专利名称：脉冲i-v与脉冲c-v半导体参数自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种涉及半导体材料器件性能测试领域，涉及一种脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数测量装置。
背景技术：
如今我们使用的MOS (金属-氧化物-半导体)器件，由于结构的不完美性会在其氧化物即栅介质(3102或!1 )2等)层中引入电荷或能量状态，从而对器件的稳定性造成影响，这些电荷与能量状态统称为缺陷。随着半导体器件尺寸的不断减�。氲继迤骷�(主要是MOS器件)的漏电流对其性能的影响越来越明显，而器件生产过程中产生的缺陷或外部应力诱发的缺陷会产生一定的漏电流，当漏电流达到一定程度将会使器件失效。为了研究缺陷对器件参数漂移和性能退化的影响，一般通过I_V(电流-电压)与 C-V(电容-电压)测量来探测缺陷的充电与放电过程，从而评估器件中栅介质材料的缺陷密度。普通的测量方法其测量速度一般为秒级，但半导体器件栅介质-半导体界面附近的缺陷充放电时间远远小于1秒，由于测量速度过慢会无法探测到部分栅介质-半导体界面缺陷的充放电过程，从而严重低估栅介质界面附近的缺陷密度。为了克服这个问题，研究者发明了脉冲I-V与脉冲C-V测量技术，通过将普通的测量电压改为脉冲电压，使测试速度提高到了微秒级，从而能够更好的探测整个栅介质层中缺陷的充放电过程。但是，目前脉冲I-V与脉冲C-V测量一般都采用自搭电路，通过将脉冲发生器与示波器等器件连接起来进行手动测量。由于自搭电路的不稳定性，导致实验结果不可靠。并且测量仪器都是手动进行参数的设置，导致测试效率低下并可能引入人为操作误差，使得测量结果不精确。同时自搭电路对于实验数据的保存也比较困难。另外，现有的各种检测仪器价格昂贵，使用于脉冲I-V与脉冲C-V测量的整套系统价格不菲。而现有的一些脉冲I-V与脉冲C-V测试仪器通常只具有部分测量功能。单通道的测量仪器通常需要多个仪器组合来完成一次测量过程。还有的测量仪器只具有测量功能， 需要依靠外接示波器来完成波形的显示功能。这些都导致了测量成本的增加。还有的测量系统由于其产生脉冲电压周期的限制，从而影响了系统的测量范围和使用范围。
发明内容本实用新型目的是为了克服以上问题，提供一种脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，造价便宜，测量方便快速，并能快速保存测量数据。整个实验过程自动进行， 数据自动处理并直接在屏幕上实现I-V、C-V特性曲线的绘制，提高测试效率。本实用新型的技术方案是一种脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，包括脉冲信号发生模块、电流转换模块、数据采集�？椋拱ㄓ肎PIB接口分别和脉冲信号发生�？椤⒌缌髯荒？椤⑹莶杉？橄嗔拥募扑慊刂颇？椋凰雎龀逍藕欧⑸？椴龀逯芷�、电压峰值、边沿上升时间和脉冲数量由计算机控制�？樯瓒ǖ穆龀逍藕牛凰龅缌髯荒？榘龀濡�-ν测试电流转换�？橛肼龀錍-V测试电流转换模块，将待测器件产生的微电流放大，并转换为电压信号；所述数据采集�？榘Ｄ�/数字转换装置，数据采集�？榈男藕攀淙攵朔直鹆勇龀逍藕欧⑸？橛氲缌髯荒？榈男藕攀涑龆耍湫藕攀涑龆肆蛹扑慊刂颇？椋藕糯突丶扑慊刂颇？椋凰黾扑慊刂颇？榘ń邮�、保存数据的存储装置和用于显示I-V或C-V特性曲线的屏幕。进一步的，所述脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置的计算机控制�？樯仙柚糜械谝话醇龅谝话醇潜４胬醋允莶杉？樾藕诺陌醇�。进一步的，所述脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置的计算机控制模块上设置有第二按键，所述第二按键是自动在计算机屏幕上绘制I-V或C-V特性曲线的按键。进一步的，所述脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置的计算机控制�？樯仙柚糜械谌醇龅谌醇歉谋渌雎龀逍藕欧⑸？榉⑺偷穆龀逍藕诺闹芷凇� 电压峰值、边沿上升时间和脉冲数量的按键。进一步的，所述脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置中，所述脉冲I-V 测试电流转换�？榘ㄒ恢绷鞯缪乖从胍豢杀涞缱瑁黾扑慊刂颇？樯仙柚糜械谒陌醇龅谒陌醇歉谋渲绷鞯缪乖吹缪沟陌醇凰雎龀錍-V测试电流转换�？榘ㄒ坏缌�/电压放大装置；所述计算机控制�？樯仙柚糜械谖灏醇龅谖灏醇歉谋涞缌� /电压放大装置增益的按键。本实用新型的优点是1.和由脉冲发生器与示波器等仪器搭建的测试电路相比，本实用新型的测量装置用计算机屏幕代替示波器来显示信号波形节省了测量成本；2.本实用新型通过数据采集�？榻饬渴荽椭良扑慊刂颇？椋赏ü聊皇凳毕允静饬拷峁胄藕挪ㄐ危奖闶褂谜吖鄄欤�3.通过将脉冲I-V与脉冲C-V测试集合到了一个装置中，可以简化人为搭建两套测试系统的步骤，节约测试时间，提高测试效率；4.通过计算机控制�？榭梢酝鄙柚谜鬃爸美锼心？榈牟饬坎问谑×舜罅咳肆Σ僮魇奔洌岣吡瞬馐孕视氩馐跃龋�5.通过计算机控制�？榭梢宰远硎笛槭莶⒈４娼峁涌觳馐运俣�。以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
图1为本实用新型的自动测量装置的结构示意图；图2为本实用新型的脉冲信号发生�？樵硗迹煌�3为本实用新型的脉冲I-V测量的原理图；图4为本实用新型的脉冲C-V测量的原理图；图5为本实用新型的自动测量方法的流程图。其中1脉冲信号发生模块；2电流转换�？椋�3数据采集�？椋�31脉冲I_V测试电流转换�？椋�32脉冲C-V测试电流转换�？椋�4计算机控制�？椤�
具体实施方式
实施例如图1所示，一种脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，包括脉冲信号发生�？�2、电流转换�？�3、数据采集�？�4，以及分别和以上装置用GPIB接口相连接的计算机控制�？�1。脉冲信号发生模块2的输出端连接待测器件，待测器件的一极连接电流转换�？�3。所述脉冲信号发生�？�2用于产生可变脉冲信号。计算机控制�？�1上设置有改变脉冲信号发生�？�2发送的脉冲信号的周期、电压峰值、边沿上升时间和脉冲数量的按键，可以对脉冲信号的参数进行设置。脉冲信号发生�？�2接收来自计算机控制�？榈牟馐灾噶睿凶远龀宸⑺凸ぷ鳎梢愿莶馐灾噶罘⑺筒煌芷凇⒎逯怠⑸仙�/下降沿时间和不同个数的脉冲信号，来完成不同的测试实验。图2为脉冲信号发生�？樵硗迹髡窦兜缏酚勺约ざ嘈痴竦雌�、晶体振荡器或锁相振荡器构成，能够产生频率可调的同步脉冲。延迟级由单稳电路和微分电路组成，能够产生与同步脉冲有一定延迟量的主脉冲。脉冲形成级由单稳态触发器等电路组成，通过调节脉宽与上升下降沿时间产生宽度准确、波形良好的矩形脉冲。该�？榈幕竟δ馨芄环⒊隹杀浔哐厣仙�/下降时间为10微秒至1毫秒的脉冲信号，精度1微秒；可产生最高电压为5V的脉冲信号；脉冲周期可变最小脉冲周期为100微秒并能发出多个连续的脉冲信号。该�？樗泄δ芏伎捎杉扑慊刂颇？�4的控制设定。所述电流转换模块3将待测器件产生的微电流放大并转换为电压信号，包括脉冲 I-V测试电流转换�？�31与脉冲C-V测试电流转换�？�32。计算机控制�？�1对电流转换�？�3进行控制，控制电流转换�？�3的工作模式，具体为在测试开始之前设置实验参数并选择相应�？榻尤氩馐缘缏罚毖≡馡-V测试时，脉冲I-V测试电流转换�？�31工作， 脉冲C-V测试电流转换模块不工作；当选择C-V测试时，脉冲C-V测试电流转换模块32工作，脉冲I-V测试电流转换�？椴还ぷ�。如图3所示，脉冲I-V测试电流转换�？�31包括一直流电压源与一可变电阻。计算机控制�？樯仙柚糜懈谋渲绷鞯缪乖吹缪沟陌醇Ｔ诖馄骷霞右宦龀宓缪梗闷骷岵⑿〔灰妆惶讲獾降牡缌鳎龀錓-V测试电流转换�？�31负责将脉冲I-V测试过程中器件产生的微小电流放大并转化为电压信号，方便采集与显示，通过调节可变电阻阻值可以改变电流的放大倍数。直流电压源的功能是使待测器件在栅极电压的作用下导通， 可变电阻负责将电流放大并转化为电压信号。根据实验需要设置相应的电压值与电阻值， 然后将设置好的电压源与可变电阻接入电路进行测量，通过该�？榈缌鹘岜环糯蟛⒆缪剐藕牛渲蠽ds为直流电压源，Vg为加在待测器件栅极上的脉冲电压信号。待测器件漏极在Vds作用下产生的微小电流Id经过可变电阻R转化为电压信号VD，该信号被数据采集�？榛竦貌⒋透扑慊斜４嬗氩ㄐ蜗允尽８菁扑慊４娴牡缪故荩ü�(1) 转换成电流值
权利要求1.一种脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，包括脉冲信号发生�？镺)、电流转换模块(3)、数据采集�？镚)，其特征在于还包括用GPIB接口分别和脉冲信号发生�？镺)、电流转换�？�(3)、数据采集�？棰认嗔拥募扑慊刂颇？棰牛凰雎龀逍藕欧⑸？�( 产生脉冲周期、电压峰值、边沿上升时间和脉冲数量由计算机控制�？�(1)设定的脉冲信号；所述电流转换�？镃3)包括脉冲I-V测试电流转换�？�(31)与脉冲C-V测试电流转换�？�(32)，将待测器件产生的微电流放大，并转换为电压信号；所述数据采集�？�(4)包括模拟/数字转换装置，数据采集�？榈男藕攀淙攵朔直鹆勇龀逍藕欧⑸？�( 与电流转换模块(3)的信号输出端，其信号输出端连接计算机控制�？�(1)，将信号传送回计算机控制�？�(1)；所述计算机控制�？�(1)包括接收、保存数据的存储装置和用于显示I-V或C-V特性曲线的屏幕。
2.根据权利要求1中所述的脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，其特征在于所述计算机控制�？�(1)上设置有第一按键。
3.根据权利要求1中所述的脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，其特征在于所述计算机控制模块(1)上设置有第二按键。
4.根据权利要求1中所述的脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，其特征在于所述计算机控制�？�(1)上第三按键。
5.根据权利要求1中所述的脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，其特征在于所述脉冲I-V测试电流转换模块(31)包括一直流电压源与一可变电阻，所述计算机控制�？�(1)上设置有第四按键；所述脉冲C-V测试电流转换�？�(3 包括一电流/电压放大装置；所述计算机控制�？�(1)上设置有第五按键。
专利摘要本实用新型公开了一种脉冲I-V与脉冲C-V半导体参数自动测量装置，包括脉冲信号发生�？�、电流转换�？�、数据采集�？椋拱ㄓ肎PIB接口分别和脉冲信号发生�？椤⒌缌髯荒？�、数据采集�？橄嗔拥募扑慊刂颇？�。本实用新型造价便宜，测量方便快速，并能快速保存测量数据，整个实验过程自动进行，数据自动处理并直接在屏幕上实现I-V、C-V特性曲线的绘制，提高测试效率。
文档编号G01R31/26GK202093133SQ20102067649
公开日2011年12月28日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者周云龙, 赵策洲, 魏小莽 申请人:西交利物浦大学, 西安交通大学, 西安交通大学苏州研究院
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