Wie man FET-IV-Kennlinien charakterisiert

+ Pro Tischquellenmessgerät

FET-Übertragungscharakteristik messen

Die IV-Charakterisierung von Feldeffekttransistoren (FETs) erfordert die koordinierte Spannungsversorgung und Strommessung an Gate- und Drain-Anschluss. Bei einer typischen FET-Id-Vg-Messung legt ein Kanal eine variable Gate-Spannung an, während ein zweiter Kanal die erforderliche Drain-Vorspannung einstellt. Bei jedem Spannungsschritt werden Strommessungen durchgeführt, um die Übertragungskennlinie zu erstellen und die Änderung des Drainstroms in Abhängigkeit von der Gate-Spannung darzustellen. Ein Zweikanal-Source-Measure-Unit (SMU) kann die Spannungsversorgung und Strommessung synchron ausführen und so die Messkonfiguration auf ein einziges Gerät mit zwei unabhängig gesteuerten Kanälen reduzieren. Der Gate-Kanal ist als Spannungsquelle konfiguriert und wird von einer definierten Startspannung bis zu einer Stoppspannung durchlaufen, während der Strom gemessen wird. Der Drain-Kanal legt die erforderliche Vorspannung an und misst den entsprechenden Drainstrom. In der beispielhaften Messkonfiguration wird die Gate-Spannung mit 101 Messpunkten, entsprechend 20-mV-Schritten, von 0 V bis 2 V durchlaufen, während die Drain-Spannung an denselben 101 Punkten konstant bei 2 V gehalten wird. Die Strombegrenzung wird für jeden Kanal separat konfiguriert, mit einem Grenzwert von 1 µA für den Gate-Kanal und 100 mA für den Drain-Kanal. Die resultierenden IV-Kennliniendaten des FET können als Gate-Spannung in Abhängigkeit vom Drain-Strom dargestellt werden, um die Übertragungskennlinie des Bauelements zu erstellen. Je nachdem, welcher Teil der Transistorkennlinie untersucht werden soll, kann eine lineare oder logarithmische Skalierung gewählt werden. Diese synchronisierte IV-Messkonfiguration für Halbleiter liefert die für eine systematische Transistorcharakterisierung benötigten Spannungs- und Stromdaten.

Die Messkonfiguration erfordert geeignete Einstellungen für Messbereich, Timing, Verbindung und Datenanzeige. Die High-Force- und Low-Force-Anschlüsse jedes Messkanals werden über eine Testvorrichtung mit dem FET verbunden, wobei ein Kanal das Gate und der andere den Drain steuert. Der Source-Anschluss dient als gemeinsame Verbindung für die Messkonfiguration. Nach dem Anschluss des Bauteils kann jeder Kanal unabhängig hinsichtlich Source-Funktion, Source-Wert, Compliance-Grenzwert, Messparameter, Sweep-Modus, Sweep-Punkte und Triggerung konfiguriert werden. Strommessbereiche können automatisch oder bei Bedarf fest eingestellt werden. Das gezeigte Verfahren veranschaulicht beispielsweise, wie der minimale Strommessbereich auf 10 nA geändert und die Messgeschwindigkeit auf NORMAL eingestellt werden kann, was einer Öffnungszeit von einem Netzzyklus entspricht. Die Triggersteuerung ermöglicht die Synchronisierung beider Kanäle und die Einführung einer definierten Messverzögerung. Im Beispiel wird eine Messtriggerverzögerung von 100 ms konfiguriert und die Anzahl der Source- und Messtrigger entspricht der Anzahl der Sweep-Punkte. Nach dem synchronisierten Sweep kann die gemessene Id-Vg-Kennlinie des FET direkt als IV-Kurve angezeigt werden. Die Y-Achse lässt sich zwischen linearer und logarithmischer Skalierung umschalten, um verschiedene Strombereiche zu untersuchen. Einzelne Messwerte können als Datenliste angezeigt werden. Synchronisierte Spannungsversorgung, Strommessung, Compliance-Kontrolle, Messbereichsauswahl, Triggerung und grafische Analyse bilden zusammen die vollständige Messsequenz für die reproduzierbare IV-Charakterisierung von FETs mithilfe einer präzisen Source-Measure-Unit.

FET IV Charakterisierungslösung

Die IV-Charakterisierung von FETs erfordert die synchronisierte Spannungsversorgung und Strommessung an Gate und Drain unter Einhaltung unabhängiger Grenzwerte und kontrollierter Messbedingungen. Eine präzise Zweikanal-Source-Measure-Unit (SMU) bietet die erforderlichen Quellen- und Messfunktionen in einem Gerät. Jeder Kanal kann eine konstante oder variable Spannung liefern und den resultierenden Strom des Bauelements messen. Die Keysight Benchtop Source-Measure-Units (SMUs) unterstützen die für die FET-IV-Charakterisierung demonstrierte Zweikanal-Konfiguration. Ein SMU-Kanal steuert das Gate, der zweite den Drain. Dies ermöglicht die synchrone Id-Vg-Messung des FETs ohne separate Spannungsquellen und Strommesser. Die Geräte kombinieren Spannungsversorgung, Stromversorgung, Spannungsmessung und Strommessung und unterstützen IV-Messungen in vier Quadranten. Die Grenzwerte für die angelegte Spannung oder den Strom verhindern eine Überbeanspruchung des Bauelements. Für die Transistorcharakterisierung können über die grafische Benutzeroberfläche an der Vorderseite konstante oder variable Quellenbedingungen konfiguriert und die resultierende Halbleiter-IV-Messung direkt in der Grafikansicht angezeigt werden. Die Applikationsschrift dokumentiert außerdem automatische und feste Strommessbereiche, wählbare Messgeschwindigkeit, synchronisierte Triggerung, Triggerverzögerung und Ergebnislisten. Für Messungen, bei denen die Eigenerwärmung des Geräts die Ergebnisse beeinflussen könnte, unterstützen die Keysight Tischmessgeräte auch den Pulsmessbetrieb. Messaufbauten und -daten lassen sich über die USB-Schnittstelle an der Vorderseite speichern, und grafische IV-Kennlinien können als JPEG-Bildschirmfotos gesichert werden. Für PC-gesteuerte Arbeitsabläufe stehen die in der Applikationsschrift beschriebenen Optionen PathWave BenchVue, die PathWave IV Curve Software und EasyEXPERT group+ zur Verfügung.

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