Cómo caracterizar las curvas IV de los transistores de efecto de campo (FET)

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Medir las características de transferencia de los FET

La caracterización IV de un transistor de efecto de campo (FET) requiere un suministro coordinado de tensión y una medición de corriente en los terminales de puerta y drenaje del dispositivo. Para una medición típica de Id-Vg en un FET, un canal aplica una tensión variable a la puerta, mientras que un segundo canal establece la polarización de drenaje necesaria. Las mediciones de corriente se registran en cada paso de tensión para generar la característica de transferencia y mostrar cómo varía la corriente de drenaje en función de la tensión de puerta. Una unidad de medida de fuente (Source Measure Unit) de doble canal puede realizar las funciones de generación de tensión y medición de corriente de forma sincrónica, lo que reduce la configuración de la medición a un único instrumento con dos canales controlados de forma independiente. El canal de la puerta se configura como una fuente de tensión y se varía escalonadamente desde una tensión inicial definida hasta una tensión final, al tiempo que se mide la corriente. El canal del drenaje aplica la polarización de tensión necesaria y mide la corriente de drenaje correspondiente. En la configuración de medición de ejemplo, la tensión de puerta se varía de 0 V a 2 V utilizando 101 puntos de medición, correspondientes a pasos de 20 mV, mientras que el drenaje se mantiene a 2 V en esos mismos 101 puntos. La capacidad de corriente se configura de forma independiente para cada canal, con un límite de 1 µA en el canal de puerta y un límite de 100 mA en el canal de drenaje. Los datos resultantes de la caracterización IV del FET pueden representarse gráficamente como tensión de puerta frente a corriente de drenaje para crear la característica de transferencia del dispositivo. A continuación, se puede seleccionar un escalado lineal o logarítmico del gráfico, dependiendo de qué parte de la respuesta del transistor se desee examinar. Esta configuración de medición IV sincronizada de semiconductores proporciona los datos de tensión y corriente necesarios para la caracterización sistemática de transistores.

La configuración de la medición también requiere ajustes adecuados de rango, temporización, conexión y visualización de datos. Las conexiones de «High Force» y «Low Force» de cada canal de medición se conectan al FET a través de un dispositivo de prueba, de modo que un canal controla la puerta y el otro controla el drenaje. El terminal de fuente proporciona la conexión común necesaria para la configuración de la medición. Una vez conectado el dispositivo, cada canal puede configurarse de forma independiente en cuanto a la función de fuente, el valor de fuente, el límite de complacencia, los parámetros de medición, el modo de barrido, los puntos de barrido y el disparo. Los rangos de medición de corriente pueden funcionar automáticamente o fijarse cuando se requiera un rango concreto. El procedimiento mostrado, por ejemplo, ilustra cómo se puede cambiar el rango mínimo de medición de corriente a 10 nA y cómo se puede ajustar la velocidad de medición a NORMAL, lo que corresponde a un tiempo de apertura de un ciclo de la red eléctrica. El control de disparo también puede sincronizar ambos canales e introducir un retardo de medición definido; en el ejemplo se configura un retardo de disparo de medición de 100 ms y se especifica que los recuentos de disparo de la fuente y de la medición se correspondan con el número de puntos de barrido. Una vez ejecutado el barrido sincronizado, la medición Id-Vg del FET puede visualizarse directamente como una curva IV. El eje Y puede alternar entre una escala lineal y una logarítmica para examinar diferentes regiones de corriente, mientras que los valores de medición individuales pueden revisarse en forma de lista de datos. En conjunto, el suministro de tensión sincronizado, la medición de corriente, el control de conformidad, la selección del rango de medición, el disparo y el análisis gráfico conforman la secuencia de medición completa para una caracterización IV repetible de los FET mediante una unidad de medida de fuente de precisión.

Solución de caracterización de FET IV

Para llevar a cabo la caracterización IV de un FET es necesario sincronizar el suministro de tensión y la medición de corriente en la puerta y el drenaje, manteniendo al mismo tiempo límites de cumplimiento independientes y condiciones de barrido controladas. Una unidad de medida y fuente (SMU) de precisión de doble canal proporciona las funciones de fuente y medición necesarias en un solo instrumento, y cada canal es capaz de suministrar una tensión constante o barrida y medir la corriente resultante del dispositivo. Las unidades de medida y fuente de sobremesa (SMU) de Keysight admiten la configuración de dos canales demostrada para la caracterización IV de los FET. Un canal de la SMU controla la puerta, mientras que el segundo controla el drenaje, lo que permite la medición sincrónica de Id-Vg del FET sin necesidad de fuentes de tensión ni amperímetros independientes. Los instrumentos combinan el suministro de tensión, el suministro de corriente, la medición de tensión y la medición de corriente, y admiten mediciones IV de cuatro cuadrantes. Los ajustes de conformidad establecen límites en la tensión o la corriente suministradas para ayudar a evitar que se aplique un estímulo excesivo al dispositivo. Para la caracterización de transistores, la interfaz gráfica de usuario del panel frontal permite configurar condiciones de fuente constante o barrida y mostrar la medición IV del semiconductor resultante directamente en la vista gráfica. La nota de aplicación también documenta los rangos de medición de corriente automáticos y fijos, la velocidad de medición seleccionable, el disparo sincronizado, el retardo de disparo y las listas de resultados de medición. Para mediciones en las que el autocalentamiento del dispositivo podría afectar a los resultados, las unidades de medida y fuente de sobremesa de Keysight también admiten el funcionamiento en modo de medición por pulsos. Las configuraciones de medición y los datos se pueden guardar a través de la interfaz USB frontal, y los resultados gráficos de IV se pueden guardar como imágenes de pantalla en formato JPEG. Para flujos de trabajo controlados por PC, las opciones compatibles descritas en la fuente incluyen PathWave BenchVue, el software PathWave IV Curve y EasyEXPERT group+.
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Véase el diagrama de bloques de la solución para la caracterización de la curva IV de los FET

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