原创 详细解说SMU原理

吉时利所有的源-测量产品（SMU）都能够在测量电流时提供电压源，或者在测量电压时提供电流源，同样也可以在测量电阻时提供激励信号。所有的SMU都是完全可编程的仪器，可以用作独立的信号源、测量仪器和自动化解决方案，也很容易集成到更大的系统之中。 相比配合在一起使用的单台的电源和测量仪器，吉时利的SMU具有速度快、简便易用、价格经济的优势。此外，它们还能够产生更精确、重复性更好的输出结果。吉时利的SMU非常适用于生产与自动化应用领域，其精度和灵敏度也足以胜任实验室应用的需要。吉时利的SMU包括2400系列数字源表（英文为SourceMeter?）、2600系列数字源表、236型源-测量单元、237型高压源-测量单元、238型高电流源-测量单元和4200-SCS型半导体特性分析系统。

SMU的工作原理

SMU可以单独作为恒定电压源或者恒电流源来使用，也可以单独作为电压表或电流表来使用。然而，它们的强大之处在于同时将提供信号源的功能与测量的功能紧密融合为一体——向待测器件（负载）提供驱动电压同时测量其中流过的电流，或是向负载提供驱动电流同时测量其两端的电压。

SMU的电路结构（如图1所示）能够保护待测器件，防止待测器件遭受意外过载、热击穿和其他一些问题的破坏。其中的电流源和电压源都是可编程的，并且利用回读功能实现最佳的器件测量完整性。如果回读的结果超过了编程设定的极限值，那么信号源就会钳位在极限值上，从而保护待测器件。

优势

将信号源与测量电路组合在一台仪表中存在诸多优势：支持更快的测试时间，同时改善了精度和测量复现性； 允许用户在提供电压或电流的同时，不改变电路连接就可以测量电压、电流和电阻；不需要像使用多种测试仪器那样涉及繁多而复杂的同步、互连和编程问题；将研发、配置和维护测试系统所需的时间减至最少； 大大降低了测试系统投资者的总成本。

最受欢迎的SMU配置

吉时利SMU的全隔离、浮动的配置方式为测试系统的配置提供了最大的灵活性。 SMU可以配置为多种不同功能的测试仪器（如图2所示）。这使得吉时利的SMU在多变的产品测试和研发测试领域成为炙手可热的测试工具。

SMU与精密电源的对比

吉时利SMU的电源功能远远超过一般电源的功能。这一点可以由图3得以说明。除了具备高度稳定的直流电源、低噪声和回读 的功能优势之外，吉时利的SMU还拥有其他一些传统电源所不具备的功能。例如，大多数SMU都具有脉冲模式，具有可供编程的延迟时间，能够给用户提供一个测试序列，使用户在无需PC配合的情况下就可以设置并执行测试工作。图4给出了一个使用SMU进行 精密电源测试的典型模式。

I-V特性分析和曲线绘制

吉时利的SMU是用于I-V特性分析测试的核心仪器。它们能够在提供电压的同时测量电流，或者在提供电流的同时测量电压， 如果将这些功能与直流电源和扫描操作结合起来，那么就可以在不改变任何与待测器件的互连的情况下，实现对正向电压（VF）、反相漏流和反相击穿电压（VB）的测量（如图5所示）。内嵌功能可以使多台SMU同步完成对阈值电压、β值和跨导等参数的测量。输出互 锁机制提供了对测试夹具的受控访问功能，这一点对于237型高电压SMU（电压极限高达1100V）扩展其电压范围尤其重要。安全的四线连接方式能够在一个很宽的电流范围内（1fA～10A）实现高质量的测量效果。

只需要用两个SMU就可以绘制出一系列半导体特征曲线（如图6所示）。由SMU1提供基极电流，SMU2负责扫描VCE并测量IC。SMU能够将扫描获得的数据保存在它的缓冲器内，从而减少了将数据传输到计算机的时间。采用脉冲-扫描的测量方式可以获得多种特征曲线，这种方式降低了器件产生的功耗。