FETの同期測定を行う方法

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ゲートおよびドレインの測定値を同期させる

同期型電界効果トランジスタ（FET）測定では、2つの連携したソース・メジャー・ユニット（SMU）チャネルを使用して、FETのゲートおよびドレインの電気的条件を制御しながら、対応する電圧ポイントでの電流測定を行います。一般的なFETのId-Vg測定では、1つのチャネルをゲートに、もう1つのチャネルをドレインに割り当てます。ゲートチャネルは電流を測定しながら電圧スイープを行い、ドレインチャネルはドレイン電流を測定しながら必要なドレイン電圧を確立します。 両方のチャネルが連携して動作することで、ゲートとドレインの条件を調整した状態で測定値が取得されます。実証された構成では、チャネル1はFETのゲートに接続され、ゲート電流コンプライアンス制限を1 µAに設定して電圧ソースとして構成されています。その電圧は、101ポイントを用いて0 Vから2 Vまで直線的にスイープされ、20 mV刻みで変化します。 チャネル2はドレインに接続され、同じ101の測定ポイントにわたって2 Vを維持するように設定されており、その電流コンプライアンスは100 mAに設定されています。ハイフォースおよびローフォース接続により、2つの測定チャネルと被測定デバイス間の電気的経路が提供されます。その結果得られるFETのIV特性評価では、ゲート電圧の変化に伴うドレイン電流の応答が記録され、ゲート電圧とドレイン電流の関係転移特性としてプロットすることが可能になります。 したがって、この測定方法では、個別にプログラムされた電圧源や電流計を必要とせずに、電圧供給と電流取得を連携させることができます。

同期は、2つの測定チャネルのトリガパラメータを通じて制御することも可能です。本稿で示すトランジスタ特性評価手順では、まず自動トリガモードを使用し、その後、両チャネルを同期トリガするように設定する方法を示します。同期設定を行うには、チャネル1およびチャネル2のトリガタイプを「SYNC」に変更します。ソーストリガカウントと測定トリガカウントは、それぞれ101に設定します。これは、測定で使用される101のスイープポイントに対応しています。 このアプリケーションノートでは、ソーストリガカウントと測定トリガカウントはスイープポイント数と等しくすべきであると規定されています。その後、両チャンネルに100 msの測定トリガ遅延を適用し、各測定ポイントに対するデータ取得タイミングをどのように制御できるかを実証します。同期測定の設定の一環として、測定速度や測定範囲も調整可能です。 文書化された手順では、1 電力線サイクルに相当するアパーチャ時間に対応する「NORMAL」測定速度、自動電流レンジ操作、および最小電流測定レンジ 10 nA を使用した例が示されています。2 つのチャネルの設定が完了すると、両方の出力リレーが有効になり、同期スイープがトリガーされます。その結果得られる FET Id-Vg 測定結果は、Graph View に直接表示され、X 軸にはゲート電圧が選択され、測定されたドレイン電流が転移特性を形成します。 異なる電流領域を表示するために、Y軸のスケーリングを線形または対数から選択できるほか、個々のFET IV特性測定ポイントも測定結果リストを通じて確認できます。

FETの同期測定ソリューション

FETの同期測定を行うには、ゲートおよびドレインの条件を設定しつつ、対応するポイントで測定値を取得できる、2つの協調動作する電圧源および電流測定チャネルが必要です。キーサイトのデュアルチャネル高精度ソース・メジャー・ユニット（SMU）は、独立したIV測定機能を備えた2つのチャネルと、定電圧・定電流または掃引電圧・電流を供給する機能を備えており、1台の計測器から3端子FETのゲートとドレインを制御することが可能です。 同期したFET測定では、チャネル1がゲート電圧スイープを印加し、チャネル2がドレインバイアスを維持します。独立したコンプライアンス設定により各チャネルの出力が制限され、同期トリガー設定によってソース供給と測定が連携されます。 本デモのFET Id-Vg測定では、各チャンネルで101の測定ポイントを使用しており、ソース側と測定側のトリガーカウントを等しく設定し、測定トリガー遅延を100 msに設定してSYNCトリガーを構成する方法を示しています。測定速度や電流範囲の動作も、必要なトランジスタ特性評価条件に合わせて設定可能です。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により、テストプログラムを必要とせずに、FETのIV特性評価ワークフロー全体をサポートします。 「シングルビュー」では、各チャンネルのソースおよび測定条件を個別に設定でき、「グラフビュー」ではその結果として得られたIV曲線が表示されます。測定結果はデータリストとしても確認可能です。また、このアプリケーションノートでは、PCベースの測定ワークフロー向けのソフトウェア制御オプションとして、PathWave BenchVue、PathWave IV Curveソフトウェア、およびEasyEXPERT group+についても解説しています。
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