-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Eingeben von Impulssignalen
in die Gates von FETs (Feldeffekttransistoren) und zum Messen der I-U-(Strom-Spannungs-)
Charakteristiken der FETs. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren, das vorzugsweise zum Messen der I-U-Charakteristiken
hochentwickelter FETs, z. B. MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren)
verwendet wird, die mittels SOI- (Silicium-auf-Isolator-) Technologie oder mittels
einer Herstellungstechnologie unter Verwendung von "strained silicon"-Technologie hergestellt
sind.
-
Die
I-U-Charakteristik eines FET wird bestimmt durch Messen eines Drain-Stroms, der dann fließt, wenn
eine vorbestimmte DC- (Gleich-) Spannung an das Gate des FET angelegt
wird, während eine
vorbestimmte Vorspannung an das Drain des FET angelegt wird.
-
Wenn
jedoch die I-U-Charakteristiken eines durch SOI-Technologie oder "strained silicon"-Technologie hergestellten
hochentwickelten FET, wie z. B. eines MOSFET, gemessen werden, können mit
dem bekannten Mess-Schema,
bei dem eine DC-Spannung an das Gate des FET angelegt wird (der
im Folgenden als "DUT", d.h. "device under test" – "im Test befindliche Vorrichtung" bezeichnet wird),
aufgrund des bei der DUT auftretenden Selbstheizeffekts möglicherweise
keine zuverlässigen
Messergebnisse der I-U-Charakteristik erzielt werden.
-
Deshalb
ist ein Messverfahren vorgeschlagen worden, bei dem an das Gate
der DUT ein Impuls kurzer Dauer angelegt wird, wie z. B. beschrieben
bei K.A. Jenkins und J. Y.-C. Sun, "IEEE Electron Device Letters", Vol. 16, Nr. 4,
April 1995, S. 135 bis 147. Dieses Verfahren erlaubt ein Betreiben
der Halb leitervorrichtung, ohne dass Wärme erzeugt wird, so dass ein
Messergebnis erzeugt werden kann, das nicht von Wärme beeinträchtigt ist.
-
Bei
dem Messverfahren, bei dem der Impuls an das Gate der DUT angelegt
wird, wird über
die sogenannte "T-Vorspannungsverzweigung" (auch bekannt als "BIAS TEE") eine vorbestimmte
Spannung an das Drain der DUT angelegt, so dass ein zu messender
Drain-Strom fließt,
während
der Impuls angelegt wird.
-
In
diesem Fall dient die Impedanz der T-Vorspannungsverzweigung und
der Messeinheit bei Betrachtung von der DUT her (d.h. die Eingangsimpedanz
der Messeinheit) als Last, die an die DUT angelegt ist. Somit fällt, wenn
der Drain-Strom zu der DUT fließt,
die Drain-Spannung um einen Betrag ab, der einem durch die Last
verursachten Spannungsabfall entspricht. Dies macht es unmöglich, den Drain-Strom
bei einer vorbestimmten Drain-Spannung zu messen, was einen Hauptgrund
für den
Fehler bei der Messung der I-U-Charakteristik
darstellt. Durch den Abfall der Drain-Spannung wird zudem der Bereich
von Drain-Spannungen eingeengt, und nachteiligerweise kann die I-U-Chararakteristik
nicht in dem erforderlichen Drain-Spannungs-Bereich gemessen werden.
-
Somit
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren
zu erstellen, das in der Lage ist, die I-U-Charakteristiken hochentwickelter
FETs, wie z. B. (SOI-) MOSFETs und "strained silicon"-MOSFETs, präzise zu messen.
-
Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen von FET-Charakteristiken
angegeben. Bei diesem Verfahren wird eine vorbestimmte Vorspannung,
die von einem Ausgangsanschluss einer T-Vorspannungsverzweigung
ausgegeben wird, an das Drain des FET angelegt; ein Impuls, der
von einem Impulsgenerator ausgegeben wird, wird an das Gate des
FET angelegt, um dadurch das Erzeugen von Drain-Strom in dem FET
zu bewirken; der Drain-Strom wird mittels einer Lastimpedanz, die
mit dem Wechsel strom-Ausgangsanschluss der T-Verzweigung verbunden
ist, zu einem Spannungsimpuls konvertiert; und der Drain-Strom wird
basierend auf dem Spannungsimpuls gemessen. Das Verfahren enthält ferner
den Schritt des Vergrößerns der
Vorspannung um einen Betrag, welcher einem von der Lastimpedanz
verursachten Spannungsabfall entspricht, und das wiederholte Messen
des Spannungsimpulses in einer vorbestimmten Häufigkeit. Der Spannungsimpuls
verändert
sich auf ein Ansteigen der Vorspannung hin. Das Verfahren enthält ferner
den Schritt des Extrapolierens der letzten beiden gemessenen Werte
des durch die vorbestimmte Anzahl wiederholter Messungen erhaltenen
Spannungsimpulses zwecks Bestimmens einer Drain-Spannung, die dem FET zugeführt wird.
-
Vorzugsweise
wird der von dem Impulsgenerator ausgegebene Impuls dem FET über ein
Dämpfungsglied
zugeführt.
-
Für den Fall,
dass aufgrund aus der Auflösung
der Spannungseinstellung resultierender Fehler der Impulsgenerator
Spannungen ausgibt, die für verschiedene
Spannungseinstellungen, welche in dem gleichen Ausgangsspannungs-Einstellbereich enthalten
sind, den gleichen Wert haben, kann das Verfahren ferner folgende
Schritte aufweisen: für
den an das Gate des FET angelegten Impuls, Setzen eines unteren
Spannungs-Grenzwerts, der eine Minimalspannung Vset-L
in einem ersten Setz-Bereich ist, welcher eine gewünschte gesetzte
Impulsspannung Vset-K enthält, und
eines oberen Spannungs-Grenzwerts, der eine Minimalspannung Vset-H in einem zweiten Setz-Bereich ist, welcher
nahe einer Maximalspannung in dem ersten Setz-Bereich gelegen ist; Messen des Drain-Stroms,
der auf einem Impuls mit dem oberen Spannungs-Grenzwert basiert,
und des Drain-Stroms, der auf einem Impuls mit dem unteren Spannungs-Grenzwert
basiert; und, entsprechend der gewünschten gesetzten Impulsspannung Vset-K und jedem gemessenen Drain-Strom, mittels Interpolation
durchgeführtes
Berechnen eines Drain-Stroms, der einem auf der gewünschten
gesetzten Impulsspannung Vset-K basierenden Drain-Strom
entspricht.
-
Das
Verfahren kann ferner die folgenden Schritte enthalten: Messen der
Breite des an das Gate des FET angelegten Impulses; Anpassen der die
Impulsspannung definierenden Impulsspannung-Zeitgebung des angelegten
Impulses an eine Zeitgebung, die von einer Vorderflanke des angelegten
Impulses zu einer Hinterflanke des angelegten Impulses um ein vorbestimmtes
Verhältnis
in Breitenrichtung verschoben ist; und Messen der Breite des Spannungsimpulses.
Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte enthalten: Setzen
einer Spannungsdetektions-Zeitgebung des Spannungsimpulses auf eine
Zeitgebung, die von der Vorderflanke des Spannungsimpulses zu der
Hinterflanke des Spannungsimpulses um einen Betrag verschoben ist,
der dem vorbestimmten Breiten-Verhältnis des Spannungsimpulses
entspricht; und Messen der Spannung des Spannungsimpulses zum Spannungsdetektions-Zeitpunkt.
-
Die
vorliegende Erfindung erlaubt ein korrektes Bestimmen der Drain-Spannung
ohne eine Beeinträchtigung
des Messungs-Durchsatzes, so dass eine hochpräzise Messung der I-U-Charakteristiken ermöglicht wird.
Mit der vorliegenden Erfindung kann ferner die durch das Abfallen
der Drain-Spannung verursachte Beeinflussung der Messwerte reduziert werden.
-
Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen detaillierter
beschrieben.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild zur Darstellung eines Mess-Systems zur Realisierung
eines Messverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ein
Schaltbild zur Darstellung der Struktur einer T-Vorspannungsverzweigung;
-
3 ein
Schaubild zur Darstellung einer I-U-Charakteristik und einem Drain-Spannungs-Abfall
aufgrund einer Lastimpedanz;
-
4 ein
Schaubild zur Darstellung eines Setz-Spannungs-Auflösungsfehlers
eines Impulsgenerators;
-
5 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Reduzieren
des Fehler-Einflusses in dem Impulsgenerator;
-
6 ein
Schaubild zur Darstellung von I-U-Charakteristiken, die sich durch
das in 4 gezeigte Schema ergeben;
-
7 ein
Schaubild gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
8 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
und
-
9 in Teil (a) eine Darstellung der Wellenform
eines dem Gate einer DUT zugeführten
Impulses und eines für
den Impuls gesetzten Spannungsdefinierungspunkts; und in Teil (b)
eine Darstellung der Wellenform eines basierend auf dem Drain-Strom der
DUT erzeugten Spannungsimpulses und eines für den Impuls gesetzten Spannungsmesspunkts.
-
Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert
beschrieben.
-
1 zeigt
eine DUT (im Test befindliche Vorrichtung) 1 in Form eines
MOSFET, der durch SOI- (Silicium-auf-Isolator-) Technologie oder "strained silicon"-Herstellungstechnologie
hergestellt werden kann.
-
Ein
Impulsgenerator 3 ist mit dem Gate (G) der DUT 1 über ein
Dämpfungsglied 2 verbunden, und
eine DC-Spannungsquelle 7 und ein Oszilloskop 9 (bei
dem es sich um ein digitales Oszilloskop handeln kann) sind mit dem
Drain (D) der DUT 1 über eine
sogenannte "T-Vorspannungsverzweigung" 5 verbunden
(in den Figuren mit "BIAS
TEE" bezeichnet).
-
Die
DC-Spannungsquelle 7 kann mit einer SMU ("source measure unit"-Source-Messeinheit) implementiert sein,
deren Funktionen darin bestehen, hochpräzise DC-Spannungen anzulegen
und Ströme
mit hoher Präzision
zu messen. Zu den Beispielen für
eine derartige Vorrichtung zählt
die von Agilent Technologies Inc. hergestellte SMU 4156.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Ausgangsimpedanz des Impulsgenerators 3 und die Eingangsimpedanz
des Oszilloskops 9 auf 50 Ω eingestellt. Der Impulsgenerator 3 übermittelt
ein Trigger-Signal (d.h. ein Synchronisationssignal) an das Oszilloskop 9.
-
Wenn
die I-U-Charakteristik (Abhängigkeit zwischen
dem Drain-Strom und der Drain-Spannung) der DUT 1 gemessen
wird, werden vor der Messung Korrekturkoeffizienten zum Kalibrieren
des Oszilloskops 9 gesetzt, die Eingangsimpedanz des Oszilloskops 9 wird
gemessen, Korrekturkoeffizienten zum Kalibrieren des Impulsgenerators 3 werden
gesetzt, der Einfügungsverlust
der T-Vorspannungsverzweigung 5 wird gemessen, die Verluste
in dem Kabel 14 zwischen der T-Vorspannungsverzweigung 5 und dem
Oszilloskop 9 werden gemessen, die Eingangsimpedanz der
T-Vorspannungsverzweigung 5 wird gemessen, der Einfügungsverlust
des Dämpfungsglieds 2 wird
gemessen, und die Eingangsimpedanz des Dämpfungsglieds 2 wird
gemessen.
- A) Für die Kalibrierung des Oszilloskops 9 wird
die SMU mittels eines kurzen Kabels mit einem Eingang des Oszilloskops 9 verbunden
und dazu veranlasst, sequentiell Ausgangsspannungen mit mehreren
Spannungswerten auszugeben, die von dem Oszilloskop 9 gemessen
werden. Die Korrekturkoeffizienten (A2,
B2) zum Linearisieren der Beziehung zwischen
den von der SMU ausgegebenen Spannungen und den von dem Oszilloskop 9 gemessenen
Spannungen werden durch das Verfahren der kleinsten Quadrate er rechnet. Die
Korrekturkoeffizienten (A2, B2)
werden zum Kalibrieren der von dem Oszilloskop 9 gemessenen
Spannung Vmes verwendet. Somit ergibt sich die
kalibrierte Mess-Spannung Vout des Oszilloskops 9 durch
die folgende Gleichung: Vout = A2·Vmes + B2 (1) Die Korrekturkoeffizienten
(A2, B2) werden
in einer Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- B) Für
die Messung der Eingangsimpedanz des Oszilloskops 9 wird
eine aus der SMU ausgegebene Spannung in das Oszilloskop 9 eingegeben, und
der auf die Eingabe der Spannung hin in das Oszilloskop 9 fließende Strom
wird von der SMU gemessen. Die Eingangsimpedanz kann auf der Basis
der aus der SMU ausgegebenen Spannung und des von der SMU gemessenen
Stroms bestimmt werden. Die Eingangsimpedanz des Oszilloskops 9 wird
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- C) Für
die Kalibrierung des Impulsgenerators 3 wird, nachdem das
Oszilloskop 9 mittels eines kurzen Kabels mit dem Ausgang
des Impulsgenerators 3 verbunden worden ist, der Impulsgenerator 3 dazu
veranlasst, Impulse mit mehreren Spannungen auszugeben, und die
Spannung jedes Impulses wird von dem Oszilloskop 9 gemessen.
Korrekturkoeffizienten (A1, B1)
zum Linearisieren des Verhältnisses
zwischen einer Spannung Vg, die von dem
Impulsgenerator 3 ausgegeben wird, und einer entsprechenden
Spannung Vout, die nach der Kalibrierung
einer von dem Oszilloskop 9 gemessenen Spannung Vmes ausgegeben wird, werden durch das Verfahren
der kleinsten Quadrate errechnet. Die Koeffizienten (A1,
B1) werden zum Kalibrieren der von dem Impulsgenerator 3 ausgegebenen
Spannung Vg verwendet. Somit ergibt sich
die kalibrierte Ausgangsspannung Vg' des Impulsgenerators 3 durch
die folgende Gleichung: Vg' =
A1·Vg + B1 (2) Die Korrekturkoeffzienten
A1 und B1 werden
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- D) Für
die Messung des Einfügungsverlusts
der T-Vorspannungsverzweigung 5 gemäß 1 wird der
kalibrierte Impulsgenerator 3 mittels eines kurzen Kabels
mit einem Vorspannungs-Ausgangsanschluss der T-Vorspannungsverzweigung 5 verbunden,
und ein AC- (Wechselstrom-) Ausgangsanschluss der T-Vorspannungsverzweigung 5 wird
mittels eines kurzen Kabels mit dem Oszilloskop 9 verbunden.
Der Einfügungsverlust der
T-Vorspannungsverzweigung 5 kann errechnet werden durch
Bestimmen des Verhältnisses zwischen
einer Signalspannung, die von dem Impulsgenerator 3 ausgegeben
und über
die T-Vorspannungsverzweigung 5 mittels des Oszilloskops 9 gemessen
wird, und einer Signalspannung, die von dem Impulsgenerator 3 ausgegeben
und mittels des Oszilloskops 9 direkt ohne den Weg über die
T-Vorspannungsverzweigung 5 gemessen
wird. Der Einfügungsverlust
der T-Vorspannungsverzweigung 5 wird
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- E) Für
die Messung des Verlusts in dem Kabel 14, das zwischen
dem AC-Ausgangsanschluss
der T-Vorspannungsverzweigung 5 und dem Eingang des Oszilloskops 9 angeordnet
ist, ist der Impulsgenerator 3 über ein kurzes Kabel mit einem
Ende des Kabels 14 verbunden, und das Oszilloskop 9 ist über ein
kurzes Kabel mit dem anderen Ende des Kabels 14 verbunden.
Der Einfügungsverlust des
Kabels 14 wird errechnet durch Bestimmen des Verhältnisses
zwischen einer Spannung, die von dem Impulsgenerator 3 ausgegeben
und über das
Kabel 14 mittels des Oszilloskops 9 gemessen wird,
und einer Spannung, die von dem Impulsgenerator 3 ausgegeben
und mittels des Oszilloskops 9 direkt ohne den Weg über das
Kabel 14 gemessen wird. Der Einfügungsverlust des Kabels 14 wird
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- F) Die Impedanz zwischen dem Vorspannungs-Ausgangsanschluss
und dem AC-Ausgangsanschluss der T-Vorspannungsverzweigung 5 wird
gemessen, indem die beiden entgegengesetzten Enden einer Netzwerk-Analysevorrichtung
oder dgl. verbunden werden. Die gemessene Eingangsimpedanz wird
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- G) Für
die Messung des Einfügungsverlusts
des Dämpfungsglieds 2 werden
erste und zweite SMUs mit dem Eingangs-Port bzw. dem Ausgangs-Port
des Dämpfungsglieds 2 verbunden. Eine
Spannung V2, die von dem Dämpfungsglied 2 ausgegeben
wird, wenn eine von der ersten SMU ausgegebene Spannung V1 an den Eingangs-Port des Dämpfungsglieds 2 angelegt
wird, wird von der zweiten SMU gemessen. (An diesem Punkt bildet
der Ausgangs-Port im Wesentlichen einen offenen Stromkreis.) Der
Einfügungsverlust des
Dämpfungsglieds 2 ergibt
sich aus V2/V1.
Der Einfügungsverlust
des Dämpfungsglieds 2 wird
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
- H) Für
die Messung der Eingangsimpedanz des Dämpfungsglieds 2 wird
ein Strom I1, der in das Dämpfungsglied 2eingegeben
wird, wenn die aus der ersten SMU ausgegebene Spannung V1 dem Eingang des Dämpfungsglieds 2 zugeführt wird, von
der ersten SMU gemessen. (An diesem Punkt bildet der Ausgangs-Port
im Wesentlichen einen offenen Stromkreis.) Die Eingangsimpedanz
des Dämpfungsglieds 2 ergibt
sich aus V1/I1.
Die Eingangsimpedanz des Dämpfungsglieds 2 wird
in der Speichereinheit des Computers 11 vorgespeichert.
-
Wenn
das in 1 gezeigte Mess-System zum Messen der I-U-Charakteristik
der DUT 1 verwendet wird, wird der Ausgang des Impulsgenerators 3 über das
Kabel 13 und das Dämpfungsglied 2 mit dem
Gate der DUT 1 verbunden, um zu veranlassen, dass der Ausgangsimpuls
(die Impulsbreite beträgt
z. B. ungefähr
1 bis 10 ns) des Impulsgenerators 3 über das Kabel 13 und
das Dämpfungsglied 2 an
das Gate der DUT 1 angelegt wird. Ferner wird ein DC-Eingangsanschluss
der T-Vorspannungsverzweigung 5 mit dem Ausgang der Stromspannungsquelle 7 verbunden,
und das Drain der DUT 1 wird mit dem Vorspannungs-Ausgangsanschluss
der T-Vorspannungsverzweigung 5 verbunden, um zu veranlassen, dass
eine vorbestimmte Ausgangsspannung der DC-Spannungsquelle 7 über die
T-Vorspannungsverzweigung 5 an das Drain der DUT 1 angelegt
wird. Ferner wird der AC-Ausgangsanschluss der T-Vorspannungsverzweigung 5 über das
Kabel 14 mit dem Eingangsanschluss des Oszilloskops 9 verbunden.
-
An
diesem Punkt wird unter Steuerung durch den Computer 11 eine
Spannung Vset des aus dem Impulsgenerator 3 ausgegebenen
Impulses wie folgt gesetzt: Vset = (A1·Vg + B1)/LossATT (3),wobei LossATT
den Einfügungsverlust
des Dämpfungsglieds 2 angibt.
-
Im
Folgenden wird der Grund für
die Verwendung des Dämpfungsglieds 2 erläutert. Der
aus dem Impulsgenerator 3 an das Kabel 13 ausgegebene
Impuls kann möglicherweise
mehrere Male zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss
des Kabels 13 reflektiert werden, was durch eine Differenz
zwischen der Ausgangsimpedanz des Impulsgenerators 3 und
der Charakteristik-Impedanz des Kabels 13 und eine Differenz
zwischen der Eingangsimpedanz (einschließlich einer Impedanz aufgrund
der Eingangskapazität)
der DUT 1 und der Charakteristik-Impedanz des Kabels 13 verursacht wird.
Das Auftreten der Mehrfach-Reflexionen verschlechtert die Impulsqualität.
-
Wegen
des Dämpfungsglieds 2 jedoch
werden durch dessen Dämpfungseffekt
die Impulsreflexionen an dem DUT-1-Ende des Kabels 13 reduziert, so
dass die Einfügung
des Dämpfungsglieds 2 die Qualität des der
DUT 1 zugeführten
Impulses verbessern kann. Aus diesem Grund wird das Dämpfungsglied 2 verwendet.
-
Wenn
der Impuls mit der Spannung Vset über das
Dämpfungsglied 2 dem
Gate der DUT 1 zugeführt
wird, wird die DUT 1 eingeschaltet, um zu veranlassen,
dass ein Strom, der dem Drain-Strom der DUT 1 entspricht,
zu einem Drain-Blockier-Kondensator (siehe Bezugszeichen 51 in 2)
fließt,
der in die T-Vorspannungsverzweigung 5 eingebaut ist. Aufgrund
der Impedanz, die bei Betrachtung der T-Vorspannungsverzweigung 5 und
des Oszilloskops 9 aus Blickrichtung des Drains der DUT 1 existiert, wird
der durch den Kondensator 51 durchtretende Strom zu einem
Spannungsimpuls konvertiert, der dem Drain-Strom der DUT 1 entspricht.
Der Spannungswert des konvertierten Spannungsimpulses wird durch
das Oszilloskop 9 gemessen.
-
Im
Kontext einer AC-Schaltung wird in der Praxis eine elektrische Kontinuität zwischen
dem Vorspannungs-Ausgangsanschluss und dem AC-Ausgangsanschluss
der T-Vorspannungsverzweigung 5 hergestellt, wobei aufgrund
der hohen Impedanz fast kein Strom zwischen dem Vorspannungs-Ausgangsanschluss
und dem DC-Eingangsanschluss fließt. Somit ist der Drain-Strom
gleich dem durch die Impedanz im Oszilloskop 9 fließenden Strom.
-
Der
Computer 11 berechnet die kalibrierte Mess-Spannung Vout auf der Basis der oben angeführten Gleichung
(1) und der Mess-Spannung Vmes des Oszilloskops 9 und
berechnet einen Drain-Strom Id auf der Basis
der folgenden Gleichung: Id = {Vout/(Loss1·Loss2)}/Zin (4),wobei
Loss1 den Einfügungsverlust
des Kabels 14 angibt, Loss2 den Einfügungsverlust der T-Vorspannungsverzweigung 5 angibt,
und Zin die zusammengesetzte Impedanz der
Eingangsimpedanz des Oszilloskops 9 und der Eingangsimpedanz
der T-Vorspannungsverzweigung 5 angibt.
-
Um
die I-U-Charakteristik der DUT 1 zu erhalten, steuert der
Computer 11 eine aus der DC-Spannungsquelle 7 ausgegebene
Spannung in Bezug auf eine vorbestimmte Gate-Impulsspannung und
misst den Drain-Strom in Bezug auf mehrere Drain-Spannungen. Eine ähnliche
Messung wird dann in Bezug auf mehrere Gate-Impulsspannungen wiederholt,
um eine I-U-Charakteristik
zu erhalten, wie in 3 veranschaulicht ist.
-
Im
Folgenden wird die Setz-Spannung Vset eines
aus dem Impulsgenerator 3 ausgegebenen Impulses erläutert. Der
Impulsgenerator 3 hat keine derart hohe Spannungs-Setz-Präzision wie
diejenige der DC-Spannungsquelle 9. Dies bedeutet, dass
der Impulsgenerator 3 eine Spannung ausgibt, die in Bezug auf
verschiedene in einem Setz-Spannungs-Bereich enthaltene Setz-Spannungen den gleichen
Wert hat, wie 4 zeigt. Beispielsweise gibt
der Impulsgenerator 3 einen Impuls mit einer Ausgangsspannung
Va in Bezug auf sämtliche in einem Setz-Bereich
r bis a enthaltene Setz-Spannungen, einen Impuls mit einer Ausgangsspannung
Vb in Bezug auf sämtliche in einem Setz-Bereich
r bis b enthaltene Setz-Spannungen, und einen Impuls mit einer Ausgangsspannung Vc in Bezug auf sämtliche in einem Setz-Bereich r bis c enthaltene
Setz-Spannungen aus. Daran wird ersichtlich, dass die aus dem Impulsgenerator 3 ausgegebene
Spannung durch einen Setz-Spannungs-Auflösungsfehler beeinträchtigt wird.
-
Deshalb
kann zur Minimierung des Einflusses des Setz-Spannungs-Auflösungsfehlers
des Impulsgenerators 3 der Computer 11 einen Kalibrierungsvorgang
gemäß 5 durchführen.
-
In
diesem Vorgang werden eine Minimal-Spannung Vset-L
in dem Setz-Bereich r-b, der gemäß 4 eine
gewünschte
Setz-Impulsspannung Vset-K enthält (im Folgenden
wird die Minimal-Spannung Vset-L als "unterer Spannungs-Grenzwert" bezeichnet) und
eine Minimal-Spannung Vset-H in dem Setz-Bereich
r-c, der an die Maximal-Spannung in dem Setz-Bereich r-b angrenzt
(im Folgenden wird die Minimal-Spannung Vset-H
als "oberer Spannungs-Grenzwert" bezeichnet) anstelle
der gewünschten
Impulsspannung Vset-K als Impulsspannungen
gesetzt (in Schritt 101). Wenn die Spannungsbereiche r-a,
r-b und r-c beispielsweise auf 0,1 V gesetzt sind, weisen der Bereich
von Va bis Vb und der
Bereich von Vb bis Vc ebenfalls
0,1 V auf.
-
Der
Bereich des unteren Spannungs-Grenzwerts Vset-L
und eines oberen Spannungs-Grenzwerts Vset-H
enthält
die gewünschte
Impulsspannung Vset-K. Somit werden von dem Impulsgenerator 3 Impulse
am oberen Spannungs-Grenzwert Vset-H und am
unteren Spannungs-Grenzwert Vset-L ausgegeben,
und es werden eine I-U-Charakteristik a und eine I-U-Charakteristik
b gemäß 6 gemessen
(in den Schritten 103 und 105). Eine I-U-Charakteristik c wird
durch Interpolation auf der Basis der I-U-Charakteristiken a und
b und der gewünschten
Setz-Impulsspannung Vset-K berechnet (in
Schritt 107).
-
Die
I-U-Charakteristik c ist einer I-U-Charakteristik analog, die auf
der gewünschten
Impulsspannung Vset-K basiert, d.h. einer
I-U-Charakteristik, die man erhält,
wenn der Impulsgenerator 3 einen Impuls mit der gewünschten
Impulsspannung Vset-K ausgibt. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass die I-U-Charakteristik c von dem Setz-Spannungs-Auflösungsfehlers
des Impulsgenerators 3 weniger beeinträchtigt wird und somit hoch
zuverlässig
ist.
-
Im
Folgenden wird ein Verfahren zur weiteren Verbesserung der Messgenauigkeit
beschrieben. Gemäß 1 ist
bei Betrachtung der T-Vorspannungsverzweigung 5 und des
Oszilloskops 9 aus Blickrichtung des Drains der DUT 1 die
Impedanz (einschließlich
der 50 Ω betragenden
Eingangsimpedanz des Oszilloskops 9) der Last der DUT 1 äquivalent.
In 3 ist diese Lastimpedanz durch eine Last-Linie 15,
angedeutet. Somit wird z. B. selbst dann, wenn die Ausgangsspannung
der DC-Spannungsquelle 7 auf Vdr gesetzt
wird, die tatsächliche Drain-Spannung,
die an die DUT 1 angelegt wird, zu Vd1 (<Vdr),
und zwar aufgrund eines durch die Last-Impedanz verursachten Spannungsabfalls.
-
Folglich
misst das Oszilloskop 9 eine Spannung (Vdr – Vd1), die einem Drain-Strom Id1 entspricht,
d.h. es misst eine Spannung, die einem Drain-Strom Id1 entspricht,
welcher niedriger ist als ein Drain-Strom Idr,
der eigentlich gemessen werden soll.
-
Anzumerken
ist, dass sich die Mess-Spannung des Oszilloskops 9 bei
diesem Ausführungsbeispiel
auf einen Spannungsabfall bezieht, der dadurch verursacht wird,
dass der Drain-Strom Id1 durch die Lastimpedanz
in dem Oszilloskop 9 strömt.
-
In 7 und 8 ist
ein Verfahren veranschaulicht, mit dem das oben beschriebene Problem vermieden
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt,
da der Drain-Strom als eine entsprechende Spannung detektiert wird,
die vertikale Achse in 7 die Mess-Spannung des Oszilloskops 9 an. Der
in 8 veranschaulichte Vorgang wird von dem Computer 11 ausgeführt.
-
Bei
dem Vorgang gemäß 8 wird
zuerst der numerische Wert i (bei dem es sich um eine ganze Zahl
handelt, die gleich 1 oder einer höheren Zahl ist) auf "1" initialisiert (in Schritt 201).
Anschließend wird
an die DC-Spannungsquelle 7 eine Instruktion zum Ausgeben
der Spannung Vdr ausgegeben, und dem Impulsgenerator 3 wird
eine Instruktion dahingehend ausgegeben, dass dem Gate der DUT 1 ein
Impuls mit einer Spannung Vset-r zugeführt wird
(in Schritt 203).
-
Somit
fällt wie
oben beschrieben die Drain-Spannung der DUT 1 auf Vd1 ab, und folglich misst das Oszilloskop 9 eine
Spannungsdifferenz V1 des Spannungsabfalls
(Vdr – Vd1), welche dem Drain-Strom entspricht. Dies
bedeutet, dass das Oszilloskop 9 die dem Drain-Strom entsprechende Spannungsdifferenz
V1 an dem Vorspannnungs-Wert Vd1 misst,
der niedriger ist als die Spannung Vr, welche
bei der vorbestimmten Drain-Vorspannung Vdr gemessen
wird.
-
Somit
wird die von dem Oszilloskop 9 gemessene Spannung V1 gelesen (in Schritt 205). Es wird
eine Spannung Vd1' berechnet, die sich durch das Hinzuaddieren
der Spannung V1 zu der Spannung Vdr ergibt (d.h. Vd1' = Vdr +
V1 = Vdr + (Vdr – Vd1)), und die Instruktion wird an die DC-Spannungsquelle 7 ausgegeben,
so dass diese die Spannung Vd1' ausgibt (in Schritt 207).
-
Wenn
die Spannung Vd1' aus der DC-Spannungsquelle 7 ausgegeben
wird, veranlasst eine auf der oben beschriebenen Impedanz basierende
Last, die durch eine Last-Linie 152 angedeutet
ist, dass die Drain-Spannung der DUT 1 von Vd1' auf Vd2 abfällt. Folglich
wird eine Spannungsdifferenz V2 eines Spannungsabfalls
(Vd1' – Vd2), der dem Drain-Strom entspricht, von dem
Oszilloskop 9 gemessen, und die Spannung V2 wird
gelesen (in Schritt 209).
-
Eine
gerade Linie 161 , die durch einen
Punkt, an dem die Last-Linie 151 eine
I-U-Charakteristik d schneidet, und einen Punkt verläuft, an
dem die Last-Linie 152 eine I-U-Charakteristik d schneidet, wird
durch die nachstehende Gleichung (5) ausgedrückt: Y = {(V2 – V1)/(Vd2 – Vd1)}(x – Vd2) + V2 (5),wobei x
und y in 7 die vertikale Achse bzw. die horizontale
Achse angeben.
-
In
Gleichung (5) kann unter Verwendung von Vdr und
V1, die bekannt sind, Vd1 durch
den Ausdruck Vd1 = Vdr – V1 bestimmt
werden. Unter Verwendung der bekannten Elemente Vd1' und V2 kann
Vd2 bestimmt werden durch den Ausdruck Vd2 = Vdr' – V2. Somit
wird in der obigen Gleichung (5) ein Wert V1' von y für x =Vdr berechnet, und der Wert V1' wird in einer Speichereinheit
gespeichert (in Schritt 211).
-
Als
nächstes
wird eine Prüfung
dahingehend vorgenommen, ob i gleich n (z. B. "3")
ist oder nicht (in Schritt 213). An diesem Punkt wird,
da das Ergebnis der in Schritt 213 durchgeführten Prüfung NEIN lautet,
der numeri sche Wert 1 um "1" inkrementiert (in Schritt 217),
und der Vorgang kehrt zu Schritt 207 zurück. Somit
wird eine Spannung Vd2' berechnet, die sich durch Hinzuaddieren
der Spannung V2 zu der Spannung Vdr ergibt (d.h. Vd2' = Vdr +
V2 = Vdr + (Vdr – Vd2), und an die DC-Spannungsquelle 7 wird
eine Instruktion dahingehend ausgegeben, dass die Spannung Vd2' aus
der DC-Spannungsquelle 7 ausgegeben
wird.
-
Wenn
die DC-Spannungsquelle 7 die Spannung Vd2' ausgibt, veranlasst
eine auf der oben beschriebenen Impedanz basierende Last, die durch eine
Last-Linie 153 angedeutet ist, dass die Drain-Spannung
der DUT 1 von Vd2' auf Vd3 abfällt. Folglich
wird eine Spannung V3, die dem Spannungsabfall
(Vd2' – Vd3) entspricht, von dem Oszilloskop 9 gemessen,
und die Spannung V3 wird gelesen (in Schritt 209).
-
Eine
gerade Linie 162 , die durch einen
Punkt, an dem die Last-Linie 152 die
I-U-Charakteristik d schneidet, und einen Punkt verläuft, an
dem die Last-Linie 153 die I-U-Charakteristik d schneidet,
wird durch die nachstehende Gleichung (6) ausgedrückt: Y = [(V3 – V2)/(Vd3 – Vd2)](x – Vd3) + V3 (6)
-
In
dieser Gleichung kann unter Verwendung von Vd2' und V3,
die bekannt sind, Vd3 durch den Ausdruck
Vd3 = Vd2' – V3 bestimmt
werden. In der obigen Gleichung (6) wird ein Wert V2' von y für x = Vdr berechnet, und der Wert V2' wird in der Speichereinheit gespeichert
(in Schritt 211). Anschließend wird festgestellt, on
i gleich n ist oder nicht (in Schritt 213).
-
Da
bei diesem Beispiel das Ergebnis der in Schritt 213 vorgenommenen
Prüfung
JA lautet, wird festgestellt, dass die Spannung, die aus der DC-Spannungsquelle 7 ausgegeben
und der Drain-Spannung Vdr der DUT 1 zugeführt werden soll,
Vd2' ist,
und die Spannung Vd2' wird in der Speichereinheit gespeichert
(in Schritt 215).
-
Als
nächstes
wird unter den n Spannungen die Spannungen Vd1,
Vd2, ... und Vdn,
die man erhält, bis
i die Zahl n erreicht, eine Extrapolation an den letzten beiden
Spannungen Vdnn-1 und Vdn vorgenommen,
um eine Drain-Spannung zu bestimmen, die angelegt werden soll (in
Schritt 219).
-
Der
Punkt, an dem X = Vdr und die in 7 gezeigte
gerade Linie 162 einander schneiden,
zeigt den durch Extrapolation bestimmten Vd-Punkt-Drain-Strom an. In dieser
Weise ermöglicht die
Extrapolation ein präzises
Messen der I-U-Charakteristik, ohne dass der Mess-Durchsatz beeinträchtigt wird.
Durch das Bestimmen der Drain-Spannung wird es wie beschrieben ermöglicht,
den Einfluss des Abfalls der Drain-Spannung auf die Messwerte zu
reduzieren.
-
Obwohl
oben lediglich der Verarbeitungsvorgang zum Bestimmen eines einzigen
Drain-Spannungs-Werts beschrieben wurde, wird der Verarbeitungsvorgang
zum Bestimmen weiterer Drain-Spannungen, die zum Messen einer Ausgangscharakteristik
erforderlich sind, in ähnlicher
Weise durchgeführt.
Obwohl die durch den oben beschriebenen Verarbeitungsvorgang bestimmte
Drain-Spannung (die Ausgangsspannung der DC-Spannungsquelle 7)
bei einer Spannung von Vset-r errechnet
wurde, können Drain-Spannungen
in Bezug auf andere Gate-Impuls-Spannungen mittels Verarbeitungsvorgängen bestimmt
werden, die dem oben beschriebenen Verarbeitungsvorgang ähnlich sind.
-
In
manchen Fällen
werden aufgrund der Charakteristik des Impulsgenerators 3,
der Frequenzcharakteristik des mit dem Ausgang des Impulsgenerators 3 verbundenen
Kabels, der Charakteristik der DUT 1 usw. Impulse mit etwas
verzerrten Wellenformen, wie z. B. Wellenformen mit Überschwingung
und Unterschwingung, in das Gate der DUT 1 eingegeben.
Teil (a) von 9 zeigt einen Gate-Eingangsimpuls,
der eine derart verzerrte Wellenform hat. Wenn der Eingangsimpuls
in dieser Weise verzerrt wird, wird auch die Wellenform eines Ausgangsimpulses,
welcher der vom Oszilloskop 9 gemessenen Drain-Spannung
entspricht, mit einer Verzögerung
h verzerrt, wie in Teil (b) von 9 gezeigt ist.
Ein derartiger Eingangs-/Ausgangs-Impuls variiert – in Abhängigkeit von der Position entlang
der Zeit-Achse – in
seiner Spannung und bildet somit eine Ursache für Messfehler.
-
Deshalb
wird bei diesem Ausführungsbeispiel,
um die Zeitgebung eines Spannungswerts des Eingangs-/Ausgangs-Impulses
zu bestimmen, ein an das Gate der DUT 1 angelegter Impuls
in das Oszilloskop 9 eingegeben, und der Computer 11 führt einen
Verarbeitungsvorgang zum Setzen eines Spannungsdefinierungs-Punkts
P1 durch, welcher einer Impulsbreite τi des Eingangsimpulses
entspricht. Der Punkt P1 wird an einer Stelle
gesetzt, die von der Vorderflanke des Eingangsimpulses zu der Hinterflanke um
ein Verhältnis
R% der Impulsbreite τi
verschoben ist (R% ist ein beliebiger Wert im Bereich von z. B. 50%
bis 90%). Der Punkt P1 wird für die Mess-Zeitsteuerung
einer aus dem Impulsgenerator 3 ausgegebenen Impulsspannung
und einer aus dem AC-Ausgangsanschluss der T-Vorspannungsverzweigung 5 ausgegebenen
Impulsspannung verwendet.
-
Für die tatsächliche
Messung einer Ausgangscharakteristik der DUT 1 wird, da
der oben erwähnte
Gate-Eingangsimpuls an das Gate der DUT 1 angelegt wird,
ein (in Teil (b) in 9 gezeigter) Spannungsimpuls,
der dem Drain-Strom
entspricht, in das Oszilloskop 9 eingegeben.
-
Somit
liest der Computer 11 die Wellenform des Spannungsimpulses
aus dem Oszilloskop 9 und misst die Impulsbreite τ0 dieses
Impulses. Ferner setzt der Computer 11 einen Zeitgebungs-Punkt
P2, der von der Vorderflanke des Spannungsimpulses
zu der Hinterflanke um das Verhältnis
R% der Impulsbreite τ0 verschoben ist, als Spannungsmesspunkt.
-
Somit
wird das Verhältnis
zwischen dem für den
Gate-Eingangsimpuls gesetzten Punkt P1 und dem
Punkt P2, der für den in das Oszilloskop 9 eingegeben
Spannungsimpuls gesetzt ist, hergestellt. Folglich erfasst der Computer 11 die
Spannung an dem Punkt P2 für den Spannungsimpuls
zur Verwendung als diejenige Spannung, die den Drain-Strom der DUT 1 angibt.
-
Wie
oben beschrieben wird bei diesem Ausführungsbeispiel, da das Verhältnis zwischen
dem Punkt P1 für den Gate-Eingangsimpuls und
den Punkt P2 für den dem Drain-Strom entsprechenden Spannungsimpuls
selbst bei Auftreten der Verzerrung beibehalten wird, die Messgenauigkeit
der Ausgangscharakteristik der DUT 1 verbessert.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, wird Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich sein,
dass verschiedenartige Änderungen
und Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise
kann es sich bei der Anzahl n von Wiederholungen, die in Schritt 213 gemäß 8 bestimmt
werden, auch um eine von 3 abweichende Anzahl handeln. Als oberer
Grenzwert und unterer Grenzwert zum Kalibrieren von Vset des
Impulsgenerators 3 können
verschiedene Spannungswerte verwendet werden, die im Bereich der Setz-Spannung Vset ein Spannungsdifferential erzeugen, das
der Auflösung
gleicht oder größer als
diese ist.