数字源表/源测量单元/SMU选型的7个重要指标

数字源表现广泛用于半导体器件特性测试中，省钱省地，节约测试台空间，同时实现了大动态测试范围，集电压、电流输入输出及测量等多种功能于一体，无论在研究实验室还是生产线，都要对封装器件或在晶圆上的元器件I-V测试。

简介 利用高压、大电流源测量单元(SMU)来设计和构建功率半导体器件直流特性分析测试系统包括以下几个步骤: 选择满足测试要求的设备 选择连接待测器件(DUT)与仪器的电缆和夹具 检查系统安全和仪器保护 优化仪器建立，确保测量完整性 控制仪器硬件 功率半导体器件的设计确保：在开启（ON）状态下，它能够为负载提供大量功率，而自身却消耗最小的电源功率（高效率）；在关闭（OFF）状态下，它向负载提供的功率几乎为零，同时自身也消耗最小的电源功率（高效率）(待机电流非常小)。因此，功率半导体器件的特性分析或直流参数测试可以分为两种：开启状态特性分析和关闭状态特性分析。本应用笔记对这两种测试应用进行说明，并给出利用多种吉

确定器件接口 过去，大多数功率半导体制造商为了测试不得不对器件进行封装，因为当时对晶片上器件施加数十或数千伏电压的技术尚未广泛使用。 商用探测器解决方案的应用使得诸多制造商可以对晶片上器件进行测试，从而降低了测试成本。 有关封装器件或晶片上器件测试的决策是在探测器的巨大资本成本和测试前封装器件的较小（但重复）资本成本之间的一个平衡。吉时利公司的解决方案既适合封装器件测试，又适合晶片级测试。 对于已封装器件的测试，系统开发人员应当利用商用测试夹具，注意支撑的器件封装以及任何定制化机会。吉时利提供8010型大功率测试夹具，加之供应或可选的器件测试板，可以对TO-220以及TO-247封装器件进行测试。此外，8010型大功率测试夹具

仪器连接 待测器件(DUT)与仪器的连接对于获得有意义的结果是至关重要的。在使用吉时利8010型大功率测试夹具时，利用吉时利公司提供的电缆连接仪器直截了当。关于连接图，请参见本文件中 系统实例 部分的图22。如果要连接到探测器或定制夹具，请牢记下面这些指南: 为大电流测试选择最佳电缆 确保测试期间使用的电缆符合测试系统最大电流额定值。在功率器件开启状态特性分析期间经常遇到大电流、低压测试，要使用能够实现这类测试所需性能的电缆。 在大电流测试时，要注意引线电阻和引线电感，以避免电压源和测量误差。 引线电阻 有些功率器件的导通电阻阻值在几个毫欧。因此，引线电阻与待测参数可能在同一数量级。当施加大电流时，这些阻值不大的引

确保测试期间使用的电缆符合测试系统最大电压额定值。在功率器件关闭状态特性分析期间经常遇到高压、低电流测试，要使用能够实现这类测试所需性能的电缆。 在高压测试时，要保证充分绝缘，并使漏电流和系统电容带来的影响最小化。 适当绝缘 使用电缆的耐压额定值至少是测试系统电压的最大值。为了实现低电流测量，要在测试夹具中使用高质量绝缘体。绝缘电阻与待测器件电阻并联，将带来测量误差(参见图1)。利用2657A型源测量单元（SMU），在测试电路中可能出现高达3kV电压，因此，相对于测得的通过待测器件的电流，通过这些绝缘体产生的电流就较大。为了得到良好的测量结果，要确保绝缘电阻比待测器件电阻高几个数量级。 图 1 绝缘体中产生的电

在测试系统问题中，被误解最多的就是接地。这里， 接地 定义为到接地端的连接。不过，许多人往往使用 接地 一词表示测试电路中源测量单元（SMU）的基准点。在本应用笔记中，这个基准点被称作 电路公共端 。 接地 为了安全，大部分系统都有一个接地点，以确保仪器或测试系统内的任何故障都不会使用户置身于触电危险之中。出于类似的原因，在高压系统中，导电测试夹具及其相关附件也必须与接地端连接。 电路公共端 为了获得精确的电源值和测量，确定电路公共端非常重要。当将多个电源与待测器件连接时，重要的是这些电源以同一点为基准，这样，待测器件的每个接线端才会获得期望的电压。具体实例参见图1。 图 1 当使用独立仪器时，输出必

进行布线和夹具设计时，考虑系统安全性也很重要。为了确定操作人员以及仪器会遇到什么危险，要对各种故障情况进行思考，包括因操作人员失误以及因器件状态变化而带来的故障。 大电流测试的潜在危险之一是火灾或或烧伤危险。在大电流测试期间，要使待测器件处于封闭状态，这样，即使器件出现故障，也可以使用户免遭火灾或飞溅物体的伤害。 触电危险是高压测试的潜在危险之一。如果仪器（或器件）能够输出42V以上的直流电压，那么随时都存在触电危险。正确的测试系统配置必须包括保护操作人员和未受训练用户免遭触电危险的装置。 上电后，用户应当无法接入内部有高压的系统。安全互锁是限制接入的一种装置。吉时利的所有现代源测量单元（SMU）都包括互锁装置，因此，只有当互锁

一旦系统建立完毕，就要对其功能进行测试，并优化仪器建立，以获得最佳测量。 对于开启状态特性分析 在当今进行的大部分开启状态特性分析中，为了实现最小热量，都对器件施加脉冲信号。此外，许多功率半导体器件的最终应用也都是在脉冲条件下工作的。让源测量单元（SMU）的输出脉冲通过测试系统，并捕获器件端口响应，使测试系统具备合格的脉冲信号能力。吉时利2651A型大功率系统数字源表内含高速模数转换器(ADC)，可以同时对电流波形和电压波形进行数字化。这些模数转换器(ADC)对确定系统脉冲性能非常有益。如果脉冲形状出现异常，要检查电缆，确保引线电感最小化。尽可能使用吉时利公司提供的低阻抗同轴电缆，同时要使其他引线的感应环路面积最小。