标签: SMU源表

本科生微电子器件及材料实验目的 通过实验动手操作，加深对半导体物理理论知识的理解，掌握半导体材料和不同器件性能的表征方法及基本实验技能，培养分析问题和解决问题的能力。 本科生微电子器件及材料实验目录 实验一：金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性IV特性测试实验 实验二：四探针法测量半导体电阻率测试实验 实验三： MOS电容的CV特性测试实验 实验四：半导体霍尔效应测试实验 实验五：激光二极管LD的LIV特性测试实验 实验六：太阳能电池的特性表征实验 本科生微电子器件及材料实验测试平台优势 满足本科生基础教学实验中微电子器件和材料测试需求 测试设备简单易用，专业权威，方便学生动手操作 核心设备测试精度高，满足新材料和新器件的指标要求 测试软件功能齐全，平台化设计，有专人维护支持，与专业测试软件使用相同架构 以基础平台为起点，可逐步升级，满足日益增加的实验室测试需求 本科生微电子器件及材料实验测试平台基本功能 实验名称 测试参数 金属-氧化物-半导体场效应晶体管IV特性测试实验 l输出特性曲线 l转移特性曲线 l跨导gm l击穿电压BVDS 四探针法测量半导体电阻率测试实验 l四探针法电阻率ρ l材料阻值R MOS电容的CV特性测试实验（低频 + 高频） lCV特性曲线 半导体霍尔效应测试实验 l霍尔电压VH l霍尔电阻率ρ l霍尔系数RH l载流子浓度n l霍尔迁移率u 激光二极管LD的LIV特性测试 lLIV特性曲线 l阈值电流Ith l阈值电流对应电压值Vth l拐点Kink l线性电阻Rs 太阳能电池的特性表征 l开路电压Voc l短路电流Isc l功率最大值Pmax l填充因子FF l转换效率η l串联电阻Rs l旁路电阻Rsh 本科生微电子器件及材料实验测试平台核心 测试平台的核心– 源测量单元（源表， SMU） 普赛斯国产源表五表合一四象限模式 四线/开尔文测试功能 小信号测试 满足先进器件和材料测试需求 交流测试使用LCR表 探针台：4寸或6寸手动探针台

芯片测试作为芯片设计、生产、封装、测试流程中的重要步骤，是使用特定仪器，通过对待测器件DUT(DeviceUnderTest)的检测，区别缺陷、验证器件是否符合设计目标、分离器件好坏的过程。其中直流参数测试是检验芯片电性能的重要手段之一，常用的测试方法是FIMV（加电流测电压）及FVMI（加电压测电流）。 传统的芯片电性能测试需要数台仪表完成，如电压源、电流源、万用表等，然而由数台仪表组成的系统需要分别进行编程、同步、连接、测量和分析，过程复杂又耗时，又占用过多测试台的空间，而且使用单一功能的仪表和激励源还存在复杂的相互间触发操作，有更大的不确定性及更慢的总线传输速度等缺陷，无法满足高效率测试的需求。 实施芯片电性能测试的最佳工具之一是数字源表(SMU)，数字源表可作为独立的恒压源或恒流源、电压表、电流表和电子负载，支持四象限功能，可提供恒流测压及恒压测流功能,可简化芯片电性能测试方案。 此外，由于芯片的规模和种类迅速增加，很多通用型测试设备虽然能够覆盖多种被测对象的测试需求，但受接口容量和测试软件运行模式的限制，无法同时对多个被测器件（DUT）进行测试，因此规模化的测试效率极低。特别是在生产和老化测试时，往往要求在同一时间内完成对多个DUT的测试，或者在单个DUT上异步或者同步地运行多个测试任务。 基于CS系列多通道插卡式数字源表搭建的测试平台，可进行多路供电及电参数的并行测试，高效、精确地对芯片进行电性能测试和测试数据的自动化处理。主机采用10插卡/3插卡结构，背板总线带宽高达 3Gbps，支持 16 路触发总线，满足多卡设备高速率通信需求；汇集电压、电流输入输出及测量等多种功能，具有通道密度高、同步触发功能强、多设备组合效率高等特点，最高可扩展至40通道。 使用数字源表进行芯片的开短路测试(Open/Short Test)、漏电流测试（Leakage Test）以及DC参数测试（DC ParametersTest）。 开短路测试（Open-Short Test，也称连续性或接触测试），用于验证测试系统与器件所有引脚的电接触性，测试的过程是借用对地保护二极管进行的，测试连接电路如下所示： 漏电流测试，又称为Leakage Test，漏电流测试的目的主要是检验输入Pin脚以及高阻状态下的输出Pin脚的阻抗是否够高，测试连接电路如下所示： DC参数的测试，一般都是Force电流测试电压或者Force电压测试电流，主要是测试阻抗性。一般各种DC参数都会在Datasheet里面标明，测试的主要目的是确保芯片的DC参数值符合规范：

01 APD工作原理 APD雪崩光电二极管的工作原理是基于光电效应和雪崩效应，当光子被吸收时，会产生电子空穴对，空穴向P区移动，电子向N区移动，由于电场的作用，电子与空穴相遇时会产生二次电子，形成雪崩效应，从而使电荷载流子数目增加，电流增大，实现光电转换。 图：APD工作原理 02 APD测试挑战 在APD的光电特性中， 暗电流 是一个重要的参数。暗电流是指在没有光照射的情况下，APD中由于热激发等原因导致的电子漂移和电子-空穴对产生而产生的电流，暗电流测试的准确性对于评估APD的性能和稳定性非常重要。在进行APD暗电流测试时，通常面临如下挑战： 测试环境影响 在进行暗电流测试时，需要确保测试环境中没有光照射，光照会激发APD中的载流子，导致暗电流的增加，从而影响测试结果的准确性。 连接电路影响 暗电流的测试通常需要提供一个反向偏压，纵观目前的电流表和电流计，都不具备提供偏压的功能，因此必须在电流表的回路中加入电压源。但这样会使测试系统变得复杂，引入更多干扰条件，导致暗电流的测试精度无法保证。 03 APD暗电流测试解决方案 目前暗电流测试的最佳工具之一是数字源表（SMU），数字源表可作为独立的恒压源或恒流源、伏特计、安培计和欧姆表，还可用作精密电子负载，其高性能架构还允许将其用作脉冲发生器、 波形发生器和自动电流-电压(I-V)特性分析系统，支持四象限工作。 采用数字源表进行暗电流测试时，需要注意以下事项： 三同轴线缆连接 APD暗电流测试连接线通常会选择使用低噪声、低电阻的导线，三同轴线缆具有良好的导电性能和抗干扰能力，适合用于传输微弱信号，可以减少测试过程中的干扰和误差。 如下图三同轴线缆的半剖图，多层绝缘屏蔽具有良好的抗干扰能力。 图：三同轴线缆半剖图 (1导体;2绝缘;3内屏蔽层;4中间层;5外屏蔽层;6外护套) 屏蔽外部电磁信号干扰 测试系统架构图如下图所示，数字源表（SMU）连接到光电二极管上，该光电二极管安放在一个电屏蔽的暗箱中，为了对敏感的电流测量进行屏蔽使其不受外部干扰的影响，通过将屏蔽箱与数字源表（SMU）的低端相连，可以形成一个封闭的金属屏蔽环境，有效地阻止外部电磁干扰信号的进入，保护测试信号的准确性和稳定性。 图：测试系统架构 预留充足的测量时间 在进行暗电流测试时，需要考虑测试时间的长短。通常情况下，这种现象可能是由于APD内部的一些因素导致的，例如载流子的生成和收集过程。随着测试时间的推移，由于暗电流源的累积或者其他因素的影响，暗电流会逐渐增加至一个稳定的数值。 此外，对于测量得到的暗电流数据，需要进行适当的处理和分析，以确保测试结果的准确可靠。下图为普赛斯数字源表（SMU）测试完成后，上位机软件通过数据处理给出的测试结果以及测试曲线。 图：测试结果 图：测试曲线

一、高校集成电路实验室建设中的痛点 1、可定制化程度低，支出成本高。采用教育型专用仪器仪表，功能比较单一，复用率较低，只能采购多种类型的仪器，支出成本高。 2、实验仪器台套数少，实验周期长。实验仪表台数少，实验课程周期长，与理论课的时间兼容性差。 3、实验过程不透明，缺乏动手能力培养。仪表仪表集成度较高，而且操作模式较傻瓜，实验过程不透明。 4、实验课程内容老旧，与产业不同步。半导体行业发展日新月异，测试的技术及方法不断更新，而高校实验教学内容依然延续之前的模式，与产业脱节。 二、普赛斯：基于SMU源表的微电子和集成电路实训中心解决方案 三、方案特色： 1、 外观简洁紧凑集成度高 整体布局合理，兼顾外形的简洁和美观，与实验室环境匹配。 2、 通用开放型仪表平台 以数字源表(SMU)为核心，覆盖所有材料器件的直流特性测试；示波器、信号源、数字电桥等通用仪表完成动态参数测试实验。 3、 模块化设计实验夹具盒 根据专业课程内容来选择相匹配的实验夹具盒，可以兼容SOP、SOT、TO等不同封装的器件，预留丰富的端口及标示，提升测试效率。 4、 引入集成电路测试工业技术 与行业一致的集成电路测试工业软件开发工具链集合多种集成电路测试所需工业仪表与一体。 5、 满足循序渐进的教学需求 保留测试仪器外接接口，与专门设置的开放面包板区域配合，学生可以从最基本的手动测试开始逐步学习，兼顾与电路等前序课程的衔接过渡。 6、 软件集成功能强 软件系统集成了所有仪表的功能，可以方便在软件端进行仪表操作；学生可以快速调用，方便实验操作。 7、课赛结合教学新模式 IECUBE-3100作为“全国大学生集成电路创新创业大赛”测试赛道指定竞赛平台，接轨集成电路测试行业领先技术和人才需求，开设”集成电路测试”课程，课赛结合锻炼学生动手实践能力。 8、 接轨行业应用 设置与集成电路行业实际工业应用接轨的自动化测试区域，通过2个PCI接口可同时接入2个测试Load Board，完成包含并行测试在内的自动化测试应月。 9、 复合型人才的培养 全方位覆盖科研、教学、实验、技能培养需要，人才培养覆盖从基础到科研等综合型。 四、实训项目及支撑课程： 支撑集成电路、微电子等专业相关课程的教学与实训，能够进行项目开发和师资培训，打造芯片及功率器件测试实践实训中心 普赛斯推出的教学实训平台是以工程教育专业认证为参与高校专业建设，以信息化构建学习者为中心的教育生态，培养集成电路硬件测试人才。为学生提供丰富的教学资源以及贴近现实的产业环境，支撑集成电路相关课程的教学与实训，且能进行项目开发和师资培训，打造集成电路人才培养实践中心，以培养高层次的工程实践能力强的毕业生，提高院校整体教学实力