JP2943474B2 - 波形解析方法 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
- G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2648—Characterising semiconductor materials
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- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
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- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガリウム砒素等の半導
体基板で作製したトランジスタ，ダイオード等のデバイ
スにおいて、そのデバイス中あるいは、その近傍の基板
中に存在する深い準位の評価に関するものである。
体基板で作製したトランジスタ，ダイオード等のデバイ
スにおいて、そのデバイス中あるいは、その近傍の基板
中に存在する深い準位の評価に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガリウム砒素（ＧａＡｓ）をはじめとす
る半導体を用いたトランジスタ，ダイオード等において
は、半導体基板中あるいは、基板表面に存在する、禁制
帯中の深い準位がキャリア（電子または正孔）を捕獲あ
るいは放出することにより、デバイスの特性に、多様な
寄生効果が生じることが知られている。
る半導体を用いたトランジスタ，ダイオード等において
は、半導体基板中あるいは、基板表面に存在する、禁制
帯中の深い準位がキャリア（電子または正孔）を捕獲あ
るいは放出することにより、デバイスの特性に、多様な
寄生効果が生じることが知られている。
【０００３】例えば、デバイスの導電領域中の深い準位
の存在により、深い準位へのキャリアの捕獲放出が起こ
り、デバイスを流れる電流や接合容量，しきい値電圧等
の時間応答の遅れが見られる場合がある。
の存在により、深い準位へのキャリアの捕獲放出が起こ
り、デバイスを流れる電流や接合容量，しきい値電圧等
の時間応答の遅れが見られる場合がある。
【０００４】深い準位へのキャリアの捕獲放出のうち、
キャリア捕獲はその時点での自由キャリア濃度に依存す
るものであり、解析が難しい。他方、深い準位からのキ
ャリア放出は通常、遷移先の自由キャリア濃度が実効状
態密度に比べて相当低いので、自由キャリア濃度には拘
束されない。そのとき、単位時間あたりの深い準位から
のキャリア放出量と深い準位に残っているキャリア量と
の比、すなわち放出率は一定となり、深い準位に残って
いるキャリア量は時間に対して指数関数的に減少する。
キャリア捕獲はその時点での自由キャリア濃度に依存す
るものであり、解析が難しい。他方、深い準位からのキ
ャリア放出は通常、遷移先の自由キャリア濃度が実効状
態密度に比べて相当低いので、自由キャリア濃度には拘
束されない。そのとき、単位時間あたりの深い準位から
のキャリア放出量と深い準位に残っているキャリア量と
の比、すなわち放出率は一定となり、深い準位に残って
いるキャリア量は時間に対して指数関数的に減少する。
【０００５】このキャリア放出量と電流変化量が比例す
れば、電流等の変化も指数関数的となる。そのときの、
深い準位の保持しているキャリア量変化、あるいは電流
等の変化を示す指数関数の形は、放出率をｅn とすれ
ば、
れば、電流等の変化も指数関数的となる。そのときの、
深い準位の保持しているキャリア量変化、あるいは電流
等の変化を示す指数関数の形は、放出率をｅn とすれ
ば、
【０００６】
【数１】
【０００７】に比例する。放出率ｅn 自身は、温度に対
しての依存性をもち、例えばキャリアが電子の場合は簡
単な次の数式になる。
しての依存性をもち、例えばキャリアが電子の場合は簡
単な次の数式になる。
【０００８】
【数２】
【０００９】ここでＮC は電子の実効状態密度であり温
度Ｔの３／２乗に比例し、ｖthは電子の熱速度であり温
度Ｔの１／２乗に比例する。従ってキャリア放出率は、
温度Ｔに対して（−１／Ｔ）の指数関数とＴ2 との積と
しての依存性を持つ。式でのＥT は深い準位の活性化
エネルギー、σn は捕獲断面積を表す。また、キャリア
が正孔の場合も同様の関係式が成り立つ。これらのパラ
メータを求めるには、まず式に従って電流応答等の波
形を解析して、ある温度での放出率ｅn を求め、その温
度依存性を式にあてはめＥT とσn を得るという手順
をふむこととなる。
度Ｔの３／２乗に比例し、ｖthは電子の熱速度であり温
度Ｔの１／２乗に比例する。従ってキャリア放出率は、
温度Ｔに対して（−１／Ｔ）の指数関数とＴ2 との積と
しての依存性を持つ。式でのＥT は深い準位の活性化
エネルギー、σn は捕獲断面積を表す。また、キャリア
が正孔の場合も同様の関係式が成り立つ。これらのパラ
メータを求めるには、まず式に従って電流応答等の波
形を解析して、ある温度での放出率ｅn を求め、その温
度依存性を式にあてはめＥT とσn を得るという手順
をふむこととなる。
【００１０】ところで実際の式のような指数関数特性
から、温度Ｔと放出率ｅn の関係づけを求めるには従
来、ＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅ
ｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）と呼ばれる方法や、Ｉ
ＣＴＳ（Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃ
ｅ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）
と呼ばれる方法があった。
から、温度Ｔと放出率ｅn の関係づけを求めるには従
来、ＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅ
ｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）と呼ばれる方法や、Ｉ
ＣＴＳ（Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃ
ｅ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）
と呼ばれる方法があった。
【００１１】ＩＣＴＳ法は図１５のように、温度Ｔを設
定条件として、その温度での放出率ｅn を求める方法で
ある。ある温度Ｔにおいて、ステップ入力を与えた時刻
から応答波形を記録し続け、ｔ秒後の微分係数とｔとの
積の値の極大となるところ（ピーク）のｔmax を捜し
て、そのｔmax の逆数を放出率ｅn とするものである。
定条件として、その温度での放出率ｅn を求める方法で
ある。ある温度Ｔにおいて、ステップ入力を与えた時刻
から応答波形を記録し続け、ｔ秒後の微分係数とｔとの
積の値の極大となるところ（ピーク）のｔmax を捜し
て、そのｔmax の逆数を放出率ｅn とするものである。
【００１２】一方ＤＬＴＳ法は図１６のように、放出率
ｅn を設定条件として、その放出率ｅn を達成する温度
Ｔを求める方法である。実際には、ある時間窓ｔw （＝
１／ｅn ）を設定して、その時間での応答波形の微分係
数とｔとの積を温度Ｔを変えつつ記録し、前記の積の信
号が極大となるところ（ピーク）の温度ｔmax を捜すも
のである。
ｅn を設定条件として、その放出率ｅn を達成する温度
Ｔを求める方法である。実際には、ある時間窓ｔw （＝
１／ｅn ）を設定して、その時間での応答波形の微分係
数とｔとの積を温度Ｔを変えつつ記録し、前記の積の信
号が極大となるところ（ピーク）の温度ｔmax を捜すも
のである。
【００１３】従来は、ＩＣＴＳの場合もＤＬＴＳの場合
も、設定条件をさらに複数、変化させることにより（Ｉ
ＣＴＳの場合は温度Ｔを、ＤＬＴＳの場合は時間窓ｔw
を）、放出率ｅn と温度Ｔとの関係をつかみ、式を用
いることにより、深い準位のパラメータを得てきた。最
後に、こうして得られたパラメータ（ＥT とσn 等）を
文献と比較して、深い準位の同定を行ってきた。
も、設定条件をさらに複数、変化させることにより（Ｉ
ＣＴＳの場合は温度Ｔを、ＤＬＴＳの場合は時間窓ｔw
を）、放出率ｅn と温度Ｔとの関係をつかみ、式を用
いることにより、深い準位のパラメータを得てきた。最
後に、こうして得られたパラメータ（ＥT とσn 等）を
文献と比較して、深い準位の同定を行ってきた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来からのＤＬＴＳや
ＩＣＴＳ測定は、条件の設定とピーク位置の決定温度掃
引を複数回繰り返す必要があり、煩雑なものであった。
ＩＣＴＳ測定は、条件の設定とピーク位置の決定温度掃
引を複数回繰り返す必要があり、煩雑なものであった。
【００１５】どちらの方法の場合も応答波形が指数関数
的であると仮定してスペクトルの極値（ピーク）をまず
求めなければならない。このことは、測定されるデバイ
スが非常に明確な、単一の深い準位を含んでいる場合に
は、容易なことであるが、準位が複数含まれている場
合、あるいは、ピークが明瞭でなく広がっている場合に
は、それほどたやすいものではない。設定条件の異なる
測定スペクトルから、活性化エネルギー等を求めるに
は、それらの間でのピークの対応づけを間違いなく行う
必要があった。実際、これらの要因により、式から、
深い準位のエネルギーを求めると、そこに大きな誤差
（例えば０．２ｅＶにも達するような）をもたらすこと
さえあり、深い準位の誤った同定が行われる場合もあっ
た。
的であると仮定してスペクトルの極値（ピーク）をまず
求めなければならない。このことは、測定されるデバイ
スが非常に明確な、単一の深い準位を含んでいる場合に
は、容易なことであるが、準位が複数含まれている場
合、あるいは、ピークが明瞭でなく広がっている場合に
は、それほどたやすいものではない。設定条件の異なる
測定スペクトルから、活性化エネルギー等を求めるに
は、それらの間でのピークの対応づけを間違いなく行う
必要があった。実際、これらの要因により、式から、
深い準位のエネルギーを求めると、そこに大きな誤差
（例えば０．２ｅＶにも達するような）をもたらすこと
さえあり、深い準位の誤った同定が行われる場合もあっ
た。
【００１６】本発明の目的は、上述したような、深い準
位の測定，同定を確実かつ正確かつ迅速に行うことを可
能とする、デバイスの応答波形解析方法を提供する。。
位の測定，同定を確実かつ正確かつ迅速に行うことを可
能とする、デバイスの応答波形解析方法を提供する。。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の波形解析方法
は、半導体デバイスの任意の端子へのステップ入力に対
し、前記半導体デバイスの任意の端子の特性が時間応答
波形を示す場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過
後における応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、
複数の温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔ
の逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第
３軸を前記時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に
表示することを特徴とする。
は、半導体デバイスの任意の端子へのステップ入力に対
し、前記半導体デバイスの任意の端子の特性が時間応答
波形を示す場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過
後における応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、
複数の温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔ
の逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第
３軸を前記時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に
表示することを特徴とする。
【００１８】また本発明の波形解析方法は、ダイオード
あるいはトランジスタの基板端子をも含む任意端子に対
してのステップ電圧入力に対し、前記ダイオードあるい
はトランジスタの任意の端子の電流値が時間応答波形を
示す場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過後にお
ける応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、複数の
温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔの逆
数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第３軸
を前記時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に表示
することを特徴とする。
あるいはトランジスタの基板端子をも含む任意端子に対
してのステップ電圧入力に対し、前記ダイオードあるい
はトランジスタの任意の端子の電流値が時間応答波形を
示す場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過後にお
ける応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、複数の
温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔの逆
数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第３軸
を前記時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に表示
することを特徴とする。
【００１９】また本発明の波形解析方法は、ダイオード
あるいはトランジスタの基板端子をも含む任意端子に対
してのステップ電圧入力に対し、前記ダイオードあるい
はトランジスタの任意の２端子間の容量値が時間応答波
形を示す場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過後
における応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、複
数の温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔの
逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第３
軸を前記時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に表
示することを特徴とする。
あるいはトランジスタの基板端子をも含む任意端子に対
してのステップ電圧入力に対し、前記ダイオードあるい
はトランジスタの任意の２端子間の容量値が時間応答波
形を示す場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過後
における応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、複
数の温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔの
逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第３
軸を前記時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に表
示することを特徴とする。
【００２０】さらに本発明の波形解析方法は、ダイオー
ドあるいはトランジスタの基板端子をも含む任意端子Ａ
に対してのステップ電圧入力に対し、前記ダイオードあ
るいはトランジスタの任意端子電流を特定値に保つため
の前記端子Ａ以外の端子の電圧値が時間応答波形を示す
場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過後における
応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、複数の温度
Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔの逆数、第
２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第３軸を前記
時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に表示するこ
とを特徴とする。
ドあるいはトランジスタの基板端子をも含む任意端子Ａ
に対してのステップ電圧入力に対し、前記ダイオードあ
るいはトランジスタの任意端子電流を特定値に保つため
の前記端子Ａ以外の端子の電圧値が時間応答波形を示す
場合において、ステップ時刻から時間ｔ経過後における
応答波形の時間微分と時間ｔとの積の値を、複数の温度
Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸が温度Ｔの逆数、第
２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の対数、第３軸を前記
時間微分と時間ｔとの積として、３次元的に表示するこ
とを特徴とする。
【００２１】
【作用】あるデバイスに図２のようなステップ状に変化
する電圧を入力したとき、そのデバイスの電流その他の
特性が、深い準位からのキャリア放出により変化する場
合には、その応答特性は時間ｔに対して
する電圧を入力したとき、そのデバイスの電流その他の
特性が、深い準位からのキャリア放出により変化する場
合には、その応答特性は時間ｔに対して
【００２２】
【数３】
【００２３】のようになる。この場合に、ｔで微分をと
って、さらにｔをかけると
って、さらにｔをかけると
【００２４】
【数４】
【００２５】となり、これはｅn ｔ＝１のときに、極値
（ピーク）をとる。すなわち、式の値がピークとなる
時間ｔは
（ピーク）をとる。すなわち、式の値がピークとなる
時間ｔは
【００２６】
【数５】
【００２７】である。ところでｅn は式の前後でも述
べたように温度Ｔと次のような関係式で結ばれる。
べたように温度Ｔと次のような関係式で結ばれる。
【００２８】
【数６】
【００２９】ここでＣ1 は定数であり、ＮC ｖthσn に
等しい。従って式と式より次のようになる。
等しい。従って式と式より次のようになる。
【００３０】
【数７】
【００３１】ここでＣ2 は定数であり、−ｌｏｇ（ＮC
ｖthσn ）に等しい。
ｖthσn ）に等しい。
【００３２】これはｔmax とＴとの関係を示すものであ
り、図３のように軸を、第１軸（ｘ軸）に１／Ｔ、第２
軸（ｙ軸）にｌｏｇ（ｔＴ2 ）をとると、その平面上で
ｔmax に対応する点は直線にのるはずである。
り、図３のように軸を、第１軸（ｘ軸）に１／Ｔ、第２
軸（ｙ軸）にｌｏｇ（ｔＴ2 ）をとると、その平面上で
ｔmax に対応する点は直線にのるはずである。
【００３３】ところで図１のように、測定で得られた
式の値を第３軸（ｚ軸）として、ｔとＴが対応する第１
軸と第２軸の値を持つ点に、３次元的にプロットしてい
くと式の極値は尾根となって連なって識別されるはず
である。複数の種類の深い準位はそれぞれ、別の尾根に
対応する。過去の文献で得られる深い準位のＥT とσn
等の値にもとづいて、第１軸と第２軸が作る平面上に書
き込んだ式に対応した直線と比較することにより、こ
れらの尾根の対応する深い準位は容易に同定できる。
式の値を第３軸（ｚ軸）として、ｔとＴが対応する第１
軸と第２軸の値を持つ点に、３次元的にプロットしてい
くと式の極値は尾根となって連なって識別されるはず
である。複数の種類の深い準位はそれぞれ、別の尾根に
対応する。過去の文献で得られる深い準位のＥT とσn
等の値にもとづいて、第１軸と第２軸が作る平面上に書
き込んだ式に対応した直線と比較することにより、こ
れらの尾根の対応する深い準位は容易に同定できる。
【００３４】
【実施例】まず、デバイスの特性で時間応答するものが
電流である例を図４から図１０に示す。
電流である例を図４から図１０に示す。
【００３５】図４は、波形解析方法を実施する機器構成
を示したものである。二重線で囲った部分３２は、被測
定デバイスと、電流，容量等の特性を電圧に変換する回
路をまとめて示したものである。被測定デバイス等の部
分３２にステップ電圧発生器３１から、ステップ電圧入
力を与え、その応答の波形電圧をアナログ−ディジタル
変換器３３で数値化して、計算機３４にとりこむ。被測
定デバイス部分３２は温度調節器３６により温度が制御
されており、その温度設定値は計算機３４から数値で渡
される。またステップ電圧発生器３１には電圧ステップ
発生を指示する開始信号が計算機３４から送られる。計
算機３４には、図形表示部３５が接続されており、ここ
に解析結果が３次元的に表示される。
を示したものである。二重線で囲った部分３２は、被測
定デバイスと、電流，容量等の特性を電圧に変換する回
路をまとめて示したものである。被測定デバイス等の部
分３２にステップ電圧発生器３１から、ステップ電圧入
力を与え、その応答の波形電圧をアナログ−ディジタル
変換器３３で数値化して、計算機３４にとりこむ。被測
定デバイス部分３２は温度調節器３６により温度が制御
されており、その温度設定値は計算機３４から数値で渡
される。またステップ電圧発生器３１には電圧ステップ
発生を指示する開始信号が計算機３４から送られる。計
算機３４には、図形表示部３５が接続されており、ここ
に解析結果が３次元的に表示される。
【００３６】図５は図４の部分３２を具体的に書いたも
のであり、被測定デバイスと周辺の回路である。これは
デバイスがＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で、時間応
答する特性が電流である例である。ＦＥＴ１のゲート端
子１２にステップ電圧入力を加えたときにＦＥＴのソー
ス電流が示す時間応答波形を解析するものである。これ
は通常、ゲートラグと呼ばれる現象を評価することとな
る。ソース端子１１には、一定の電圧を印加した状態で
の電流変化を電圧変化に変換するために演算増幅器２を
接続している。ここでは、演算増幅器２の非反転入力端
子２１を接地し、反転入力端子２２に被測定ＦＥＴ１の
ソース端子１１を接続し、また、演算増幅器２の出力端
子２３を抵抗３を経由してＦＥＴのソース端子１１に接
続している。ドレイン端子１３と、基板端子１４は一定
電位に保たれている。この時、端子２３にはソース端子
１１の電流に比例した電圧波形が現れる。
のであり、被測定デバイスと周辺の回路である。これは
デバイスがＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で、時間応
答する特性が電流である例である。ＦＥＴ１のゲート端
子１２にステップ電圧入力を加えたときにＦＥＴのソー
ス電流が示す時間応答波形を解析するものである。これ
は通常、ゲートラグと呼ばれる現象を評価することとな
る。ソース端子１１には、一定の電圧を印加した状態で
の電流変化を電圧変化に変換するために演算増幅器２を
接続している。ここでは、演算増幅器２の非反転入力端
子２１を接地し、反転入力端子２２に被測定ＦＥＴ１の
ソース端子１１を接続し、また、演算増幅器２の出力端
子２３を抵抗３を経由してＦＥＴのソース端子１１に接
続している。ドレイン端子１３と、基板端子１４は一定
電位に保たれている。この時、端子２３にはソース端子
１１の電流に比例した電圧波形が現れる。
【００３７】図６には、計算機３４で実行されるプログ
ラムの流れを示す。測定の温度ＴはＴS からＴE の範囲
でΔＴおきに設定される。各温度Ｔでステップ入力電圧
を発生させた後、応答波形を二次元配列Ｉ（Ｔ，ｔ）に
記憶する。ｔはステップからの経過時間である。測定が
すべて終了した後、Ｉ（Ｔ，ｔ）のｔに関する微分操作
とそれとｔとの積をとることを、すべてのＴとｔについ
て行い、やはり二次元配列Ｓ（Ｔ，ｔ）に代入してお
く。そして最後に第１軸（ｘ軸）を１／Ｔ、第２軸（ｙ
軸）をｌｏｇ（ｔＴ2 ）、第３軸（ｚ軸）を先ほどのＳ
（Ｔ，ｔ）として、３次元的に表示する。
ラムの流れを示す。測定の温度ＴはＴS からＴE の範囲
でΔＴおきに設定される。各温度Ｔでステップ入力電圧
を発生させた後、応答波形を二次元配列Ｉ（Ｔ，ｔ）に
記憶する。ｔはステップからの経過時間である。測定が
すべて終了した後、Ｉ（Ｔ，ｔ）のｔに関する微分操作
とそれとｔとの積をとることを、すべてのＴとｔについ
て行い、やはり二次元配列Ｓ（Ｔ，ｔ）に代入してお
く。そして最後に第１軸（ｘ軸）を１／Ｔ、第２軸（ｙ
軸）をｌｏｇ（ｔＴ2 ）、第３軸（ｚ軸）を先ほどのＳ
（Ｔ，ｔ）として、３次元的に表示する。
【００３８】図１には、図形表示部３５に出力される図
形を示す。図中で第１軸方向につながっている曲線の１
本１本は、従来のＤＬＴＳに相当するが、これらも本発
明の装置のように３次元的に表示されることにより、ピ
ークの位置の挙動が非常に明確になる。また図１に相当
する情報は図７のように等高線で表示してもよい。図７
は、２種類の深い準位に相当する結果であり、２本の尾
根が表示されている。
形を示す。図中で第１軸方向につながっている曲線の１
本１本は、従来のＤＬＴＳに相当するが、これらも本発
明の装置のように３次元的に表示されることにより、ピ
ークの位置の挙動が非常に明確になる。また図１に相当
する情報は図７のように等高線で表示してもよい。図７
は、２種類の深い準位に相当する結果であり、２本の尾
根が表示されている。
【００３９】図８に示したものは図５と同じく、被測定
デバイスと周辺の測定回路である。これはＦＥＴ１の基
板端子１４にステップ電圧入力を加えたときにソース電
流が示す時間応答波形を解析するものである。これは通
常、サイドゲート効果と呼ばれる現象の時間応答を評価
することとなる。ソース端子１１には、一定の電圧を印
加した状態での電流変化を電圧変化に変換するために演
算増幅器２を接続している。ここでは、演算増幅器２の
非反転入力端子２１を接地し、反転入力端子２２に被測
定ＦＥＴのソース端子１１を接続し、また、演算増幅器
の出力端子２３を抵抗３を経由してＦＥＴのソース端子
１１に接続している。ドレイン端子１３と、ゲート端子
１２は一定電位に保たれている。この時、端子２３には
ソース端子１１の電流に比例した電圧波形が現れる。図
８の測定回路を図４の機器構成に組み込み、図６のプロ
グラムに従って測定と計算を行い、図１のように３次元
表示をすることができる。
デバイスと周辺の測定回路である。これはＦＥＴ１の基
板端子１４にステップ電圧入力を加えたときにソース電
流が示す時間応答波形を解析するものである。これは通
常、サイドゲート効果と呼ばれる現象の時間応答を評価
することとなる。ソース端子１１には、一定の電圧を印
加した状態での電流変化を電圧変化に変換するために演
算増幅器２を接続している。ここでは、演算増幅器２の
非反転入力端子２１を接地し、反転入力端子２２に被測
定ＦＥＴのソース端子１１を接続し、また、演算増幅器
の出力端子２３を抵抗３を経由してＦＥＴのソース端子
１１に接続している。ドレイン端子１３と、ゲート端子
１２は一定電位に保たれている。この時、端子２３には
ソース端子１１の電流に比例した電圧波形が現れる。図
８の測定回路を図４の機器構成に組み込み、図６のプロ
グラムに従って測定と計算を行い、図１のように３次元
表示をすることができる。
【００４０】図９に示したものは図５と同じく、被測定
デバイスと周辺の測定回路である。これはＦＥＴ１のド
レイン端子１３にステップ電圧入力を加えたときにソー
ス電流が示す時間応答波形を解析するものである。これ
は通常、ドレインラグと呼ばれる現象の時間応答を評価
することとなる。ソース端子１１には、一定の電圧を印
加した状態での電流変化を電圧変化に変換するために演
算増幅器２を接続している。ここでは、演算増幅器２の
非反転入力端子２１を接地し、反転入力端子２２に被測
定ＦＥＴのソース端子１１を接続し、また、演算増幅器
２の出力端子２３を抵抗３を経由してＦＥＴのソース端
子１１に接続している。入力されるステップ電圧は、バ
ッファーとして用いられる演算増幅器５を介してドレイ
ン端子１３に接続されており、ゲート端子１２と基板端
子１４は一定電位に保たれている。この時、端子２３に
はソース端子１１の電流に比例した電圧波形が現れる。
図９の測定回路を図４の機器構成に組み込み、図６のプ
ログラムに従って測定と計算を行い、やはり図１のよう
に３次元表示をすることができる。
デバイスと周辺の測定回路である。これはＦＥＴ１のド
レイン端子１３にステップ電圧入力を加えたときにソー
ス電流が示す時間応答波形を解析するものである。これ
は通常、ドレインラグと呼ばれる現象の時間応答を評価
することとなる。ソース端子１１には、一定の電圧を印
加した状態での電流変化を電圧変化に変換するために演
算増幅器２を接続している。ここでは、演算増幅器２の
非反転入力端子２１を接地し、反転入力端子２２に被測
定ＦＥＴのソース端子１１を接続し、また、演算増幅器
２の出力端子２３を抵抗３を経由してＦＥＴのソース端
子１１に接続している。入力されるステップ電圧は、バ
ッファーとして用いられる演算増幅器５を介してドレイ
ン端子１３に接続されており、ゲート端子１２と基板端
子１４は一定電位に保たれている。この時、端子２３に
はソース端子１１の電流に比例した電圧波形が現れる。
図９の測定回路を図４の機器構成に組み込み、図６のプ
ログラムに従って測定と計算を行い、やはり図１のよう
に３次元表示をすることができる。
【００４１】図１０に示したものは図５と同じく、被測
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ダイオードの場合で、ダイオード４のアノード端子４２
にステップ電圧入力を加えたときにカソード端子の電流
が示す時間応答波形を解析するものである。カソード端
子４１には、一定の電圧を印加した状態での電流変化を
電圧変化に変換するために演算増幅器２を接続してい
る。ここでは、演算増幅器２の非反転入力端子２１を接
地し、反転入力端子２２に被測定ダイオード４のカソー
ド端子４１を接続し、また、演算増幅器２の出力端子２
３を抵抗３を経由してダイオードのカソード端子４１に
接続している。入力されるステップ電圧は、バッファー
として用いられる演算増幅器５を介してアノード端子４
２に接続されている。この時、端子２３にはカソード端
子４１の電流に比例した電圧波形が現れる。図１０の測
定回路を図４の機器構成に組み込み、図６のプログラム
に従って測定と計算を行い、やはり図１のように３次元
表示をすることができる。
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ダイオードの場合で、ダイオード４のアノード端子４２
にステップ電圧入力を加えたときにカソード端子の電流
が示す時間応答波形を解析するものである。カソード端
子４１には、一定の電圧を印加した状態での電流変化を
電圧変化に変換するために演算増幅器２を接続してい
る。ここでは、演算増幅器２の非反転入力端子２１を接
地し、反転入力端子２２に被測定ダイオード４のカソー
ド端子４１を接続し、また、演算増幅器２の出力端子２
３を抵抗３を経由してダイオードのカソード端子４１に
接続している。入力されるステップ電圧は、バッファー
として用いられる演算増幅器５を介してアノード端子４
２に接続されている。この時、端子２３にはカソード端
子４１の電流に比例した電圧波形が現れる。図１０の測
定回路を図４の機器構成に組み込み、図６のプログラム
に従って測定と計算を行い、やはり図１のように３次元
表示をすることができる。
【００４２】次に、デバイスの特性で時間応答するもの
が容量である例を図１１，図１２に示す。
が容量である例を図１１，図１２に示す。
【００４３】図１１に示したものは図５と同じく、被測
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ダイオードの場合で、ダイオード４のアノード端子４２
にステップ電圧入力を加えたときにアノード・カソード
端子間の容量が示す時間応答波形を解析するものであ
る。カソード端子４１には、一定の電圧を印加した状態
での電流変化を電圧変化に変換するために演算増幅器２
を接続している。ここでは、演算増幅器２の非反転入力
端子２１を接地し、反転入力端子２２に被測定ダイオー
ドのカソード端子４１を接続し、また、演算増幅器２の
出力端子２３を抵抗３を経由してダイオードのカソード
端子４１に接続している。入力されるステップ電圧は、
演算増幅器５で発振器６からの交流信号（１ＭＨｚ程
度）を加算した後、アノード端子４２に供給される。こ
の時、端子２３にはカソード端子４１の電流に比例した
電圧波形が現れる。発振器６の交流信号の位相を移相器
７で９０度ずらした信号を用いて、端子２３の信号を検
波器８で位相検波し、さらに、ローパスフィルター９
（１００ｋＨｚ程度の遮断周波数）を通すことにより、
アノード・カソード間の容量に比例した電圧出力を得る
ことができる。図１１の測定回路を図４の機器構成に組
み込み、図６のプログラムに従って測定と計算を行い、
やはり図１のように３次元表示をすることができる。
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ダイオードの場合で、ダイオード４のアノード端子４２
にステップ電圧入力を加えたときにアノード・カソード
端子間の容量が示す時間応答波形を解析するものであ
る。カソード端子４１には、一定の電圧を印加した状態
での電流変化を電圧変化に変換するために演算増幅器２
を接続している。ここでは、演算増幅器２の非反転入力
端子２１を接地し、反転入力端子２２に被測定ダイオー
ドのカソード端子４１を接続し、また、演算増幅器２の
出力端子２３を抵抗３を経由してダイオードのカソード
端子４１に接続している。入力されるステップ電圧は、
演算増幅器５で発振器６からの交流信号（１ＭＨｚ程
度）を加算した後、アノード端子４２に供給される。こ
の時、端子２３にはカソード端子４１の電流に比例した
電圧波形が現れる。発振器６の交流信号の位相を移相器
７で９０度ずらした信号を用いて、端子２３の信号を検
波器８で位相検波し、さらに、ローパスフィルター９
（１００ｋＨｚ程度の遮断周波数）を通すことにより、
アノード・カソード間の容量に比例した電圧出力を得る
ことができる。図１１の測定回路を図４の機器構成に組
み込み、図６のプログラムに従って測定と計算を行い、
やはり図１のように３次元表示をすることができる。
【００４４】図１２に示したものは図５と同じく、被測
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ＦＥＴの場合で、ＦＥＴ１のゲート端子１２にステップ
電圧入力を加えたときにゲート・ソース端子間の容量が
示す時間応答波形を解析するものである。ソース端子１
１には、一定の電圧を印加した状態での電流変化を電圧
変化に変換するために演算増幅器２を接続している。こ
こでは、演算増幅器２の非反転入力端子２１を接地し、
反転入力端子２２に被測定ＦＥＴのソース端子１１を接
続し、また、演算増幅器２の出力端子２３を抵抗３を経
由してＦＥＴのソース端子１１に接続している。入力さ
れるステップ電圧は、演算増幅器５で発振器６からの交
流信号（１ＭＨｚ程度）を加算した後、ゲート端子１２
に供給される。この時、端子２３にはソース端子１１の
電流に比例した電圧波形が現れる。発振器６の交流信号
の位相を移相器７で９０度ずらした信号を用いて、端子
２３の信号を検波器８で位相検波し、さらに、ローパス
フィルター（１００ｋＨｚ）を通すことにより、ゲート
・ソース間の容量に比例した電圧出力を得ることができ
る。図１２の測定回路を図４の機器構成に組み込み、図
６のプログラムに従って測定と計算を行い、やはり図１
のように３次元表示をすることができる。
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ＦＥＴの場合で、ＦＥＴ１のゲート端子１２にステップ
電圧入力を加えたときにゲート・ソース端子間の容量が
示す時間応答波形を解析するものである。ソース端子１
１には、一定の電圧を印加した状態での電流変化を電圧
変化に変換するために演算増幅器２を接続している。こ
こでは、演算増幅器２の非反転入力端子２１を接地し、
反転入力端子２２に被測定ＦＥＴのソース端子１１を接
続し、また、演算増幅器２の出力端子２３を抵抗３を経
由してＦＥＴのソース端子１１に接続している。入力さ
れるステップ電圧は、演算増幅器５で発振器６からの交
流信号（１ＭＨｚ程度）を加算した後、ゲート端子１２
に供給される。この時、端子２３にはソース端子１１の
電流に比例した電圧波形が現れる。発振器６の交流信号
の位相を移相器７で９０度ずらした信号を用いて、端子
２３の信号を検波器８で位相検波し、さらに、ローパス
フィルター（１００ｋＨｚ）を通すことにより、ゲート
・ソース間の容量に比例した電圧出力を得ることができ
る。図１２の測定回路を図４の機器構成に組み込み、図
６のプログラムに従って測定と計算を行い、やはり図１
のように３次元表示をすることができる。
【００４５】最後に、デバイスの特性で時間応答するも
のが、任意端子の電流を特定値に保つための、ある端子
の電圧値である例を図１３，図１４に示す。
のが、任意端子の電流を特定値に保つための、ある端子
の電圧値である例を図１３，図１４に示す。
【００４６】図１３に示したものは図５と同じく、被測
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ＦＥＴの場合で、ＦＥＴ１の基板端子１４にステップ電
圧入力を加えたときにＦＥＴのしきい値電圧、すなわち
ドレイン電流をある一定のカットオフレベルにするゲー
ト電圧が示す時間応答波形を解析するものである。ＦＥ
Ｔのドレイン端子１３には、抵抗３を介して、一定の電
圧が印加されている。さらにドレイン端子１３には、ド
レイン端子電圧の変動、すなわちドレイン電流の変動を
モニタしてゲート電圧をしきい値電圧に調節するための
演算増幅器２を接続している。ここでは、演算増幅器２
の非反転入力端子２１をドレイン端子に接続し、反転入
力端子２２にドレイン電圧を規定する一定電圧を与え、
演算増幅器２の出力端子２３をＦＥＴのゲート端子１２
に接続している。端子２３の出力電圧はＦＥＴのしきい
値電圧そのものとなる。ここでＦＥＴのしきい値電圧を
規定するドレイン電流値（カットオフレベル）をＩ1 と
し、電源２５の起電力をＶ1 とすれば、抵抗３の値はＶ
1 ／Ｉ1 となる。図１３の測定回路を図４の機器構成に
組み込み、図６のプログラムに従って測定と計算を行
い、やはり図１のように３次元表示をすることができ
る。
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ＦＥＴの場合で、ＦＥＴ１の基板端子１４にステップ電
圧入力を加えたときにＦＥＴのしきい値電圧、すなわち
ドレイン電流をある一定のカットオフレベルにするゲー
ト電圧が示す時間応答波形を解析するものである。ＦＥ
Ｔのドレイン端子１３には、抵抗３を介して、一定の電
圧が印加されている。さらにドレイン端子１３には、ド
レイン端子電圧の変動、すなわちドレイン電流の変動を
モニタしてゲート電圧をしきい値電圧に調節するための
演算増幅器２を接続している。ここでは、演算増幅器２
の非反転入力端子２１をドレイン端子に接続し、反転入
力端子２２にドレイン電圧を規定する一定電圧を与え、
演算増幅器２の出力端子２３をＦＥＴのゲート端子１２
に接続している。端子２３の出力電圧はＦＥＴのしきい
値電圧そのものとなる。ここでＦＥＴのしきい値電圧を
規定するドレイン電流値（カットオフレベル）をＩ1 と
し、電源２５の起電力をＶ1 とすれば、抵抗３の値はＶ
1 ／Ｉ1 となる。図１３の測定回路を図４の機器構成に
組み込み、図６のプログラムに従って測定と計算を行
い、やはり図１のように３次元表示をすることができ
る。
【００４７】図１４に示したものは図５と同じく、被測
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ＦＥＴの場合で、ＦＥＴ１のドレイン端子１４にステッ
プ電圧入力を加えたときにＦＥＴのしきい値電圧、すな
わちドレイン電流をカットオフレベルにするゲート電圧
が示す時間応答波形を解析するものである。ＦＥＴのド
レイン端子１３には、抵抗３を介して、ステップ入力電
圧に一定の電圧Ｖ1 を加算したものが印加されている。
さらにドレイン端子１３には、ドレイン端子電圧の変
動、すなわちドレイン電流の変動をモニタしてゲート電
圧をしきい値電圧に調節するための演算増幅器２を接続
している。ここでは、演算増幅器２の非反転入力端子２
１をドレイン端子に接続し、反転入力端子２２にドレイ
ン電圧を規定するステップ入力電圧を与え、演算増幅器
２の出力端子２３をＦＥＴのゲート端子１２に接続して
いる。端子２３の電圧はＦＥＴのしきい値電圧そのもの
となる。ここでＦＥＴのしきい値電圧を規定するドレイ
ン電流値をＩ1 （カットオフレベル）とし、電源２５の
起電力をＶ1 とすれば、抵抗３の値はＶ1 ／Ｉ1 とな
る。図１４の測定回路を図４の機構構成に組み込み、図
６のプログラムに従って測定と計算を行い、やはり図１
のように３次元表示をすることができる。
定デバイスと周辺の測定回路である。これはデバイスが
ＦＥＴの場合で、ＦＥＴ１のドレイン端子１４にステッ
プ電圧入力を加えたときにＦＥＴのしきい値電圧、すな
わちドレイン電流をカットオフレベルにするゲート電圧
が示す時間応答波形を解析するものである。ＦＥＴのド
レイン端子１３には、抵抗３を介して、ステップ入力電
圧に一定の電圧Ｖ1 を加算したものが印加されている。
さらにドレイン端子１３には、ドレイン端子電圧の変
動、すなわちドレイン電流の変動をモニタしてゲート電
圧をしきい値電圧に調節するための演算増幅器２を接続
している。ここでは、演算増幅器２の非反転入力端子２
１をドレイン端子に接続し、反転入力端子２２にドレイ
ン電圧を規定するステップ入力電圧を与え、演算増幅器
２の出力端子２３をＦＥＴのゲート端子１２に接続して
いる。端子２３の電圧はＦＥＴのしきい値電圧そのもの
となる。ここでＦＥＴのしきい値電圧を規定するドレイ
ン電流値をＩ1 （カットオフレベル）とし、電源２５の
起電力をＶ1 とすれば、抵抗３の値はＶ1 ／Ｉ1 とな
る。図１４の測定回路を図４の機構構成に組み込み、図
６のプログラムに従って測定と計算を行い、やはり図１
のように３次元表示をすることができる。
【００４８】また、以上ではトランジスタが電界効果ト
ランジスタである例を述べたが、バイポーラトランジス
タであっても、ソースをエミッタ、ゲートをベース、ド
レインをコレクタと置きかえれば、全く同様に適用でき
る。
ランジスタである例を述べたが、バイポーラトランジス
タであっても、ソースをエミッタ、ゲートをベース、ド
レインをコレクタと置きかえれば、全く同様に適用でき
る。
【００４９】
【発明の効果】本発明の波形解析方法を用いることによ
り、半導体デバイスの応答波形に関与している深い準位
の一つ一つが一目瞭然となる。従来のＤＬＴＳ法等で
は、必要であった、応答波形の極値の位置の決定が不要
となるため、測定と解析時間の大幅な短縮と、深い準位
の同定し誤りの低減がはかられる。
り、半導体デバイスの応答波形に関与している深い準位
の一つ一つが一目瞭然となる。従来のＤＬＴＳ法等で
は、必要であった、応答波形の極値の位置の決定が不要
となるため、測定と解析時間の大幅な短縮と、深い準位
の同定し誤りの低減がはかられる。
【図１】本発明の波形解析方法による３次元出力図形を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図２】デバイスの入出力波形を示す概念図である。
【図３】極値の時間ｔmax と温度Ｔの関係図である。
【図４】波形解析方法を実施する機器の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図６】プログラムのフロー図である。
【図７】波形解析方法による等高線出力図形である。
【図８】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図９】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図１０】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図１１】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図１２】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図１３】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図１４】被測定デバイスと周辺を示す回路図である。
【図１５】従来のＩＣＴＳ法のフロー図である。
【図１６】従来のＤＬＴＳ法のフロー図である。
１ 被測定ＦＥＴ ２ 演算増幅器 ３ 抵抗 ４ 被測定ダイオード ５ 演算増幅器 ６ 発振器 ７ 移相器 ８ 位相検波器 ９ ローパスフィルタ １１ ソース端子 １２ ドレイン端子 １３ ゲート端子 １４ 基板端子 ２１ 非反転入力端子 ２２ 反転入力端子 ２３ 出力端子 ２５ 電圧源 ３１ ステップ電圧発生器 ３２ 被測定デバイスと周辺回路 ３３ アナログ−ディジタル変換器 ３４ 計算機 ３５ 図形表示部 ３６ 温度調節器 ４１ カソード端子 ４２ アノード端子
Claims (4)
- 【請求項１】半導体デバイスの任意の端子へのステップ
入力に対し、前記半導体デバイスの任意の端子の特性が
時間応答波形を示す場合において、ステップ時刻から時
間ｔ経過後における応答波形の時間微分と時間ｔとの積
の値を、複数の温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１軸
が温度Ｔの逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積の
対数、第３軸を前記時間微分と時間ｔとの積として、３
次元的に表示することを特徴とする波形解析方法。 - 【請求項２】ダイオードあるいはトランジスタの基板端
子をも含む任意端子に対してのステップ電圧入力に対
し、前記ダイオードあるいはトランジスタの任意の端子
の電流値が時間応答波形を示す場合において、ステップ
時刻から時間ｔ経過後における応答波形の時間微分と時
間ｔとの積の値を、複数の温度Ｔにおいて測定及び記憶
し、第１軸が温度Ｔの逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時
間ｔの積の対数、第３軸を前記時間微分と時間ｔとの積
として、３次元的に表示することを特徴とする波形解析
方法。 - 【請求項３】ダイオードあるいはトランジスタの基板端
子をも含む任意端子に対してのステップ電圧入力に対
し、前記ダイオードあるいはトランジスタの任意の２端
子間の容量値が時間応答波形を示す場合において、ステ
ップ時刻から時間ｔ経過後における応答波形の時間微分
と時間ｔとの積の値を、複数の温度Ｔにおいて測定及び
記憶し、第１軸が温度Ｔの逆数、第２軸が温度Ｔの２乗
と時間ｔの積の対数、第３軸を前記時間微分と時間ｔと
の積として、３次元的に表示することを特徴とする波形
解析方法。 - 【請求項４】ダイオードあるいはトランジスタの基板端
子をも含む任意端子Ａに対してのステップ電圧入力に対
し、前記ダイオードあるいはトランジスタの任意端子電
流を特定値に保つための前記端子Ａ以外の端子の電圧値
が時間応答波形を示す場合において、ステップ時刻から
時間ｔ経過後における応答波形の時間微分と時間ｔとの
積の値を、複数の温度Ｔにおいて測定及び記憶し、第１
軸が温度Ｔの逆数、第２軸が温度Ｔの２乗と時間ｔの積
の対数、第３軸を前記時間微分と時間ｔとの積として、
３次元的に表示することを特徴とする波形解析方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007040A JP2943474B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 波形解析方法 |
| US08/005,557 US5493208A (en) | 1992-01-20 | 1993-01-19 | Waveform displaying method and waveform analyzing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007040A JP2943474B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 波形解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196687A JPH05196687A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2943474B2 true JP2943474B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=11654938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4007040A Expired - Lifetime JP2943474B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 波形解析方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5493208A (ja) |
| JP (1) | JP2943474B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3019782B2 (ja) * | 1996-09-13 | 2000-03-13 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路の試験装置 |
| US6140811A (en) * | 1997-04-29 | 2000-10-31 | Agilent Technologies | Hand-held measurement device combining two logic level indicators |
| US7206444B2 (en) * | 2002-08-06 | 2007-04-17 | Lockheed Martin Corporation | System and method for locating multiple peak summits in three-dimensional data |
| JP6922934B2 (ja) * | 2017-02-08 | 2021-08-18 | 日本電気株式会社 | 高周波測定方法及び高周波測定装置 |
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