Negen: Nieuwe SMU overwint de lastige testuitdagingen van capacitieve instellingen met lage stroomsterkte

Wanneer in de testopstelling een lange kabel of capacitieve klem wordt gebruikt, zal de uitgangscapaciteit van het testinstrument toenemen, wat resulteert in onnauwkeurige of onstabiele metingen, vooral bij zeer gevoelige zwakstroommetingen, omdat het ook gelijkspanning levert of scant. Om deze uitdagingen op te lossen, heeft Keithley, een dochteronderneming van Tektronix, een oplossing gevonden Technologie, heeft twee nieuwe source Measurement Unit (SMU)-modules geïntroduceerd voor Keithley 4200A-SCS, die stabiele zwakke stroommetingen kunnen uitvoeren, zelfs in toepassingen met een hoge testverbindingscapaciteit.

Terwijl ontwerpers de huidige niveaus blijven verlagen om energie te besparen, wordt deze meetuitdaging steeds groter. Dit is het geval voor groot testen LCD-scherm panelen, die uiteindelijk zal worden gebruikt in smartphones of tablets. Andere toepassingen die testverbindingsproblemen met een hoge capaciteit kunnen hebben, zijn onder meer: Nano FET IV-metingen op klauwplaten, overdrachtskarakteristieken van mosfets met lange kabels, FET-tests via schakelmatrices, en condensator lekkage metingen.

Ondersteunde capaciteit verhoogd met 1000 keer

Vergeleken met andere gevoelige SMU's hebben de nieuw geïntroduceerde Keithley 4201-SMU medium power SMU en 4211-SMU high power SMU (optionele 4200-PA voorversterker) de maximale belastingscapaciteitsindex aanzienlijk verbeterd. In het laagste ondersteunde stroombereik is de systeemcapaciteit die 4201-SMU en 4211-SMU kunnen leveren en meten 1,000 keer hoger dan die van de huidige systemen. Als het stroomniveau bijvoorbeeld tussen 1 en 100 pA ligt, zal de Keithley module kan belastingen tot 1 µF (micro Farads) aan. Concurrerende producten met de grootste belastingscapaciteit op dit huidige niveau kunnen daarentegen slechts 1,000 pF verdragen voordat de meetnauwkeurigheid verslechtert.

Deze twee nieuwe modules bieden belangrijke oplossingen voor klanten die met deze problemen worden geconfronteerd, besparen de oorspronkelijke debuggingtijd en besparen de kosten van het opnieuw configureren van testinstellingen om extra Condensatoren. Wanneer een testingenieur of wetenschappelijk onderzoeker een meetfout constateert, moet hij eerst de oorzaak van de fout vinden. Dit kost op zich al uren werk en ze moeten meestal veel mogelijke bronnen onderzoeken voordat ze het bereik kunnen verkleinen. Zodra ze ontdekken dat de meetfout afkomstig is van de systeemcapaciteit, moeten ze de testparameters en kabellengte aanpassen en zelfs de testinstellingen herschikken. Dit is verre van ideaal.

Hoe werkt de nieuwste SMU-module in de praktijk? Laten we eens kijken naar verschillende belangrijke toepassingen in het onderzoek naar platte beeldschermen en nano-FET's.

Voorbeeld 1: OLED-pixeldriver circuit op een plat beeldscherm

Het OLED-pixelstuurprogrammacircuit is naast het OLED-apparaat op het flatpanel gedrukt tonen. Om de DC-karakteristieken te meten, wordt deze meestal via een schakelmatrix met de SMU verbonden en vervolgens met de SMU verbonden LCD-scherm detectiestation met behulp van een 12-16 meter lange triaxiale kabel. Omdat voor de verbinding een zeer lange kabel nodig is, is het gebruikelijk dat de zwakstroommeting onstabiel is. Wanneer een traditionele SMU wordt gebruikt om verbinding te maken met een DUT (zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding) voor metingen, wordt deze instabiliteit weergegeven in de twee IV-curven van het OLED-stuurcircuit, dat wil zeggen de verzadigingscurve (oranje curve) en de lineaire curve (blauwe curve).

Verzadiging en lineaire IV-curve van OLED gemeten met traditionele SMU.

Wanneer de 4211-SMU echter wordt gebruikt om deze IV-metingen op de afvoeraansluiting van de DUT te herhalen, is de IV-curve stabiel, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, is het probleem opgelost.

Verzadiging en lineaire IV-curven van OLED gemeten met Keithley's nieuwste 4211-SMU's.

Voorbeeld 2: Nano FET met gemeenschappelijke poort en klauwplaatcapaciteit

Voor het testen van nano-FET's en 2D FET's is het gebruik van een apparaatterminal vereist om contact te maken met de SMU via de boorkop van het sondestation. De capaciteit van de spankop kan oplopen tot enkele nanofarads, en in sommige gevallen kan het nodig zijn om een geleidend stuk bovenop de spankop te gebruiken om contact te maken met de poort. De coaxkabel voegt extra capaciteit toe. Om de nieuwste SMU-module te evalueren, hebben we twee conventionele SMU's aangesloten op de gate en drain van de 2D FET om een luidruchtige Id-Vg-hysteresiscurve te verkrijgen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Lawaaierige Id-Vg hysteresiscurve van 2D FET gemeten met traditionele SMU's.

Wanneer we echter twee 4211-SMU's aansluiten op de gate en drain van hetzelfde apparaat, is de verkregen hysteresiscurve vloeiend en stabiel, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, waarmee het belangrijkste probleem wordt opgelost dat onderzoekers hebben opgelost.

Soepele en stabiele Id-Vg hysteresiscurves gemeten met twee 4211-SMU's.

De 4201-SMU en 4211-SMU kunnen bij bestelling vooraf worden geconfigureerd in de 4200A-SCS om een uitgebreide oplossing voor parameteranalyse te bieden; ze kunnen ook ter plekke worden geüpgraded in bestaande units.