專利名稱：脈沖i-v與脈沖c-v半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種涉及半導(dǎo)體材料器件性能測試領(lǐng)域，涉及一種脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)測量裝置。
背景技術(shù)：
如今我們使用的MOS (金屬-氧化物-半導(dǎo)體)器件，由于結(jié)構(gòu)的不完美性會(huì)在其氧化物即柵介質(zhì)(3102或!1 )2等)層中引入電荷或能量狀態(tài)，從而對器件的穩(wěn)定性造成影響，這些電荷與能量狀態(tài)統(tǒng)稱為缺陷。隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷減小，半導(dǎo)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(chǎn)過程中產(chǎn)生的缺陷或外部應(yīng)力誘發(fā)的缺陷會(huì)產(chǎn)生一定的漏電流，當(dāng)漏電流達(dá)到一定程度將會(huì)使器件失效。為了研究缺陷對器件參數(shù)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(zhì)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(dǎo)體器件柵介質(zhì)-半導(dǎo)體界面附近的缺陷充放電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1秒，由于測量速度過慢會(huì)無法探測到部分柵介質(zhì)-半導(dǎo)體界面缺陷的充放電過程，從而嚴(yán)重低估柵介質(zhì)界面附近的缺陷密度。為了克服這個(gè)問題，研究者發(fā)明了脈沖I-V與脈沖C-V測量技術(shù)，通過將普通的測量電壓改為脈沖電壓，使測試速度提高到了微秒級，從而能夠更好的探測整個(gè)柵介質(zhì)層中缺陷的充放電過程。但是，目前脈沖I-V與脈沖C-V測量一般都采用自搭電路，通過將脈沖發(fā)生器與示波器等器件連接起來進(jìn)行手動(dòng)測量。由于自搭電路的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。并且測量儀器都是手動(dòng)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，導(dǎo)致測試效率低下并可能引入人為操作誤差，使得測量結(jié)果不精確。同時(shí)自搭電路對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存也比較困難。另外，現(xiàn)有的各種檢測儀器價(jià)格昂貴，使用于脈沖I-V與脈沖C-V測量的整套系統(tǒng)價(jià)格不菲。而現(xiàn)有的一些脈沖I-V與脈沖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(gè)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(dǎo)致了測量成本的增加。還有的測量系統(tǒng)由于其產(chǎn)生脈沖電壓周期的限制，從而影響了系統(tǒng)的測量范圍和使用范圍。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是為了克服以上問題，提供一種脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，造價(jià)便宜，測量方便快速，并能快速保存測量數(shù)據(jù)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程自動(dòng)進(jìn)行， 數(shù)據(jù)自動(dòng)處理并直接在屏幕上實(shí)現(xiàn)I-V、C-V特性曲線的繪制，提高測試效率。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，包括脈沖信號發(fā)生模塊、電流轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，還包括用GPIB接口分別和脈沖信號發(fā)生模塊、電流轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊相連接的計(jì)算機(jī)控制模塊；所述脈沖信號發(fā)生模塊產(chǎn)生脈沖周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間和脈沖數(shù)量由計(jì)算機(jī)控制模塊設(shè)定的脈沖信號；所述電流轉(zhuǎn)換模塊包括脈沖ι-ν測試電流轉(zhuǎn)換模塊與脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊，將待測器件產(chǎn)生的微電流放大，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸入端分別連接脈沖信號發(fā)生模塊與電流轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端，其信號輸出端連接計(jì)算機(jī)控制模塊，將信號傳送回計(jì)算機(jī)控制模塊；所述計(jì)算機(jī)控制模塊包括接收、保存數(shù)據(jù)的存儲裝置和用于顯示I-V或C-V特性曲線的屏幕。進(jìn)一步的，所述脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置的計(jì)算機(jī)控制模塊上設(shè)置有第一按鍵，所述第一按鍵是保存來自數(shù)據(jù)采集模塊信號的按鍵。進(jìn)一步的，所述脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置的計(jì)算機(jī)控制模塊上設(shè)置有第二按鍵，所述第二按鍵是自動(dòng)在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制I-V或C-V特性曲線的按鍵。進(jìn)一步的，所述脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置的計(jì)算機(jī)控制模塊上設(shè)置有第三按鍵，所述第三按鍵是改變所述脈沖信號發(fā)生模塊發(fā)送的脈沖信號的周期、 電壓峰值、邊沿上升時(shí)間和脈沖數(shù)量的按鍵。進(jìn)一步的，所述脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置中，所述脈沖I-V 測試電流轉(zhuǎn)換模塊包括一直流電壓源與一可變電阻，所述計(jì)算機(jī)控制模塊上設(shè)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；所述脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊包括一電流/電壓放大裝置；所述計(jì)算機(jī)控制模塊上設(shè)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.和由脈沖發(fā)生器與示波器等儀器搭建的測試電路相比，本實(shí)用新型的測量裝置用計(jì)算機(jī)屏幕代替示波器來顯示信號波形節(jié)省了測量成本；2.本實(shí)用新型通過數(shù)據(jù)采集模塊將測量數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)控制模塊，可通過屏幕實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果與信號波形，方便使用者觀察；3.通過將脈沖I-V與脈沖C-V測試集合到了一個(gè)裝置中，可以簡化人為搭建兩套測試系統(tǒng)的步驟，節(jié)約測試時(shí)間，提高測試效率；4.通過計(jì)算機(jī)控制模塊可以同時(shí)設(shè)置整套裝置里所有模塊的測量參數(shù)，節(jié)省了大量人力操作時(shí)間，提高了測試效率與測試精度；5.通過計(jì)算機(jī)控制模塊可以自動(dòng)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并保存結(jié)果，加快測試速度。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述

圖1為本實(shí)用新型的自動(dòng)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的脈沖信號發(fā)生模塊原理圖；圖3為本實(shí)用新型的脈沖I-V測量的原理圖；圖4為本實(shí)用新型的脈沖C-V測量的原理圖；圖5為本實(shí)用新型的自動(dòng)測量方法的流程圖。其中1脈沖信號發(fā)生模塊；2電流轉(zhuǎn)換模塊；3數(shù)據(jù)采集模塊；31脈沖I_V測試電流轉(zhuǎn)換模塊；32脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊；4計(jì)算機(jī)控制模塊。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖1所示，一種脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，包括脈沖信號發(fā)生模塊2、電流轉(zhuǎn)換模塊3、數(shù)據(jù)采集模塊4，以及分別和以上裝置用GPIB接口相連接的計(jì)算機(jī)控制模塊1。脈沖信號發(fā)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(zhuǎn)換模塊3。所述脈沖信號發(fā)生模塊2用于產(chǎn)生可變脈沖信號。計(jì)算機(jī)控制模塊1上設(shè)置有改變脈沖信號發(fā)生模塊2發(fā)送的脈沖信號的周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間和脈沖數(shù)量的按鍵，可以對脈沖信號的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。脈沖信號發(fā)生模塊2接收來自計(jì)算機(jī)控制模塊的測試指令，進(jìn)行自動(dòng)脈沖發(fā)送工作，可以根據(jù)測試指令發(fā)送不同周期、峰值、上升/下降沿時(shí)間和不同個(gè)數(shù)的脈沖信號，來完成不同的測試實(shí)驗(yàn)。圖2為脈沖信號發(fā)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(gòu)成，能夠產(chǎn)生頻率可調(diào)的同步脈沖。延遲級由單穩(wěn)電路和微分電路組成，能夠產(chǎn)生與同步脈沖有一定延遲量的主脈沖。脈沖形成級由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路組成，通過調(diào)節(jié)脈寬與上升下降沿時(shí)間產(chǎn)生寬度準(zhǔn)確、波形良好的矩形脈沖。該模塊的基本功能包括能夠發(fā)出可變邊沿上升/下降時(shí)間為10微秒至1毫秒的脈沖信號，精度1微秒；可產(chǎn)生最高電壓為5V的脈沖信號；脈沖周期可變最小脈沖周期為100微秒并能發(fā)出多個(gè)連續(xù)的脈沖信號。該模塊所有功能都可由計(jì)算機(jī)控制模塊4的控制設(shè)定。所述電流轉(zhuǎn)換模塊3將待測器件產(chǎn)生的微電流放大并轉(zhuǎn)換為電壓信號，包括脈沖 I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊31與脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊32。計(jì)算機(jī)控制模塊1對電流轉(zhuǎn)換模塊3進(jìn)行控制，控制電流轉(zhuǎn)換模塊3的工作模式，具體為在測試開始之前設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)并選擇相應(yīng)模塊接入測試電路，當(dāng)選擇I-V測試時(shí)，脈沖I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊31工作， 脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊不工作；當(dāng)選擇C-V測試時(shí)，脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊32工作，脈沖I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊不工作。如圖3所示，脈沖I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊31包括一直流電壓源與一可變電阻。計(jì)算機(jī)控制模塊上設(shè)置有改變直流電壓源電壓的按鍵。在待測器件上加一脈沖電壓，該器件將會(huì)產(chǎn)生微小不易被探測到的電流，脈沖I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊31負(fù)責(zé)將脈沖I-V測試過程中器件產(chǎn)生的微小電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號，方便采集與顯示，通過調(diào)節(jié)可變電阻阻值可以改變電流的放大倍數(shù)。直流電壓源的功能是使待測器件在柵極電壓的作用下導(dǎo)通， 可變電阻負(fù)責(zé)將電流放大并轉(zhuǎn)化為電壓信號。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置相應(yīng)的電壓值與電阻值， 然后將設(shè)置好的電壓源與可變電阻接入電路進(jìn)行測量，通過該模塊電流將會(huì)被放大并轉(zhuǎn)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沖電壓信號。待測器件漏極在Vds作用下產(chǎn)生的微小電流Id經(jīng)過可變電阻R轉(zhuǎn)化為電壓信號VD，該信號被數(shù)據(jù)采集模塊獲得并傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存與波形顯示。根據(jù)計(jì)算機(jī)保存的電壓數(shù)據(jù)，通過式(1) 轉(zhuǎn)換成電流值
權(quán)利要求1.一種脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，包括脈沖信號發(fā)生模塊O)、電流轉(zhuǎn)換模塊(3)、數(shù)據(jù)采集模塊G)，其特征在于還包括用GPIB接口分別和脈沖信號發(fā)生模塊O)、電流轉(zhuǎn)換模塊(3)、數(shù)據(jù)采集模塊⑷相連接的計(jì)算機(jī)控制模塊⑴；所述脈沖信號發(fā)生模塊( 產(chǎn)生脈沖周期、電壓峰值、邊沿上升時(shí)間和脈沖數(shù)量由計(jì)算機(jī)控制模塊(1)設(shè)定的脈沖信號；所述電流轉(zhuǎn)換模塊C3)包括脈沖I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊(31)與脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊(32)，將待測器件產(chǎn)生的微電流放大，并轉(zhuǎn)換為電壓信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊(4)包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，數(shù)據(jù)采集模塊的信號輸入端分別連接脈沖信號發(fā)生模塊( 與電流轉(zhuǎn)換模塊(3)的信號輸出端，其信號輸出端連接計(jì)算機(jī)控制模塊(1)，將信號傳送回計(jì)算機(jī)控制模塊(1)；所述計(jì)算機(jī)控制模塊(1)包括接收、保存數(shù)據(jù)的存儲裝置和用于顯示I-V或C-V特性曲線的屏幕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，其特征在于所述計(jì)算機(jī)控制模塊(1)上設(shè)置有第一按鍵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，其特征在于所述計(jì)算機(jī)控制模塊(1)上設(shè)置有第二按鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，其特征在于所述計(jì)算機(jī)控制模塊(1)上第三按鍵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，其特征在于所述脈沖I-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊(31)包括一直流電壓源與一可變電阻，所述計(jì)算機(jī)控制模塊(1)上設(shè)置有第四按鍵；所述脈沖C-V測試電流轉(zhuǎn)換模塊(3 包括一電流/電壓放大裝置；所述計(jì)算機(jī)控制模塊(1)上設(shè)置有第五按鍵。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種脈沖I-V與脈沖C-V半導(dǎo)體參數(shù)自動(dòng)測量裝置，包括脈沖信號發(fā)生模塊、電流轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，還包括用GPIB接口分別和脈沖信號發(fā)生模塊、電流轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊相連接的計(jì)算機(jī)控制模塊。本實(shí)用新型造價(jià)便宜，測量方便快速，并能快速保存測量數(shù)據(jù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程自動(dòng)進(jìn)行，數(shù)據(jù)自動(dòng)處理并直接在屏幕上實(shí)現(xiàn)I-V、C-V特性曲線的繪制，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(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者周云龍, 趙策洲, 魏小莽 申請人:西交利物浦大學(xué), 西安交通大學(xué), 西安交通大學(xué)蘇州研究院