CN112285519A - 一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法 - Google Patents
一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,采用测试设备测量二极管选通阵列中待测二极管在正向偏压下的电流得到I‑V曲线,通过I‑V曲线上大电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的串联电阻,通过I‑V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的理想因子。本发明在不使用高精度的测试设备下能够较为准确的测出串联电阻及理想因子。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,特别是涉及一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法。
背景技术
二极管是微电子学中最基础、最简单的器件,拥有正向导通、反向截止、反向击穿等特殊性能。在集成电路领域中,二极管常用于静电保护电路、整流电路、滤波电路等,在某些情况下还可以当作大电容使用。而在存储器芯片中,二极管还有一个特殊的用途——选通器件,每一个存储单元都需要通过一个选通器件来实现存取数据。二极管用作选通器件时,一般是集成于交叉阵列的交叉点处,尺寸可小至100nm*100nm,在未来超大容量存储芯片市场有着不错的前景。
二极管选通阵列可以采用硅外延然后双沟道隔离或者选择性外延等方法来制造。随着芯片集成度的增大,二极管的尺寸越来越小,阵列中的寄生电阻对二极管的导通性能影响也越来越大,在评判二极管的性能优劣时,必须先考虑阵列中存在的寄生电阻。另一方面,使用二极管选通阵列的存储芯片一般是通过读取存储单元的阻值以实现读取数据,而二极管的非线性导通特性将使读出的阻值与实际值有一定偏差。寄生电阻和存储单元的阻值都属于二极管阵列中的串联电阻,因此,准确测量二极管阵列的串联电阻有助于对其进一步的研究及改进。
二极管的性能指标包括反向漏电流IS、导通电压Von、理想因子n等,其中反向漏电流IS和导通电压Von主要取决于二极管的材料和掺杂工艺,而理想因子n则反映了外延和刻蚀等工艺所引入的缺陷数量。对于存储器而言,理想因子n越小二极管的驱动能力越好,使得其更容易往低压高密度器件发展。为了减小串联电阻的影响,理想因子n一般由二极管的截止区的电压电流计算得到。但是,截止区的电流一般在纳安、皮安量级,需要较高精度的测试机才能测出准确的电流值,进而计算理想因子。测试二极管阵列需要拥有一定数量的端口的测试机,这样的测试机精度一般无法达到要求。由于测试机的精度有限,当二极管尺寸微缩至百纳米级别时,二极管阵列中的寄生电阻(串联电阻)和理想因子将变得难以测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,在不使用高精度的测试设备下能够较为准确的测出串联电阻及理想因子。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,采用测试设备测量二极管选通阵列中待测二极管在正向偏压下的电流得到I-V曲线,通过I-V曲线上大电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的串联电阻,通过I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的理想因子。
所述通过I-V曲线上大电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的串联电阻时,将所述I-V曲线上大电压区内的近邻两点所确定直线的斜率的倒数作为所述待测二极管的串联电阻。
所述通过I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的理想因子时,通过得到所述待测二极管的理想因子,其中,Rs为串联电阻,q为电子电荷,n为理想因子,KB为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,I34为I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点电流的平均值,k34为I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点所确定直线的斜率。
所述I-V曲线上大电压区内的近邻两点的电流值大于1mA。
所述I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点为最靠近截止区的两点。
有益效果
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:本发明通过测量阵列中二极管的I-V特性,测试较大电压下的近邻两点计算二极管的寄生电阻或串联电阻,测试截止区外小电压下的近邻两点计算二极管的理想因子,无需使用精度高的测试设备测量截止区的I-V特性,计算量小。
附图说明
图1是本发明实施方式的应用设备结构示意图;
图2是本发明实施方式中测试设备测得的二极管I-V曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,采用测试设备测量二极管选通阵列中待测二极管在正向偏压下的电流得到I-V曲线,通过I-V曲线上大电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的串联电阻,通过I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的理想因子。
针对一个处于较大十字交叉二极管选通阵列中的二极管,测试其正向偏压下的电流得到I-V曲线,取较大电压下的近邻两点(V1,I1)、(V2,I2),其寄生电阻或串联电阻RS则约为这两点所确定直线的斜率的倒数1/k12;取截止区外较小电压下的近邻两点(V3,I3)、(V4,I4),其理想因子n约为其中,k34为两点确定直线的斜率,I34为I3和I4的平均值,q为电子电荷,KB为玻尔兹曼常数,T为热力学温度。
阵列中的二极管正向偏压下的I-V曲线基本上满足方程:
其中Is为反向饱和电流,其切线的斜率k通过隐函数求导得到:
所以
当二极管正向偏压很大时,正向电流I很大,如果此时电流I为毫安量级,而Rs为千欧量级,则Rs约等于1/k。因此,在二极管I-V曲线上取较大电压下近邻两点计算寄生电阻是可行的。
对于二极管的理想因子n,取二极管正向偏压下I-V曲线上任意两点(V5,I5)、(V6,I6),有公式
特别的,在二极管的截止区,I6和I5非常小,此时公式(4)中的(I6-I5)Rs可以忽略。但是此公式要求测试精度非常高,而且需要计算对数函数,有一定的局限性。而由式(3)可以得到
在这里k需要尽量大以减少计算带来的误差,所以取较小电压下(截止区外)的近邻两点计算k值比较合理,I取两点电流的平均值以减小误差。
下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。
图1为实现本方法的器件或系统结构。测试设备为多端口测试机,测量精度有限。二极管阵列为双沟道外延二极管阵列,每个二极管导通通路上存在寄生电阻Rs,单个二极管尺寸为120nm*160nm。当选通中间的二极管时,测试设备外加正向电压V,测得此时的电流I。
图2为测试设备测得的二极管I-V曲线。电压从0V到3V,每隔0.1V测试一次电流,由于测试设备精度不高,测量电压为0V到0.8V(截止区)时,电流测得0μA。在大电压区,取相邻两点(3.0,1589.375)、(2.9,1497.500),在截止区外小电压区取靠近截止区最近的相邻两点(1.1,55.250)、(1.0,20.625),用于计算该二极管的寄生电阻和理想因子。
不难发现,通过测量阵列中二极管的I-V特性,测试较大电压下的近邻两点计算二极管的寄生电阻或串联电阻,测试截止区外小电压下的近邻两点计算二极管的理想因子,无需使用精度高的测试设备测量截止区的I-V特性,计算量小。
Claims (6)
1.一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,其特征在于,采用测试设备测量二极管选通阵列中待测二极管在正向偏压下的电流得到I-V曲线,通过I-V曲线上大电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的串联电阻,通过I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的理想因子。
3.根据权利要求1所述的二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,其特征在于,所述通过I-V曲线上大电压区内的近邻两点计算所述待测二极管的串联电阻时,将所述I-V曲线上大电压区内的近邻两点所确定直线的斜率的倒数作为所述待测二极管的串联电阻。
5.根据权利要求1所述的二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,其特征在于,所述I-V曲线上大电压区内的近邻两点的电流值大于1mA。
6.根据权利要求1所述的二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法,其特征在于,所述I-V曲线上截止区外小电压区内的近邻两点为最靠近截止区的两点。
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