Эффективная система для измерения и анализа характеристик компонентов микросхем
Комплексная система, состоящая из зондовой станции Semiprobe PS4L M6 и параметрического анализатора Keithley 4200А-SCS позволяет производить измерения характеристик как активных, так и пассивных компонентов электронных микросхем, а также математически анализировать полученные результаты (рис.1). В зависимости от модели, измерения могут проводиться в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.
Рис.1. а) Внешний вид Semiprobe PS4L M6, б) Внешний вид Keithley 4200А – SCS
Функционал зондовой станции Semiprobe PS4L M6 в составе измерительной системы
Для проведения исследования электронная микросхема крепится на специальном столике в архитектуре зондовой станции. Все последующие перемещения микросхемы по осям X, Y, Z, а также повороты осуществляются с помощью него.
Микроскоп, которым оснащена зондовая станция, позволяет получить увеличение до 4000х. Но, как правило, при работе достаточно 200х-400х. Револьверный тип подключения объективов позволяет легко менять увеличение в процессе работы (рис.2).
Рис.2.
а) Столик, на котором размещается образец,
б) управление движением столика по осям, в) объективы
Важный момент заключается в том, что элементы, которые необходимы для анализа должны быть оторваны от цепи. А если они располагаются на внутренних слоях микросхемы, то для них нужно вывести контактные площадки.
Рис.3.
а) Вид микросхемы с подведенными зондами на экране монитора (изображение получено с помощью камеры, установленной на микроскопе), б) Общий вид микросхемы, где выделены компоненты, характеристики которых будут представлены ниже. VT1, VT2 – биполярные транзисторы n-типа, VD1 – стабилитрон, R1, R2 – резисторы
Функционал параметрического анализатора Keithley 4200А-SCS в составе измерительной системы
Когда найдена область представляющая интерес, оператор фокусируется и подводит зонды. Далее все операции осуществляются на параметрическом анализаторе Keithley 4200А-SCS.
Для каждого типа измерения создан специальный шаблон, что значительно упрощает работу. Задаются необходимые параметры для токов и напряжений, шаг и количество точек. Рабочий диапазон напряжений до 200В, токов – до 1А.
Рис.4. а) Пример шаблона с различными типами измерений характеристик для транзистора, б) примеры полученных характеристик.
Далее представлены примеры полученных характеристик для биполярных транзисторов n-типа, стабилитрона, резисторов (рис.5-8).
Рис.5. Выходные ВАХ- характеристики биполярных транзисторов n-типа а) для VT1, б) для VT2
Рис.6. Входные ВАХ- характеристики биполярных транзисторов n-типа а) для VT1, б) для VT2
Рис.7. ВАХ- характеристика стабилитрона VD1
Рис.8. Характеристики резисторов а) для R1, б) для R2
Все измерения сопровождаются таблицами, которые содержат полную информацию по каждой точке. При необходимости можно составлять собственные таблицы для совмещения графиков. Также есть возможность задавать формулы относительно измерений и сразу получать значения (рис. 9).
Рис.9. На примере резистора, мы видим графу, где представлено среднее значение сопротивления
В полностью автоматическом режиме, есть возможность запуска измерений всего дерева проекта (рис.10). Для этого необходимо сконфигурировать параметры измерений и тесты для каждого устройства в дереве и запустить проект на выполнение.
Рис.10.Пример внешнего вида дерева проекта
Стоит выделить, что количество SMU 9 шт, при этом нет ограничений на измерения по току до 1А. Установка предусилителя возможна на любой SMU. CVU до 10 МГц. Смещение +/- 30 В. Импульсный генератор работает до 800мА, минимальная ширина импульса 10 нсек. CVIV – коммутатор, который позволяет без перекоммутации (без дополнительного переподключения проводов) на зондовой станции проводить измерения вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик. Keithley 4200А-SCS работает на Windows 10. Имеет габариты меньше, чем у аналогов.
Вывод
Keithley 4200А-SCS - отличное решение для создания, разработки, отладки и исследования новых материалов и устройств. Параметрический анализатор прекрасно справляется с такими задачами, как:
-
Проверка характеристик полупроводниковых и гибридных устройств;
-
Управление внешними устройствами, такими, как климатическая камера (для характеризации устройств при изменяющихся условиях, например, температурных) или автоматическая зондовая станция Semiprobe PS4L M6 через единый пользовательский интерфейс системы;
-
Возможно получение вольт-амперных (имеется импульсный режим) и вольт-фарадных характеристик при работе на зондовой станции Semiprobe PS4L M6.