Wie man synchronisierte FET-Messungen durchführt

+ Pro Tischquellenmessgerät

Gate- und Drain-Messungen synchronisieren

Eine synchronisierte Feldeffekttransistor-Messung (FET) nutzt zwei koordinierte Source-Measure-Unit-Kanäle (SMU), um die elektrischen Bedingungen an Gate und Drain des FET zu steuern und gleichzeitig Strommessungen an den entsprechenden Spannungspunkten zu erfassen. Für eine typische FET-Id-Vg-Messung ist ein Kanal dem Gate und ein zweiter dem Drain zugeordnet. Der Gate-Kanal erzeugt einen Spannungsdurchlauf und misst dabei den Strom, während der Drain-Kanal die erforderliche Drain-Spannung einstellt und den Drain-Strom misst. Beide Kanäle arbeiten zusammen, sodass die Messungen unter koordinierten Gate- und Drain-Bedingungen erfolgen. In der gezeigten Konfiguration ist Kanal 1 mit dem FET-Gate verbunden und für die Spannungserzeugung mit einer Gate-Strombegrenzung von 1 µA konfiguriert. Seine Spannung wird linear von 0 V bis 2 V in 101 Schritten von 20 mV variiert. Kanal 2 ist mit dem Drain verbunden und so konfiguriert, dass er an denselben 101 Messpunkten eine Spannung von 2 V aufrechterhält. Seine Strombegrenzung ist auf 100 mA eingestellt. Hoch- und Niedrigspannungsanschlüsse stellen die elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Messkanälen und dem Prüfling her. Die resultierende FET-IV-Kennlinie erfasst die Drainstromantwort bei Änderung der Gate-Spannung und ermöglicht so die Darstellung der Gate-Spannung in Abhängigkeit vom Drainstrom als Übertragungskennlinie. Die Messung kann daher Spannungsversorgung und Stromerfassung koordinieren, ohne dass separat programmierbare Spannungsquellen und Strommessgeräte erforderlich sind.

Die Synchronisierung kann auch über die Triggerparameter der beiden Messkanäle gesteuert werden. Das demonstrierte Verfahren zur Transistorcharakterisierung verwendet zunächst den automatischen Triggermodus und zeigt anschließend, wie beide Kanäle für die synchrone Triggerung konfiguriert werden können. Für die synchronisierte Konfiguration wird der Triggertyp an Kanal 1 und Kanal 2 auf SYNC geändert. Die Quellentrigger- und Messtriggerzähler werden jeweils auf 101 eingestellt, entsprechend den 101 Messpunkten. Die Applikationsschrift gibt an, dass die Quellentrigger- und Messtriggerzähler der Anzahl der Messpunkte entsprechen müssen. Anschließend wird eine Messtriggerverzögerung von 100 ms auf beide Kanäle angewendet, um zu demonstrieren, wie die Erfassungszeit relativ zu jedem Messpunkt gesteuert werden kann. Messgeschwindigkeit und Messbereich können ebenfalls im Rahmen des synchronisierten Messaufbaus angepasst werden. Das dokumentierte Verfahren zeigt die normale Messgeschwindigkeit, die einer Öffnungszeit von einem Netzzyklus entspricht, sowie den automatischen Strombereichsbetrieb und ein Beispiel mit einem minimalen Strommessbereich von 10 nA. Nach der Konfiguration der beiden Kanäle werden beide Ausgangsrelais aktiviert und der synchronisierte Sweep ausgelöst. Die resultierende FET-Id-Vg-Messung kann direkt in der Grafikansicht angezeigt werden. Dabei wird die Gate-Spannung für die X-Achse ausgewählt, und der gemessene Drainstrom bildet die Übertragungskennlinie. Für die Darstellung verschiedener Strombereiche kann eine lineare oder logarithmische Skalierung der Y-Achse gewählt werden. Die einzelnen Messpunkte der FET-IV-Kennlinie können zudem in der Ergebnisliste eingesehen werden.

Lösung zur synchronisierten FET-Messung

Für synchronisierte FET-Messungen werden zwei koordinierte Spannungsquellen- und Strommesskanäle benötigt, die Gate- und Drain-Bedingungen anlegen und gleichzeitig Messungen an entsprechenden Punkten durchführen können. Die präzisen Zweikanal-Source-Measure-Units (SMUs) von Keysight bieten zwei Kanäle mit unabhängiger IV-Messfunktion und der Möglichkeit, konstante oder variable Spannung und Strom bereitzustellen. Dadurch lassen sich Gate und Drain eines Dreipol-FETs mit einem einzigen Gerät steuern. Bei einer synchronisierten FET-Messung kann Kanal 1 die Gate-Spannung variieren, während Kanal 2 die Drain-Vorspannung aufrechterhält. Unabhängige Compliance-Einstellungen begrenzen den Ausgang jedes Kanals, während synchronisierte Trigger-Einstellungen die Spannungsversorgung und Messung koordinieren. Die demonstrierte FET-Id-Vg-Messung verwendet 101 Messpunkte pro Kanal und zeigt, wie die SYNC-Triggerung mit gleicher Anzahl an Quellen- und Messtriggern und einer Messtriggerverzögerung von 100 ms konfiguriert werden kann. Messgeschwindigkeit und Strombereich lassen sich ebenfalls an die erforderlichen Transistorcharakterisierungsbedingungen anpassen. Die grafische Benutzeroberfläche auf der Vorderseite unterstützt den gesamten Workflow der FET-IV-Charakterisierung ohne Testprogramm. Die Einzelansicht ermöglicht die unabhängige Konfiguration der Quellen- und Messbedingungen jedes Kanals, während die Grafikansicht die resultierende IV-Kennlinie anzeigt. Messergebnisse können auch als Datenliste eingesehen werden. Die Anwendungsbeschreibung dokumentiert zudem PathWave BenchVue, die PathWave IV Curve Software und EasyEXPERT group+ als Software-Steuerungsoptionen für PC-basierte Messabläufe.

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Siehe Blockdiagramm der synchronisierten FET-Messlösung

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B2912C Präzisionsquelle / Messeinheit (2 Kanäle, 10 fA)

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B2902C Präzisionsquelle / Messeinheit (2 Kanäle, 100 fA)

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