E X P E R T 有直观的图形用户界面 (GUI), 提供简捷而高效的测量和分析环境可通过 B1500A 的触摸屏 LCD 面板, 或通过可选的 USB 键盘及鼠标与 EasyEXPERT 互动熟悉的 Windows 环境易于掌握, 并支持联网以及数据输出至基于 MS Office 的工具使用准备就绪的测量库 EasyEXPERT 采用独特的 " 自上而下 " 方法表征器件, 使用户能把精力集中于测量, 而不需要去了解那些复杂的仪器硬件 EasyEXPERT 配备了 230 多个按器件类型, 应用和技术归类的测量算法图 2 显示 MOSFET 阈值电压测量的应用测试例子用户首先选择 "CMOS" 技术类别接着在显示表中选择 "Vth gmmax" 应用测试其文档描述该应用测试如何从漏极电流线性区推算得到阈值电压最后用户填入测量参数和点击起动按钮测量随即开始,Vth 由内置的分析功能自动提取得到测量完成后, 测量结果被自动保存到 EasyEXPERT 的内置数据库中如有必要, 您也能容易地修改或自定义适合您特定需求的应用测试该应用测试能容易地立刻开始进行高效率的参数测试此外, 这些应用程序也可用于其它类型的器件, 如应用测试库中包括的双极晶体管 (BJT), 分立器件, 闪存单元, 混合信号器件, 碳纳米管或金属纳米管, 功率 FET 和薄膜晶体管这就极大地扩展了 B1500A 在表征所有半导体器件上的使用 4 选择一个或多个技术类别点击或按压测量按钮从库中选择所要的应用测试图 2. EasyEXPERT 应用测试使复杂的测量变得容易实时自动产生图形或数据表

6 6 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南表 1 至表 3 是适用于 CMOS 制程和器件电性表征的应用测试库列表 1 表 1. 材料和元件开发类别测量项目应用测试栅极介电层 BVgb, BVgb ThinOx, Cgb-Vg[2], Cgb-Freq[2] Log, Cgb-Vg 2Freq, QSCV[2], Ig-Vg Iforce, lg-vg Vforce 结构结 Junction DcParam, Junction IV Fwd, Junction IV Rev, Junction BV, Cj-Freq Log, Cj-V, Diode BVAndCj-V ASU, Diode BVAndCj-V SCUU 扩散层 VanDerPauw Square, R-I, R-I kelvin, R-I DVM, Rdiff-I, Rdiff-l kelvin, R-V, R-V kelvin, R-V DVM, Rdiff-V, Rdiff-V Kelvin 互连 Interconnect CouplingCap, Interconnect OverlapCap 通用测试栅极介电层, 扩散层 Generic C-f, Generic C-t 表 2. MOS-FET 的 IV 和 CV 特性类别测量项目应用测试 CMOS IV Vth CV 击穿 ld-vd, ld-vd pulse, ld-vd[3], ld-vd pulse[3], ld-vg, ld-vg pulse, ld_vg[3], ld-vg Vpulse[3], IonIoffSlope, lsub-vg, ldrdsgds Simple Vth, Vth Const ld, Vth gmmax and ld, Vth gmmax, VthAndCgg-Vg ASU, CMOS VthAndCgg-Vg SCUU, Vth-Lg, Vth-Wg Simple Cgb, Cgb-AC Level, Cgb-Freq Log, Cgb-Vg High Voltage, Cgb-Vg, Cgc-Freq Log, Cgc-Vg, Cgg-Freq Linear, Cgg-Freq Log, Cgg-Vg 2Freq, Cgg-Vg, QSCV[4] BVdss, BVgso 表 3. 可靠性测试类别测量项目应用测试可靠性电荷泵 HCI Charge Pumping, Charge Pumping2 HCI, HCl2, HCl 3devices 用 SMU 的 BTI BTl, BTl[3], BTl2, BTl2[3], BTl 3devices, BTl 3devices[3], Timing On-the-fly NBTl 2 用 WGFMU3 的超快速 BTI TDDB V-Ramp/J-Ramp 电迁移 Fast BTl(AC stress ld-sampling), Fast BTl(DC stress ld-sampling), Fast BTl(AC stress ld-vg), Fast BTl(DC stress ld-vg) TDDB lstress, TDDB lstress 3devices, TDDB lstress2, TDDB lstress2 3devices, TDDB Vstress, TDDB Vstress 3devices, TDDB Vstress2, TDDB Vstress2 3devices, TZDB V-Ramp, J-Ramp EM lstress, EM lstress2, EM lstress[2], EM lstress2[2], EM Lstress[6], EM lstress2[6], EM Vstress, EM Vstress2, EM Vstress[2], EM Vstress2[2], EM Vstress[6], EM Vstress2[6] 1 要了解特定应用测试的详情, 请参看 "Keysight EasyEXPERT 应用库技术资料 "(P/N: B ) 2 要了解动态定时功能 NBTI 的详情, 请参看应用指南 "AN B1500-6: 使用动态定时功能的精确 NBTI 表征 "(P/N: EN) 3 要了解超快速 NBTI 的详情, 请参看应用指南 "AN B 使用 Keysight B1500A WGFMU 模块的超快速 1 μs NBTI 表征 " (P/N: EN) 4 要了解这些应用指南的更多情况, 请参看 "Keysight EasyEXPERT 应用库技术资料 "(P/N: B )

7 7 Keysight B1500A: CMOS 器件电性表征的全面解决方案 B1500A 半导体器件分析 - 应用指南结论 CMOS 是目前使用最广的晶体管技术, 也是现代电子行业的主干尽管替代技术在不断进步, 但它们不可能在短期内取代 CMOS 高速和低耗这两个相悖的目标需要精确评估 CMOS 器件的静态和动态特性 B1500A 是一种模块化和配备齐全的仪器, 您能把它配置成能执行最富挑战性 CMOS 器件测量的解决方案 Keysight EasyEXPERT 软件为 B1500A 提供简明而直观的仪器控制, 应用测试库容易学习掌握, 从而能很快开始执行高效率的 CMOS 器件测量是德科技保证方案 5 年的周密保护以及持续的巨大预算投入, 可确保您的仪器符合规范要求, 精确的测量让您可以继续高枕无忧是德科技渠道合作伙伴黄金搭档 : 是德科技的专业测量技术和丰富产品与渠道合作伙伴的便捷供货渠道完美结合 Application Note formally known as B 如欲获得是德科技的产品应用和服务信息, 请与是德科技联系如欲获得完整的产品列表, 请访问 : 请通过 Internet 电话传真得到测试和测量帮助热线电话 : 热线传真 : 是德科技 ( 中国 ) 有限公司地址 : 北京市朝阳区望京北路 3 号电话 : (010) 传真 : (010) 邮编 : 上海分公司地址 : 上海市虹口区四川北路 1350 号利通广场 19 层电话 : (021) 传真 : (021) 邮编 : 广州分公司地址 : 广州市天河北路 233 号中信广场 66 层室电话 : (020) 传真 : (020) 邮编 : 成都分公司地址 : 成都高新区南部园区天府四街 116 号电话 : (028) 传真 : (028) 邮编 : 深圳分公司地址 : 深圳市福田中心区福华一路六号免税商务大厦 3 楼电话 : (0755) 传真 : (0755) 邮编 : 西安分公司地址 : 西安市碑林区南关正街 88 号长安国际大厦 D 座 5/F 电话 : (029) 传真 : (029) 邮编 : 是德科技香港有限公司地址 : 香港北角电气道 169 号 25 楼电话 : (852) 传真 : (852) 香港热线 : 香港传真 : (852) 本文中的产品指标和说明可不经通知而更改 Keysight Technologies, Published in USA, July 31, 2014 出版号 : CHCN

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CHCN_8-14_K.indd 是德科技三个理由让您选择深存储快响应示波器应用指南介绍 1. 更长的波形捕获时间 = / 1 1 Mpts 10 GSa/s 1 2 100 Mpts 10 1. = / 1 Mpts 10 GSa/s 1 ms 2. = / 100 Mpts 10 GSa/s 10 ms 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts 3 3. 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts? Agilent