FETのIV特性曲線の評価方法

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FETの伝達特性を測定する

電界効果トランジスタ（FET）のIV特性評価には、デバイスのゲート端子とドレイン端子における電圧印加と電流測定の連携が必要です。一般的なFETのId-Vg測定では、1つのチャネルがゲートに掃引電圧を印加し、もう1つのチャネルが必要なドレインバイアスを設定します。各電圧ステップで電流測定を行い、伝達特性を生成することで、ゲート電圧の関数としてドレイン電流がどのように変化するかを示します。 デュアルチャネル・ソース・メジャー・ユニット（SMU）は、電圧源機能と電流測定機能を同期して実行できるため、測定構成を、2つの独立して制御可能なチャネルを備えた単一の計測器に簡素化できます。ゲートチャネルは電圧源として構成され、電流を測定しながら、定義された開始電圧から終了電圧までステップ的に変化させます。ドレインチャネルは、必要な電圧バイアスを印加し、対応するドレイン電流を測定します。 この測定構成の例では、ゲート電圧を0 Vから2 Vまで、20 mVステップの101測定ポイントにわたって掃引し、その間、ドレイン電圧は同じ101ポイントにわたって2 Vに維持されます。電流コンプライアンスは各チャネルごとに個別に設定され、ゲートチャネルは1 µA、ドレインチャネルは100 mAの上限が設定されています。 得られたFETのIV特性評価データは、ゲート電圧対ドレイン電流としてプロットすることで、デバイスの伝達特性を描画できます。その後、トランジスタの応答のどの部分を調べる必要があるかによって、グラフのスケールを線形または対数から選択できます。この同期型半導体IV測定構成により、体系的なトランジスタ特性評価に必要な電圧および電流データが得られます。

測定構成には、適切な測定範囲、タイミング、接続、およびデータ表示の設定も必要です。各測定チャネルからの「High Force」および「Low Force」接続は、テストフィクスチャを介してFETに接続され、一方のチャネルがゲートを制御し、もう一方のチャネルがドレインを制御します。ソース端子は、測定構成に必要な共通接続を提供します。 デバイスが接続されると、各チャンネルについて、ソース機能、ソース値、コンプライアンス制限、測定パラメータ、スイープモード、スイープポイント、およびトリガを個別に設定できます。電流測定レンジは、特定のレンジが必要な場合に、自動で動作させることも、固定することも可能です。例えば、この手順では、最小電流測定レンジを10 nAに変更する方法や、測定速度を「NORMAL」（1パワーラインサイクルに相当するアパーチャ時間）に設定する方法を示しています。 トリガー制御では、両チャンネルを同期させ、定義された測定遅延を設定することも可能です。この例では、100 msの測定トリガー遅延を設定し、ソースおよび測定のトリガーカウントがスイープポイント数に対応するように指定しています。同期スイープの実行後、測定されたFETのId-Vg測定値をIV曲線として直接表示できます。 Y軸は、異なる電流領域を検証するために線形スケールと対数スケール間で切り替えることができ、個々の測定値はデータリストとして確認できます。同期された電圧ソース供給、電流測定、コンプライアンス制御、測定範囲の選択、トリガ、およびグラフィカルな解析が一体となり、高精度ソース・メジャー・ユニットを用いた再現性の高いFET IV特性評価のための完全な測定シーケンスを構成します。

FET IV特性評価ソリューション

FETのIV特性評価を行うには、個別のコンプライアンス制限を維持しつつ、制御された掃引条件下で、ゲートとドレインにおける電圧供給と電流測定を同期させる必要があります。デュアルチャネル高精度ソース・メジャー・ユニット（SMU）は、1台の装置で必要な電圧供給および測定機能を提供し、各チャネルは定電圧または掃引電圧を供給し、その結果生じるデバイスの電流を測定することができます。 キーサイトのベンチトップ型ソース・メジャー・ユニット（SMU）は、FETのIV特性評価で実証された2チャンネル構成に対応しています。SMUの1つのチャンネルがゲートを制御し、もう1つのチャンネルがドレインを制御することで、個別の電圧源や電流計を使用することなく、同期したFETのId-Vg測定が可能になります。これらの計測器は、電圧供給、電流供給、電圧測定、電流測定を統合しており、4象限のIV測定に対応しています。 コンプライアンス設定により、供給電圧や電流に制限を設けることで、デバイスへの過度な刺激の印加を防ぐことができます。トランジスタ特性評価では、フロントパネルのグラフィカルユーザーインターフェースを使用して、定電圧または掃引電圧の供給条件を設定し、その結果として得られた半導体IV測定値を「Graph View」に直接表示できます。このアプリケーションノートでは、自動および固定の電流測定範囲、選択可能な測定速度、同期トリガ、トリガ遅延、測定結果リストについても解説しています。 デバイスの自己発熱が測定結果に影響を与える可能性のある測定については、キーサイトのベンチトップ型ソース・メジャー・ユニットはパルス測定動作にも対応しています。測定設定やデータは前面のUSBインターフェースを介して保存でき、IV測定結果のグラフはJPEG形式のスクリーンショットとして保存可能です。PC制御のワークフローについては、本資料で説明されている対応オプションとして、PathWave BenchVue、PathWave IV Curveソフトウェア、およびEasyEXPERT group+が挙げられています。
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