Come caratterizzare le curve IV dei FET

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Misura delle caratteristiche di trasferimento dei FET

La caratterizzazione IV di un transistor ad effetto di campo (FET) richiede la coordinazione tra l’erogazione di tensione e la misurazione della corrente ai terminali di gate e drain del dispositivo. Per una tipica misurazione Id-Vg di un FET, un canale applica una tensione a scansione al gate mentre un secondo canale stabilisce la polarizzazione richiesta al drain. Le misurazioni di corrente vengono acquisite ad ogni passo di tensione per generare la caratteristica di trasferimento e mostrare come la corrente di drain varia in funzione della tensione di gate. Un’unità di misura della sorgente (Source Measure Unit) a doppio canale è in grado di eseguire in modo sincrono le funzioni di generazione della tensione e di misurazione della corrente, riducendo la configurazione di misura a un unico strumento dotato di due canali controllati in modo indipendente. Il canale del gate viene configurato come sorgente di tensione e viene fatto variare a passi da una tensione iniziale definita a una tensione finale, mentre si misura la corrente. Il canale del drain applica la tensione di polarizzazione richiesta e misura la corrispondente corrente di drain. Per la configurazione di misura di esempio, la tensione di gate viene fatta variare da 0 V a 2 V utilizzando 101 punti di misura, corrispondenti a incrementi di 20 mV, mentre il drain viene mantenuto a 2 V sugli stessi 101 punti. La compliance di corrente viene configurata indipendentemente per ciascun canale, con un limite di 1 µA sul canale di gate e un limite di 100 mA sul canale di drain. I dati risultanti dalla caratterizzazione IV del FET possono essere rappresentati graficamente come tensione di gate in funzione della corrente di drain per creare la caratteristica di trasferimento del dispositivo. È quindi possibile selezionare un ridimensionamento lineare o logaritmico del grafico a seconda della porzione della risposta del transistor che si desidera esaminare. Questa configurazione di misura IV sincronizzata per semiconduttori fornisce i dati di tensione e corrente necessari per una caratterizzazione sistematica del transistor.

La configurazione della misurazione richiede inoltre impostazioni appropriate relative a intervallo, temporizzazione, connessione e visualizzazione dei dati. Le connessioni “High Force” e “Low Force” di ciascun canale di misurazione sono collegate al FET tramite un dispositivo di prova, con un canale che controlla il gate e l’altro che controlla il drain. Il terminale di source fornisce il collegamento comune necessario per la configurazione della misurazione. Una volta collegato il dispositivo, ciascun canale può essere configurato in modo indipendente per quanto riguarda la funzione della sorgente, il valore della sorgente, il limite di conformità, i parametri di misura, la modalità di scansione, i punti di scansione e il trigger. Gli intervalli di misura della corrente possono funzionare automaticamente oppure essere fissati quando è richiesto un intervallo specifico. La procedura illustrata, ad esempio, mostra come l’intervallo minimo di misura della corrente possa essere modificato a 10 nA e come la velocità di misura possa essere impostata su NORMALE, corrispondente a un tempo di apertura pari a un ciclo di rete. Il controllo del trigger può anche sincronizzare entrambi i canali e introdurre un ritardo di misura definito; l’esempio configura un ritardo di trigger di misura di 100 ms e specifica che i conteggi di trigger della sorgente e della misura corrispondano al numero di punti di scansione. Una volta eseguita la scansione sincronizzata, la misura Id-Vg del FET può essere visualizzata direttamente come curva IV. L’asse Y può essere commutato tra scala lineare e logaritmica per esaminare diverse regioni di corrente, mentre i singoli valori di misura possono essere rivisti sotto forma di elenco di dati. Insieme, l’erogazione di tensione sincronizzata, la misura di corrente, il controllo della conformità, la selezione del campo di misura, il trigger e l’analisi grafica costituiscono la sequenza di misura completa per una caratterizzazione IV ripetibile dei FET utilizzando un’unità di misura di sorgente (Source Measure Unit) di precisione.

Soluzione per la caratterizzazione dei FET di quarta generazione

Per eseguire la caratterizzazione IV dei FET è necessario sincronizzare l’erogazione della tensione e la misurazione della corrente al gate e al drain, mantenendo al contempo limiti di conformità indipendenti e condizioni di scansione controllate. Un’unità di misura e sorgente (SMU) di precisione a doppio canale fornisce le funzioni di sorgente e misurazione richieste in un unico strumento; ciascun canale è in grado di erogare una tensione costante o variabile e di misurare la corrente risultante del dispositivo. Le unità di misura e sorgente da banco (SMU) Keysight supportano la configurazione a due canali illustrata per la caratterizzazione IV dei FET. Un canale dell’SMU controlla il gate mentre il secondo controlla il drain, consentendo la misurazione sincrona di Id-Vg del FET senza bisogno di sorgenti di tensione e misuratori di corrente separati. Gli strumenti combinano l’erogazione di tensione, l’erogazione di corrente, la misurazione di tensione e la misurazione di corrente e supportano misurazioni IV a quattro quadranti. Le impostazioni di conformità impongono limiti alla tensione o alla corrente fornita per aiutare a prevenire l’applicazione di uno stimolo eccessivo al dispositivo. Per la caratterizzazione dei transistor, l’interfaccia utente grafica sul pannello frontale consente di configurare condizioni di sorgente costanti o a variazione graduale e di visualizzare la misurazione IV del semiconduttore risultante direttamente nella vista grafica (Graph View). La nota applicativa documenta inoltre intervalli di misurazione della corrente automatici e fissi, velocità di misurazione selezionabile, trigger sincronizzato, ritardo di trigger ed elenchi dei risultati di misurazione. Per le misurazioni in cui l’autoriscaldamento del dispositivo potrebbe influenzare i risultati, le unità di misura e sorgente da banco Keysight supportano anche il funzionamento in modalità di misurazione a impulsi. Le configurazioni di misurazione e i dati possono essere salvati tramite l’interfaccia USB frontale, mentre i risultati grafici IV possono essere salvati come immagini dello schermo in formato JPEG. Per i flussi di lavoro controllati da PC, le opzioni supportate descritte nel manuale includono PathWave BenchVue, il software PathWave IV Curve e EasyEXPERT group+.
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