【技术大咖测试笔记系列】之九：新型SMU克服低电流容性设置的棘手测试挑战

作者: 泰克科技技术大咖

在测试设置中使用长电缆或容性卡盘时，测试仪器输出的电容会提高，导致测量不准确或不稳定，尤其是非常灵敏的弱电测量，因为它同时还要提供或扫描DC电压。为解决这些挑战，泰克科技旗下公司吉时利为Keithley 4200A-SCS推出了两种新的源测量单元(SMU)模块，即使在高测试连接电容的应用中，仍能进行稳定的弱电测量。

由于设计人员不断降低电流电平以节约能源，这个测量挑战正不断增长，大型LCD面板测试正是这种情况，这些面板最终将用于智能手机或平板电脑中。可能存在高电容测试连接问题的其他应用包括：卡盘上的纳米FET I-V测量，采用长电缆的MOSFET的传递特点，通过开关矩阵的FET测试，电容器泄漏测量。

支持的电容提高了1000倍

与其他灵敏的SMU相比，新推出的Keithley 4201-SMU中等功率SMU和4211-SMU高功率SMU (选配4200-PA前置放大器)大幅度提高了最大负载电容指标。在支持的最低电流范围上，4201-SMU和4211-SMU可以供电和测量的系统电容要比当今系统高1,000倍。例如，如果电流电平在1 ~ 100 pA之间，那么吉时利模块可以处理最高1 µF (微法拉)的负载。相比之下，最大负载电容竞品在这种电流电平下，在测量准确度劣化前只能容忍1,000 pF。

这两种新模块为面临这些问题的客户提供了重要解决方案，节省了原来的调试时间，节约了重新配置测试设置以消除额外电容的费用。在测试工程师或科研人员注意到测量错误时，他们首先必须找到错误来源。这本身就要花费数小时的工作，他们通常必须考察许多可能的来源，然后才能缩小范围。一旦发现测量错误源自系统电容，那么他们必须调节测试参数、电缆长度，甚至重新安排测试设置。这离理想状态相去甚远。

那么最新SMU模块在实践中是怎样工作的呢？我们看一下平板显示器和纳米FET研究中的几个关键应用。

实例1：平板显示器上的OLED像素驱动器电路

OLED像素驱动器电路印刷在平板显示器上OLED器件旁边。为测量其DC特点，通常会通过开关矩阵把它连接到SMU上，然后再使用12-16米长的三同轴电缆连接到LCD探测站上。由于连接需要非常长的电缆，所以弱电测量不稳定很常见。在使用传统SMU连接DUT（如下图所示）进行测量时，这种不稳定性在OLED驱动器电路的两条I-V曲线，也就是饱和曲线(橙色曲线)和线性曲线(蓝色曲线)中立显。

使用传统SMU测量的OLED的饱和和线性I-V曲线。

但是，在使用4211-SMU在DUT的漏极端子上重复这些I-V测量时，I-V曲线是稳定的，如下图所示，问题解决了。

使用吉时利最新4211-SMUs测得的OLED的饱和和线性I-V曲线。

实例2：拥有公共栅极和卡盘电容的纳米FET 

纳米FETs和2D FETs测试需要使用一个器件端子，通过探测站卡盘接触SMU。卡盘的电容可能高达几毫微法拉，在某些情况下，可能必需在卡盘顶部使用传导连接盘来接触栅极。同轴电缆增加了额外的电容。为评估最新SMU模块，我们把两个传统SMU连接到2D FET的栅极和漏极，得到有噪声的Id-Vg磁滞曲线，如下图所示。

使用传统SMUs测得的2D FET的有噪声的Id-Vg磁滞曲线。

但是，在我们把两台4211-SMUs连接到同一器件的栅极和漏极时，得到的磁滞曲线是平滑稳定的，如下图所示，解决了研究人员一直要解决的主要问题。

使用两个4211-SMUs测得的平滑稳定的Id-Vg磁滞曲线。

4201-SMU和4211-SMU既可以在订购时预先配置到4200A-SCS中，提供全面的参数分析解决方案；也可以在现有单元中现场升级。