JP3727103B2 - 半導体素子の試験方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、パルスI−V測定を用いた半導体素子の試験方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図36は半導体測定装置の一種である,I−V測定回路の従来例を示す回路構成図である。図において、1はGaAs FET,Si FETなどの試験対象である半導体素子であり、ソースがグランド6に接続されている。23は負極が半導体素子1のソースに接続されたDC電源、30は負極が半導体素子1のソースに接続されたDC電源、31は半導体素子1のドレインとDC電源23の正極との間に接続された,電流計などの電流測定装置、32は半導体素子1のゲートとDC電源30の正極との間に接続された,電流計などの電流測定装置、6はこの測定回路のグランドである。
【0003】
次に、動作について説明する。DC電源30,23により,試験対象である半導体素子1のゲート,ドレインにそれぞれバイアス電圧を与えておき、電流測定装置32によりゲートに流れる電流を測定する。そして、このゲートに与えるバイアス電圧を変化させて、半導体素子1に流れるドレイン電流の変化を電流測定装置31により測定することにより、連続波(Continuous Wave:以下,CWと称す)の入力による試験対象のI−V測定を行うことができる。
【0004】
そして、このCWによるI−V特性を測定することにより、半導体素子(FET)に流れる電流×電圧の積により発生する熱的安定状態(発熱により電流が減少する)およびチャンネル内の空乏層,表面空乏層の電荷安定状態での半導体素子(FET)の電流−電圧特性を測定することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のI−V測定回路は図36のように構成されており、CWを入力する動作によってI−V測定を行っていたため、定常的に入力が印加される状態となり、このため自己発熱による熱の影響でI−V特性が変化してしまい、正確なI−V測定を行うことができないという問題があった。
【0006】
またGaAs系のFETのリセスなどに、特性に悪影響を与える表面準位が生じており、パルス動作の場合にはチャンネルを流れる電子の速度と表面準位での電子の速度との間に差が生じ、これによって特性が変化するものであるが、CWで測定を行った場合、表面電荷が安定状態に落ちついているので、表面準位は変化せず、この表面準位による影響が現れないため、その影響を考慮してI−V特性の測定を行うことができないという問題があった。
【0007】
さらに、高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮してI−V特性を得ることができないという問題点があった。
【0008】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、試験対象である半導体素子を、熱の影響を除去できるような動作条件に設定することができ、測定者が希望する温度でI−V測定を行うことができるとともに、GaAs系のFETなどにおけるリセスの表面準位の影響を考慮して測定を行うことができ、しかも、高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮してI−V特性を得ることができる半導体素子の試験方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る半導体素子の試験方法は、試験対象である半導体素子のゲート,ドレインに,互いに同期させたパルス電圧を印加するとともに、ドレインに印加する電圧を変化させる工程と、該ドレインに印加する電圧を変化させた際にドレインに流れるドレイン電流の変化を検出することにより負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)を測定する工程とを含むようにしたものである。
【0012】
また、本発明の請求項2に係る半導体素子の試験方法は、請求項1記載の半導体素子の試験方法において、上記半導体素子のドレイン側に負荷を挿入するようにしたものである。
【0013】
また、この発明の請求項3に係る半導体素子の試験方法は、請求項2記載の半導体素子の試験方法において、上記パルスとして、正極性パルスおよびその直後の負極性パルスをn(≧1)回発生し、かつこれを一定間隔で繰り返すものを用いるようにしたものである。
【0014】
また、この発明の請求項4に係る半導体素子の試験方法は、請求項3記載の半導体素子の試験方法において、負荷線の各点でゲート電圧(Vg)を一定とし、ドレイン電圧(Vd)をスイープすることにより負荷線沿いのドレインコンダクタンス(gd)を計算する工程を含むようにしたものである。
【0015】
また、この発明の請求項5に係る半導体素子の試験方法は、試験対象である半導体素子のゲート,ドレインに,互いに同期させたパルス電圧を印加するとともに、ドレインに印加する電圧を変化させる工程と、該ドレインに印加する電圧を変化させた際にドレインに流れるドレイン電流の変化を検出することにより負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)の周波数分散を測定する工程とを含むようにしたものである。
【0016】
また、この発明の請求項6に係る半導体素子の試験方法は、請求項5記載の半導体素子の試験方法において、上記半導体素子のドレイン側に負荷を挿入するようにしたものである。
【0018】
また、この発明の請求項7に係る半導体素子の試験方法は、請求項6記載の半導体素子の試験方法において、上記パルスとして、正極性パルスおよびその直後の負極性パルスをn(≧1)回発生し、かつこれを一定間隔で繰り返すものを用いるようにしたものである。
【0028】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による半導体素子の試験装置の原理的な構成を示す。図において、1はGaAs FET,Si FETなどの試験対象である半導体素子、2,4は半導体素子1のゲートおよびドレインに互いに同期してパルス電圧を印加するためのパルスジェネレータであり、これは負荷インピーダンスが50Ωであるという条件のもとで電圧を正確に設定できる。また、3,5は電流をモニタするための電流測定装置であり、電流測定装置3は半導体素子1のゲートとパルスジェネレータ2の一端との間に設けられており、電流を測定することによりパルスジェネレータ2の負荷インピーダンスをモニタしてパルスジェネレータ2が正確に設定された電圧を発生しているか否かを確認するためのものである。また、電流測定装置5は半導体素子1のドレインとパルスジェネレータ4の一端との間に設けられており、半導体素子1のドレイン電流を測定するためのものである。6は本装置のグランドであり、半導体素子1のソースおよびパルスジェネレータ2,4の他端が接続されている。また、100は制御装置であり、電流計3,5の電流を測定するとともに、パルスジェネレータ2,4を同期させて動作させ、かつパルスジェネレータ2,4の出力電圧を測定するべく制御を行うものである。
【0029】
図2はこの発明の実施の形態1による半導体素子の試験装置の構成を示す。図において、7は半導体素子1に印加する電圧や半導体素子1を流れる電流を測定するオシロスコープであり、これはこのオシロスコープと同様の電圧,電流測定機能や制御機能を有するものであれば、別の装置を用いてもよい。また、8はオシロスコープ7の入力チャンネルであり、8aはパルスジェネレータ2,4のいずれか一方がこれを発して他方に対して出力するトリガ信号を入力する入力チャンネルである。また、8bはパルスジェネレータ2が出力するパルス電圧を観測するための入力チャンネル、8cはパルスジェネレータ4が出力するパルス電圧を観測するための入力チャンネル、8dは半導体素子1に流れる電流を観測するための入力チャンネルである。
【0030】
また、9はパルスジェネレータ2,4およびオシロスコープ7を時間軸上で同期させるためのトリガ信号線、10は電圧プローブであり、10aは半導体素子1のゲート電圧を測定するための電圧プローブ、10bは半導体素子1のドレイン電圧を測定するための電圧プローブである。また、11は半導体素子1のドレイン電流を測定するための電流プローブである。なお、この図2ではパルスジェネレータ2が設定された電圧を正確に発生できるものとしているために、図1の電流測定装置3に相当する機能は図示を省略している。
【0031】
次に動作について説明する。すなわち、本実施の形態1における半導体素子の試験装置においては、パルスジェネレータ2,4はそのいずれか一方がトリガ信号を発生し、これをトリガ信号線9を介してパルスジェネレータ2,4の他方およびオシロスコープ7に入力する。なお、このトリガ信号は、オシロスコープ7が発してパルスジェネレータ2,4がこれを受けるようにしてもよい。これにより、パルスジェネレータ2,4とオシロスコープ7とは互いに同期してパルス電圧を発生し、これを半導体素子(FET)1のゲート,ドレインに印加する。そして、オシロスコープ7はトリガ信号によりパルスジェネレータ2,4と同期して動作を行ない、このパルス電圧をプローブ10aおよび10bによりオシロスコープ7に取り込むとともに、半導体素子(FET)1のドレインに流れる電流をプローブ11により取り込み、そのドレイン電流を観測する。
【0032】
これによって、本実施の形態1では、パルスI−V特性、即ち、半導体素子(FET)に過渡的に流れる電流×電圧の積により発生する熱的過渡状態や、過渡的に変化する表面電荷により現れるチャンネル内の空乏層の影響や,表面空乏層の電荷の過渡状態での半導体素子(FET)の電流−電圧特性を測定することができる。
【0033】
また、以下のように半導体素子(FET)を設定することにより、熱の影響を除去できるような動作条件に設定することができる。即ち、この動作条件は、電流×電圧の積により半導体素子(FET)に発生する発熱量と、半導体素子(FET)および基板の放熱効果によって決定されるので、FETの構造などにより異なるものとなるが、その動作条件を決定するためには、図3に示されるように、比較的長いパルス幅(例えば、1〜10ms)のゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )を印加してドレイン電流Id を測定し、発熱によりドレイン電流が減少しはじめる前のパルス幅になるように、ゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )およびドレイン電流Id を設定すればよい。
【0034】
このように本実施の形態1では、半導体素子の試験装置の構成として、パルスジェネレータ2,4を互いに同期させて半導体素子にパルス電圧を印加するとともに、オシロスコープ7も同期させて動作させる回路構成としたので、半導体素子の熱の影響,FETなどの表面準位の影響を考慮したパルスI−V特性を得ることができ、CW測定では判別し得なかった,良品と不良品との判別が可能となる。
【0035】
実施の形態2.
図4は本実施の形態2による半導体素子の試験装置の試験方法のフローチャートを示す。
図において、S1はゲートパルス電圧とドレインパルス電圧を同期させて発生するステップ、S2はこのように同期させて発生したゲートパルス電圧とドレインパルス電圧とを半導体素子に印加するステップ、S3はオシロスコープにより半導体素子のゲート電圧,ドレイン電圧,ドレイン電流を測定するステップ、S4は測定結果をプロットするステップである。
【0036】
また、図5は本実施の形態2による半導体素子の試験装置の試験方法により、各部に印加されるパルス波形を示す。
図において、12は半導体素子1のゲートに印加するゲートパルス電圧、13は半導体素子1のドレインに印加するドレインパルス電圧、14はゲートパルス電圧12およびドレインパルス電圧13を印加することによってドレインに流れるドレインパルス電流、15aはドレインパルス電流14のパルス幅、15bはドレインパルス電流14のパルス周期、16aは半導体素子1がオンした時のゲート電圧、16bは半導体素子1がオフした時のゲート電圧、17aは半導体素子1がオンした時のドレイン電圧、17bは半導体素子1がオフした時のドレイン電圧、18aは半導体素子1がオンした時のドレイン電流、18bは半導体素子1がオフした時のドレイン電流、19a,19b,19cは半導体素子1がオンした時の観測ポイント、19d,19e,19fは半導体素子1がオフした時の観測ポイントである。
【0037】
図6は本試験方法を用いて半導体素子を測定した時のパルスI−V特性であり、縦軸は数mAないし2Aまで設定可能、横軸は0〜100V(通常は20V)である。
図において、20はゲート,ドレイン同期型パルスによるI−Vカーブ、即ち、上述のように、測定対象である半導体素子のゲートおよびドレインに互いに同期したパルスを印加しI−V特性をプロットして得た曲線であり、換言すれば、図3のゲート電圧19a,ドレイン電圧19bの値を変化させた時のドレイン電流19cを読み取り、I−V特性をプロットすることにより描いたものである。
【0038】
すなわち、本実施の形態2による半導体素子の試験装置の試験方法は、図2の装置によって、ゲートパルス電圧12とドレインパルス電圧13を互いに同期させて半導体素子に印加し、その時に半導体素子1を流れるドレイン電流14を観測する,というものである。
【0039】
次にその試験方法についてより詳しく説明する。図4のステップS1,S2において、パルスジェネレータ2によりパルス電圧16a,16bを,それぞれパルス幅15a,パルス周期15bを有するものとして発生し、半導体素子1のゲートに印加するとともに、これに同期して、パルスジェネレータ4によりパルス電圧17a,17bを,それぞれパルス幅15a,パルス周期15bを有するものとして発生してこれを半導体素子1のドレインに印加する。そして、これらのパルス電圧を印加することにより、半導体素子1には電流18a,18bが流れることとなる。
【0040】
次にステップS3において、オシロスコープ7はこれらのパルスジェネレータ2,4に同期してパルス電圧19a,19b,19cをゲート,ドレイン同期型パルスI−Vカーブを構成するゲート電圧,ドレイン電圧,ドレイン電流を示す観測ポイントとして測定を行うとともに、19d,19e,19fをオフ時のゲート電圧,ドレイン電圧,ドレイン電流を示す観測ポイントとして測定を行い、ステップS4において、その測定結果をプロットする。
【0041】
図7は半導体素子(FET)に本試験装置およびその試験方法を用いて観測したオシロスコープ上の波形を示す。図において、21はパルスジェネレータ2,4を同期させるためのトリガ信号を示しており、パルス幅15aを1μs,パルス周期15b(図示せず)を100μs,ゲートオン電圧,ゲートパルス電圧はオン時のゲート電圧16aを0V,オフ時のゲート電圧16bを−3V,ドレインパルス電圧13はオン時のドレイン電圧17aを0.3Vとしている。ただし、パルスジェネレータ4に電流が流れ込むため、その設定電圧は0.3Vより大きく設定している。
【0042】
図8には図7のゲートオン電圧,ドレインオン電圧を変化させた場合の観測ポイント19a,19b,19cのゲート電圧,ドレイン電圧,ドレイン電流の測定値をプロットした結果を実線22に示す。ゲートオン電圧は上から0,−0.5,−0.75,−1.0,−1.5Vとし、ドレインオン電圧は0〜5V、ドレインオフ電圧は6Vとした。
なお、この図8において、横軸は0〜5V(1V/div)、縦軸は0〜400mA(50mA/div)としている。
【0043】
また、破線は図36に示すような従来の試験装置を用いたCW動作でのI−V特性21を示している。
【0044】
この図8に示すように、本実施の形態2による,ゲート,ドレイン同期型短パルスI−V特性と従来のCW動作でのI−V特性とでは得られる特性が明らかに異なっており、このため、半導体素子(FET)のI−V特性の試験には用途、動作条件などに応じて最適の試験装置,測定方法を用いる必要があることが確認できた。
【0045】
ここで、本実施の形態2において、熱の影響を除去するような動作条件に設定するには、実施の形態1と同様、図3に示されるように、比較的長いパルス幅(例えば、1〜10ms)のゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )を印加してドレイン電流Id を測定し、発熱によりドレイン電流が減少しはじめる前のパルス幅になるように、ゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )およびドレイン電流Id を設定すればよい。
【0046】
このように本実施の形態2では、実施の形態1の半導体素子の試験装置の試験方法として、ゲートパルス電圧12,ドレインパルス電圧13を同期させて印加することにより、半導体素子の熱の影響,半導体素子の表面準位などの影響を考慮したパルスI−V特性を得ることができる。
【0047】
実施の形態3.
図9は本発明の実施の形態3による半導体素子の試験装置の原理的な構成を示す。図において、1はGaAs FET,Si FETなどの試験対象である半導体素子、2,4は半導体素子1にパルス電圧を印加するパルスジェネレータであり、パルスジェネレータ2の一端は半導体素子1のゲートに接続されている。また、24は抵抗などの負荷であり、パルスジェネレータ4の一端と半導体素子1のドレインとの間に接続されている。6は本装置のグランドであり、半導体素子1のソースおよびパルスジェネレータ2,4の他端が接続されている。また、100は制御装置であり、パルスジェネレータ2,4を同期させて動作させ、かつパルスジェネレータ2,4の出力電圧および負荷24の両端電圧を測定するべく制御を行うものである。
なお、この図9の半導体素子の試験装置は、図1の電流測定装置3,5に相当するものはこれを有していない。
【0048】
図10はこの発明の実施の形態3による半導体素子の試験装置の構成を示す図である。図において、7は半導体素子1に印加する電圧や半導体素子1を流れる電流を測定するオシロスコープであり、これはこのオシロスコープ7と同様の電圧,電流測定機能があれば別の装置であってもよい。また、8はオシロスコープ7の入力チャンネルであり、8aはパルスジェネレータ2が出力するトリガ信号を入力する入力チャンネル、8bはパルスジェネレータ2が出力するパルス電圧を観測するための入力チャンネル、8c,8eは半導体素子1のドレインに接続された抵抗24の両端電圧を観測するための入力チャンネルである。また、9はパルスジェネレータ2,4とオシロスコープ7とを時間的に同期させるためのトリガ信号線、10は電圧プローブであり、10aは半導体素子1のゲート電圧を測定するための電圧プローブ、10b,10cは抵抗24の両端の電圧を測定するための電圧プローブである。
【0049】
すなわち、本実施の形態3の半導体素子の試験装置は、半導体素子1のドレイン端子とパルスジェネレータ4との間に抵抗24を挿入して、抵抗24の両端をオシロスコープ7と接続するように構成したものである。
【0050】
次に動作について説明する。すなわち、本実施の形態3における半導体素子の試験装置においては、パルスジェネレータ2,4はそのいずれか一方がトリガ信号を発生し、これをトリガ信号線9を介してパルスジェネレータ2,4の他方およびオシロスコープ7に入力する。なお、このトリガ信号は、オシロスコープ7が発してパルスジェネレータ2,4がこれを受けるようにしてもよい。これにより、パルスジェネレータ2,4とオシロスコープ7とは互いに同期して動作することとなる。そして、パルスジェネレータ2,4が発生するパルス電圧を半導体素子(FET)1のゲート,ドレインに印加する。そして、このパルス電圧をプローブ10aによりオシロスコープ7に取り込むとともに、パルスジェネレータ4が半導体素子(FET)1のドレインにパルス電圧を印加することによりドレインに電流が流れ、この電流により抵抗24に発生する両端の電圧をプローブ10b,10cによりオシロスコープ7に取り込み、その電圧差をオシロスコープ7内で処理することにより、抵抗24に発生した電圧差より半導体素子1を流れるドレイン電流を観測し、かつ半導体素子1のドレイン電圧を観測するものとして動作する。
【0051】
そして、本実施の形態3において、熱の影響を除去するような動作条件に設定するには、実施の形態1と同様、図3に示されるように、比較的長いパルス幅(例えば、1〜10ms)のゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )を印加してドレイン電流Id を測定し、発熱によりドレイン電流が減少しはじめる前のパルス幅になるように、ゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )およびドレイン電流Id を設定すればよい。
【0052】
このように本実施の形態3では半導体素子の試験装置構成として抵抗などの負荷24を半導体素子1のドレイン側に挿入してゲート側およびドレイン側にパルス電圧を印加し、このパルス電圧を印加することによりドレイン側の負荷に発生するパルス電圧を利用してパルス電流の測定を行う回路構成としたので、半導体素子の熱の影響,半導体素子などの表面準位の影響,高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮したパルスI−V特性を得ることができる。
【0053】
実施の形態4.
図11は本発明の実施の形態4による半導体素子の試験装置の試験方法のフローチャートを示す。
図において、S11はゲートパルス電圧とドレインパルス電圧を同期させて発生するステップ、S12はこのように同期させて発生したゲートパルス電圧とドレインパルス電圧を半導体素子に印加するステップ、S13はオシロスコープにより半導体素子のゲート電圧およびドレイン電圧を測定するステップ、S14はオシロスコープにより負荷の両端電圧を測定しこれに基づきドレイン電流を観測するステップ、S15は測定結果をプロットするステップである。
【0054】
図12は本実施の形態4による半導体素子の試験装置の試験方法により、各部に印加されるパルス波形を示す。
図において、12は半導体素子1のゲートに印加するゲートパルス電圧、13は半導体素子1のドレインに印加するドレインパルス電圧、14はゲートパルス電圧12およびドレインパルス電圧13を印加することによってドレインに流れるドレインパルス電流、15aはドレインパルス電流14のパルス幅、15bはドレインパルス電流14のパルス周期、16aは半導体素子1がオンした時のゲート電圧、16bは半導体素子1がオフした時のゲート電圧、26aは半導体素子1がオンした時のドレイン電圧、26bは半導体素子1がオフした時のドレイン電圧、18aは半導体素子1がオンした時のドレイン電流、18bは半導体素子1がオフした時のドレイン電流、19a,19g,19cは半導体素子1がオンした時の観測ポイント、19d,19h,19fは半導体素子1がオフした時の観測ポイントである。
【0055】
図13は本実施の形態4による試験方法を用いて測定した時のパルスI−V特性である。図において、27は抵抗挿入型ゲートドレインドライブパルスI−Vプロット、即ち、上述のように測定対象である半導体素子のドレインに抵抗を挿入してゲートおよびドレインにこれをドライブするためのパルス電圧を印加した場合におけるI−V特性をプロットした曲線、33は負荷線である。なお、この図13において、横軸は0〜5V(1V/div)、縦軸は0〜400mA(50mA/div)としている。
【0056】
すなわち、本実施の形態4の半導体素子の試験装置の試験方法は、ゲートパルス電圧12とドレインパルス電圧13を半導体素子に印加し、その時に半導体素子1を流れる電流を抵抗24の両端に発生する電位差より測定し、これを負荷線33上にプロットする,というものである。
【0057】
次にその測定方法についてより詳しく説明する。ステップS11,S12において、パルスジェネレータ2によりパルス電圧16a,16bを,それぞれパルス幅15a,パルス周期15bを有するものとして発生するとともに、これに同期して、パルスジェネレータ4によりパルス電圧26a,26bを,それぞれパルス幅15a,パルス周期15bを有するものとして発生し、これを半導体素子1のドレインに印加する。そして、これらのパルス電圧を印加することにより、半導体素子1には電流18a,18bが流れることとなる。
【0058】
次にステップS13において、オシロスコープ7はこれらのパルスジェネレータ2,4に同期してパルス電圧19a,19gをゲート,ドレイン同期型パルスI−Vカーブを構成するゲート電圧,ドレイン電圧を示す観測ポイントとして測定を行うとともに、19d,19eをオフ時のゲート電圧,ドレイン電圧を示す観測ポイントとして測定を行い、ステップS14において、オシロスコープ7によりドレイン電流19c,19fを観測するとともに、ステップS15において、その測定結果をプロットする。
【0059】
そして、本実施の形態4において、熱の影響を除去するような動作条件に設定するには、実施の形態1と同様、図3に示されるように、比較的長いパルス幅(例えば、1〜10ms)のゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )を印加してドレイン電流Id を測定し、発熱によりドレイン電流が減少しはじめる前のパルス幅になるように、ゲート電圧Vg (ドレイン電圧Vd )およびドレイン電流Id を設定すればよい。
【0060】
このように本実施の形態4では実施の形態3の半導体素子の試験装置の試験方法として、ゲートパルス電圧12,ドレインパルス電圧13を印加することにより、半導体素子の熱の影響,半導体素子の表面準位などの影響,高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮したパルスI−V特性を得ることができる。
【0061】
実施の形態5.
図14は、実施の形態4の試験方法を用いることにより相互伝達コンダクタンスgmの試験方法を示す,本発明の実施の形態5を示すものである。
図において、28は相互伝達コンダクタンスgmの計算式、29は抵抗挿入型ゲートドレインドライブパルスI−V法、即ち、上述のように、半導体素子のドレイン側に抵抗を挿入し、そのゲートおよびドレインにドライブパルスを印加することにより、ドレイン側に流れる電流を測定することによって得たgmプロットである。なお、この図14において、横軸は0〜5V(1V/div)、縦軸は0〜400mA(50mA/div)としている。なお、この実施の形態5では、gmがカーブしている例を示しているが、gmはFETの特性によっては必ずしもこの図14のようなカーブを描くとは限らない。
【0062】
そして、本実施の形態5における相互伝達コンダクタンスgmの測定は、ゲートオン電圧16aに対してこれを±ΔVg/2だけ変化させ、その時に流れるドレイン電流変化ΔIdをgm=ΔId/ΔVgにより計算し、負荷線33上のgmをプロットする。
【0063】
このように、本実施の形態5では、実施の形態4の試験方法を用いて相互伝達コンダクタンスgmの試験を行う方法を示すことにより、半導体素子の熱の影響,半導体素子の表面準位などの影響,高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮したパルスI−V測定方法によるgm特性を得ることができる。
即ち、実際のRF動作に近いgmを得ることができ、熱,表面準位の影響をRF動作に近づけることができるシミュレーションを行うことができる。
【0064】
実施の形態6.
実施の形態4の試験方法を用いて測定の周期を任意に変化させることにより実施の形態5のgmを計算し、その周波数特性をプロットすることにより負荷線上に沿ったgmの周波数分散を得ることができる。
【0065】
このgmは周波数の高いところで、この値が良ければ、半導体素子(FET)の他の特性も良好であるため、この値を測定することにより、間接的に他の特性の良否を判定することができる。
【0066】
実施の形態7.
実施の形態4の試験方法を用いてドレインコンダクタンスgdを負荷線上に沿ってプロットすることができる。
即ち、本実施の形態7におけるドレインコンダクタンスgdの測定は、ドレインオン電圧26aに対してこれを±ΔVd/2だけ変化させ、その時に流れるドレイン電流変化ΔIdをgd=ΔId/ΔVdにより計算し、負荷線33上のgdをプロットする。
【0067】
このgdも周波数の高いところで、この値がよければ、半導体素子(FET)の他の特性も良好であるため、この値を測定することにより、間接的に他の特性の良否を判定することができる。
【0068】
実施の形態8.
実施の形態4の試験方法を用いて測定の周期を任意に変化させ、実施の形態7のgdを計算しその周波数特性をプロットすることにより負荷線上に沿ったgdの周波数分散を得ることができる。
【0069】
この負荷線上に沿ったgdも、この値がよければ、半導体素子(FET)の他の特性も良好であるため、この値を測定することにより、間接的に他の特性の良否を判定することができる。
【0070】
実施の形態9.
なお、実施の形態3の試験装置構成を、ゲートあるいはドレインのみにこれをドライブするパルスジェネレータを有するものとしてもよい。
【0071】
実施の形態10.
また、実施の形態4ないし実施の形態8を、ゲートあるいはドレインのみにこれをドライブするパルスジェネレータを有する試験装置により試験を行うものとしてもよい。
【0072】
実施の形態11.
また、実施の形態1の試験装置,実施の形態2の試験方法を用いてgm,gdおよびgm,gdの周波数分散を得ることもできる。
これは、上述の実施の形態5ないし実施の形態8の試験方法を実行する際に用いる試験装置を実施の形態1の試験装置とし、あるいは試験方法を実施の形態2の試験方法とすればよいものである。
【0073】
実施の形態12.
実施の形態1ないし実施の形態11を用いて、可撓性を有する材料であるメンブレンを用いたプローブカードの一種であるメンブレンプローブ上にパターニングを行って回路構成を行うことによりオンウエハ試験を行うことができる。
このメンブレンプローブは、C,Rの加工がし易いため、余分な寄生抵抗がつかず、オンウエハ試験を行うことができる。
【0074】
図15はメンブレンプローブの一例を示し、図において、200はエッジセンサー針、201はこのメンブレンプローブのバンプがウエハのどこに接触しているかを目視により確認するための光学窓、202はプローブフレーム、203はプローブ基板に相当するプローブボード、204はRF信号を供給するための同軸ケーブル、205はバンプの横幅を稼ぐためにバンプを固定するためのプランジャ、206はプローブ針としてのニッケルバンプ、207は可撓性を持った材料であるメンブレン、208はチップキャップ(光)、209は弾力を与えるためのバネ、210はマウント用のネジである。
【0075】
ところで、FETやHBT等の半導体装置の大信号特性は一般に素子のI−V特性により大信号特性のかなりの部分が判明すると考えられているため、素子のI−V特性を測定することにより素子を選別する手法がある。ところが、数100MHz 以上の高周波で用いられる半導体装置では、各種不純物や格子歪等によるトラップに起因する遅延が存在するためにパルス幅数百μsec以下の短パルスにて測定する必要がある。
【0076】
このような測定においても図16にその等価回路を示す測定装置により測定を行う。この図16の装置は図1に示すものと同様に構成されている。図中1はFET,HBT等の半導体装置で、ここではFETを例にとっている。3,5は電流計、2,4はパルスを発生させるパルスジェネレータであり、図17に示すタイミングによりFET1のドレイン,ゲートへパルス幅の期間以外はVd0 ,Vg0 を印加し、パルス幅の期間は各々パルス電圧Vd,Vgを印加してId,Igを測定する。なお、この図17において、パルス幅は100ns、Vdは20〜10V、Vgは5V、Idは20A〜数十mA、Igは数mAである。
【0077】
100は制御装置であり、電流計3,5の電流を測定するとともに、パルスジェネレータ2,4を同期させて動作させ、かつパルスジェネレータ2,4の出力電圧を測定するべく制御を行う。
【0078】
その測定のフローは、図20に示すように、まずステップS31においてVgを設定し、次にステップS32においてVdを設定し、ステップS33においてパルスを印加するとともにId,Igを測定し、ステップS34,S35においてVdがVd stopに達するまでVd=Vd+ΔVdにして測定を繰り返し、ステップS36,S37においてVgがVg stopに達するまでVg=Vg+ΔVgにして測定を繰り返す,というものである。
【0079】
図18にΔVd=1(V),ΔVg=−1(V),Vd stop =8(V),Vg stop =−3(V)、Id=20(A)〜数十(mA)と設定した場合の測定例を示す。一般に各種のトラップを有する半導体装置では各トラップへの電子,ホールの捕獲,放出が各々の時定数にて行われるため、I−V測定を行う順序により各トラップの状態が影響を受けるので、測定結果が異なってしまう。これは測定における経路による測定値の差となるので、ヒステリシスと呼んでいる。
【0080】
図19にヒステリシスの例を示す。図19では、ΔVd=−1(V),ΔVg=−1(V),Vd stop =−1(V),Vg stop =−3(V)、Id=20(A)〜数十(mA)であり、Vdの印加経路が図18と逆であるために、I−V測定の結果が図18と異なってしまっている。
【0081】
実際にFETが高周波にて動作する時には、図21に示すように、FETのバイアスレベル ドレイン電圧:Vdi,ゲート電圧:Vg0 に、各々振幅AVd,AVgのサイン波が加算された信号が印加されるため、Vd0 ±AVd,Vg0 ±AVg0 の信号により各トラップでの電子,ホールの捕獲,放出が繰り返されて定常状態になっている。このため、ヒステリシスのあるI−V測定では実際の高周波での動作と異なってしまうため、素子判別に使えないという問題がある。なお、この図21においてはサイン波1つ分が1〜0.1ns、Vdは20〜10V、Vgは5Vである。
【0082】
さらに、上述のパルスI−V測定では、ヒステリシスのために必ずしも素子の大信号特性との相関がとれないので、高周波信号を入力する試験を実施しなければならず、このため、試験コストが高くなり、これを反映して半導体装置の価格が高くなってしまうという問題がある。
【0083】
また、通常の半導体装置のバーンイン試験では高周波信号を印加してバーンインを行っていたために、バーンイン装置が高価になり、これによってもバーンインを行った半導体装置の価格が高くなるという問題がある。
【0084】
以下では、このようなヒステリシスの問題を生じない半導体素子の試験装置,試験方法およびバーンイン試験のコストを低下でき、これによる価格の上昇を抑えることができる半導体装置について説明する。
【0085】
実施の形態13.
上述のようなヒステリシスのない測定を行うには、図21に示すような高周波信号を半導体素子に直接印加して、電流,電圧波形を測定すれば良いが、周波数が高い程、装置が高価になり、かつ測定精度を十分に確保することは困難になる。そこで図22に示すようなパルス幅数100μsecないし数100nsecのパルスを印加してI−V測定を行うことにより、図21に示す実動作と同様の測定を行うことが可能となる。
【0086】
すなわち、FETのバイアス電圧(ドレイン電圧Vd0 ,ゲート電圧Vg0 )に対して±AVd,±AVgのパルスを加算することにより、より詳しくはドレイン電圧Vd0 に対して正,負を交互に繰り返す,+AVd,−AVd,+AVd,−AVd,…となるパルスを加算し、ゲート電圧Vg0 に対してドレイン電圧とは逆位相のパルス、即ち、−AVg,+AVg,−AVg,+AVg,…となるパルスを加算することにより、図21に示すサイン波を印加した時と同様にバイアス点に対して、交互に電界が加わるので、実動作と同様に各トラップでの捕獲,放出が起こり、実動作と同等のI−V特性を測定できる。
【0087】
厳密には、各トラップに加わる電界の時定数が実動作に比べて長くなる、すなわち1GHz動作なら半波で500psecであるのに対し、測定のパルス幅は100nsecというように長くなるが、一般に化合物半導体等の各種半導体の各種準位の時定数は速いもので、100nsecのオーダであることが知られているから、これ以上短いパルスで測定したとしてもトラップの影響はこれと変わらないので、実動作と同等な測定が可能となる。
【0088】
なお、この図22ではFETのバイアス電圧に対し正極性(負極性)のパルスを加算したのち一定の間隔をおいて負極性(正極性)のパルスを加算し、これを繰り返すようにしていたが、図23に示すように、FETのバイアス電圧に対し正極性(負極性)のパルスを加算した直後に負極性(正極性)のパルスを加算し、これを一定の間隔をおいて繰り返すようにしても同等の効果が得られる。
【0089】
また、図24に示すようにパルス幅pwの正極性パルスを発生した直後に負極性パルスを発生し、これをn回繰り返した後、一定の間隔をおいて以上の動作を繰り返すようにしてもよく、これによりパルスの周波数分散を小さくでき、かつ同一測定時間に測定データを多数回測定できるので、測定精度が上がる利点がある。
【0090】
図25は図24においてn=∞とした場合の例であり、このタイミングにより単位時間当たりに最も多数回の測定が可能となり、かつ周波数分散も最小になる。ただし、一般にパルスジェネレータのパルス出力用キャパシタに充電する時間が必要なため、Idの大きい測定では、n=∞とすることは困難であるので、実際にはIdに応じて図24の,nが有限の方を選択することになる。
【0091】
なお、上記図21,図22,図23,図24,図25において、パルス幅は100ns、Vdは20〜10V、Vgは5V、Idは20A〜数十mA、Igは数mAである。
【0092】
ところで、本実施の形態13では矩形パルスを扱ったが、サイン波やガウシアン波のようなその他の型のパルス波形であってもよい。サイン波はパルスの発生,測定タイミングの制御は難しいが、周波数分散が小さくなるという利点があり、むしろこの点ではサイン波を用いる方が好ましい。
【0093】
このように、本実施の形態13によれば、測定対象である半導体素子に対し、バイアス電圧に対して正,負のパルスを重畳した測定電圧を印加するようにしたので、ヒステリシスを生じることなく実動作に相当するI−V特性の測定が可能となり、また、そのパルスが低周波であるので、装置を安価に構成でき、正確かつ高速な測定が可能になり、かつ測定パルスの周波数分散を少なくできる。
【0094】
実施の形態14.
パルスI−V測定において、図26に示すタイミングにより、本来の測定用のパルスを印加する前に、大振幅かつ負極性のチャージアップパルスを印加することにより、チャージアップ、即ち、測定サイクル中に各トラップを完全に捕獲,放出された状態にすることができる。なお、この図26において、チャージアップパルス4は例えば−3Vないし−5V、パルス幅は100ns、Vdは20〜10V、Vgは5V、Idは20A〜数十mA、Igは数mAである。
【0095】
このように、本実施の形態14によれば、チャージアップパルスを加えることにより各トラップは常に一定の状態になるので、ヒステリシスを生じることなく、実動作に相当するI−V特性の正確な測定が可能となり、また、そのパルスが低周波であるので、装置を安価に構成でき、この面からも正確でかつ高速な測定が可能になる。
【0096】
実施の形態15.
図27は負荷線25沿いにI−V測定を行った場合のI−V測定結果を示す。負荷抵抗Rの負荷線は
Vd−Vd0 =−(Id−Id0 )R
の関係にあり、FETの出力側に抵抗Rの負荷を設けた場合の負荷線を示す。26はQポイントであり、これはバイアス印加点(ドレイン電圧Vd0 ,ゲート電圧Vg0 )である。本測定ではQポイントを中心にVgの振幅を0,0.5,1.0Vにした場合の測定を行っている。この図27において、Vdは20〜10V、Idは20A〜数十mAである。
【0097】
図28に本測定のフローを示す。
最初にステップS41,S42,S43において、AVd=AVg=0、すなわちQポイントで図22ないし図26に示すようなパルスを印加し、Id,Igを測定した後、ステップS44,S45において、AVg=0.5(V)にして、Vd−Vd0 =−R(Id−Id0 )となるようにVd=Vd0 ≠AVdとなるVdを定める。すなわち、図27中の負荷線5と(Vg±0.5)VのI−V曲線の交点を求めるようにVdの値をスイープしてVdの値を求める。そして、ステップS46において、AVgがAVgstopより大きいか否かを判定することにより、上述の操作をAVg=1.0Vについても同様に行う。
【0098】
本測定では、Vdをスイープしているため、負荷線5上の各点でのドレインコンダクタンスgd
gd=ΔId/ΔVd
を容易に計算できるので、図29の負荷線沿いgdの表示を容易に行える。なお、この図29において、gdは0.01〜0.1、Vdは20〜10Vである。
【0099】
このように本実施の形態15では、Q点に対して正負に振幅するパルスで負荷線に沿った各点でのId,VdをVg=一定の条件でVdをスイープして測定を行うようにしたので、実動作と同等なヒステリシスのない負荷線に沿ったgdの測定が可能となる。また、本実施の形態15では負荷線に沿った部分のみを測定するので、図18,図19のI−V測定より測定点数が少なく、高速に測定できる利点もある。
【0100】
また、負荷線25沿いのId,Vdのデータを得ることにより、負荷抵抗Rでの素子の入出力特性を計算により求めることができる。すなわち、入力抵抗をRiとした図31のような簡単な等価回路モデルにより、周波数f=ω/2πとして
Vg=Vg0 +AVg sinωt
入力電力:Pi′n=∫(Vg2 /Ri)dt
出力電力:Pout =∫I2 dRdt
高周波入力時の平均ドレイン電流:IdRF=∫Iddt
のように求められる。
【0101】
この図31において、AVgsinωtは入力されるゲート電圧の交流成分、C1は等価的な容量、L1は等価的なインダクタンス、+Vg0はバイアス源、Rgはゲート抵抗、Id(Vg,Vd)は等価的な電流源、+Vd0はバイアス源、Rは負荷抵抗である。
【0102】
そして、上述のような計算を行うことにより負荷Rでの最大出力電力:Pmax ,P2dB ,付加電力効率:PAE,ドレイン効率ED 等を求められる利点がある。
なお、これらの計算ではFETのモデルとして、図31のものを用いたが、他のモデルであっても同様である。
【0103】
このように、本実施の形態15によれば、測定対象である半導体素子に対し、バイアス電圧に対して正負のパルスを重畳した測定電圧を印加するようにしたので、ヒステリシスを生じることなく実動作に相当するI−V特性の測定が可能となり、また、そのパルスが低周波であるので、装置が安価に構成でき、正確かつ高速な測定が可能になり、負荷線に沿ったgd,gmの測定が可能になる。
【0104】
実施の形態16.
実施の形態15では、Vgを一定にしてVdをスイープして負荷線沿いI−V特性を求めていたが、図30のようにVdを一定にしてVgをスイープする方法もある。この場合、各点でのgm=ΔId/ΔVgを容易に計算できるので、図32の負荷線沿いgmを容易に表示できる。なお、図32において、gmは0.1〜数10、Vdは20〜10Vである。
【0105】
そして、その測定フローとしては図33のフローにより測定を行う。
最初にステップS51,S52,S53において、AVd=AVg=0すなわちQポイントで図22ないし図26に示すようなパルスを印加し、Id,Igを測定した後、ステップS54,S55において、AVg=0.5(V)にして、Vd−Vd0 =−R(Id−Id0 )となるようにVd=Vd0 ≠AVdとなるVdを定める。すなわち、図27中の負荷線5と(Vg±0.5)VのI−V曲線の交点を求めるようにVdの値をスイープしてVdの値を求める。ステップS26において、AVgがAVgstopより大きいか否かを判定することにより、上述の操作をAVg=1.0Vについても同様に行う。
【0106】
このように、本実施の形態16ではQ点に対して正負に振幅するパルスを用いて、負荷線に沿った各点でのId,VdをVd=一定の条件でVgをスイープして測定するようにしたので、実動作と同等なヒステリシスのない負荷線沿いgmの測定が可能となる。また、本実施の形態でも実施の形態15と同様に安価な装置で高速かつ正確に測定を実行することができ、かつ、Pmax ,P2dB 等を計算でき、その負荷依存性を得ることができる効果がある。
【0107】
実施の形態17.
実施の形態15,16の測定を,負荷抵抗Rの値をスイープして、各々のRについて図34のように負荷線沿いのI−V特性を測定することにより、図35に示すような最大電力Pmax のR依存性やPAE,P2dB 等のR依存性を測定,表示することができる。
【0108】
なお、この図34において、Vdは20〜10V、IdはIdは20A〜数十mAである。また、図35において、Rは0〜500Ω(あるいは1kΩ)、Pmax は0.1〜100Wである。
【0109】
このように、本実施の形態17の手順によれば、ヒステリシスのない実動作と同等なPmax ,PAE,P2dB 等の負荷抵抗Rへの依存性を得ることができ、被測定素子の負荷依存性を高周波信号を印加することなく知ることができて、低コストかつ高速に高周波性能を把握し,素子を選別できる効果がある。
【0110】
実施の形態18.
上記実施の形態13ないし実施の形態17の試験方法をプログラム化したソフトウエアにより、上記実施の形態13ないし実施の形態17の試験方法を、実施できるようにした試験装置を得ることができる。
【0111】
この試験装置のハードウェアとしては図16のようなものが考えられるが、この装置にソフトウエアにより上記各種手順を実行させることにより、容易にヒステリシスのない、実動作と同等な素子特性を低い周波数のパルスにより、安価にかつ高速,高精度に測定を実施できる効果がある。
【0112】
実施の形態19.
図16のハードウェアの装置により、図22ないし図26のパルスを印加することにより半導体素子に対しバーンインを行うバーンイン装置およびバーンイン方法を得ることができ、このようなバーンイン装置およびバーンイン方法によりバーンインを実施する半導体素子の試験装置およびこれによりバーンインを実施した半導体装置を安価に得ることができる。
【0113】
一般に半導体装置では、各種不純物や格子歪み等に起因する準位(トラップ)が存在するため、長期間通電すると上記準位が増減して素子特性が変化する場合がある。このため、あらかじめ通電しておいて電界ストレスを加えて、上記変化が起きないようにする手法(バーンイン)がとられるが、高周波素子では単なるDC通電では多大な時間を要するので、高周波信号(連続波)を印加した状態で上記変化が起きないようにする手法(RFバーンイン)がとられる。ところが、高周波信号を印加する装置は一般に高価であるために半導体装置のコストが上昇してしまうという問題があるが、高周波信号を用いるかわりに図22ないし図26に示された,低い周波数のパルスを印加すれば、安価にバーンインが可能となる。
【0114】
前述したように各種準位の時定数は数100nsecより長いため、上記パルスを印加すれば、高周波信号を印加した場合と同等の電界ストレスを与えることができるので、高周波信号と同等の効果が得られる。このため、従来のRFバーンインより安価な,半導体素子の試験装置でバーンインを行うことができ、これによりバーンインのコストが半導体装置に転嫁されるのを抑えることができ、半導体装置のコストを下げることが可能になる。
【0116】
【発明の効果】
この発明の請求項1に係る半導体素子の試験方法によれば、試験対象である半導体素子のゲート,ドレインに,互いに同期させたパルス電圧を印加するとともに、ドレインに印加する電圧を変化させる工程と、該ドレインに印加する電圧を変化させた際にドレインに流れるドレイン電流の変化を検出することにより負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)を測定する工程とを含むようにしたので、半導体素子の熱の影響、FETなどの表面準位の影響、高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮して負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)を測定することができる半導体素子の試験方法が得られる効果がある。
【0118】
また、この発明の請求項2に係る半導体素子の試験方法によれば、請求項1記載の半導体素子の試験方法において、上記半導体素子のドレイン側に負荷を挿入するようにしたので、実際に負荷を挿入した状態での半導体素子の熱の影響、FETなどの表面準位の影響、高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮して負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)を測定することができる半導体素子の試験方法が得られる効果がある。
【0119】
また、この発明の請求項3に係る半導体素子の試験方法によれば、請求項2記載の半導体素子の試験方法において、上記パルスとして、正極性パルスおよびその直後の負極性パルスをn(≧1)回発生し、かつこれを一定間隔で繰り返すものを用いるようにしたので、半導体素子の試験を、ヒステリシスを生じることなく安価にかつ精度よく行うことができる試験方法が実際に得られる効果がある。
【0120】
また、この発明の請求項4に係る半導体素子の試験方法によれば、請求項3記載の半導体素子の試験方法において、負荷線の各点でゲート電圧(Vg)を一定とし、ドレイン電圧(Vd)をスイープすることにより負荷線沿いのドレインコンダクタンス(gd)を計算する工程を含むようにしたので、半導体素子の試験を、ヒステリシスを生じることなく安価にかつ精度よく行うことができる試験方法が実際に得られる効果がある。
【0121】
また、この発明の請求項5に係る半導体素子の試験方法によれば、試験対象である半導体素子のゲート,ドレインに,互いに同期させたパルス電圧を印加するとともに、ドレインに印加する電圧を変化させる工程と、該ドレインに印加する電圧を変化させた際にドレインに流れるドレイン電流の変化を検出することにより負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)の周波数分散を測定する工程とを含むようにしたので、半導体素子の熱の影響、FETなどの表面準位の影響、高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮して負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)の周波数分散を測定することができる半導体素子の試験方法が得られる効果がある。
【0122】
また、この発明の請求項6に係る半導体素子の試験方法によれば、請求項5記載の半導体素子の試験方法において、上記半導体素子のドレイン側に負荷を挿入するようにしたので、半導体素子の熱の影響、FETなどの表面準位の影響、高出力FETなどの大信号動作での負荷線に沿ったRFスイングを考慮して負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)の周波数分散を測定することができる半導体素子の試験方法が得られる効果がある。
【0124】
また、この発明の請求項7に係る半導体素子の試験方法によれば、請求項6記載の半導体素子の試験方法において、上記パルスとして、正極性パルスおよびその直後の負極性パルスをn(≧1)回発生し、かつこれを一定間隔で繰り返すものを用いるようにしたので、半導体素子の試験を、ヒステリシスを生じることなく安価にかつ精度よく行うことができる試験方法が実際に得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による半導体素子の試験装置の原理的な構成を示す回路図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による半導体素子の試験装置の構成を示す構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による半導体素子の試験装置における,熱の影響を除去するための動作条件の設定方法を示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態2による半導体素子の試験装置の試験方法のフローチャートを示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態2による半導体素子の試験装置の試験方法により各部に印加されるパルス波形を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態2を用いて半導体素子を観測した場合のI−V特性を示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態2を用いて半導体素子を観測したオシロスコープ上の波形を示す図である。
【図8】 この発明の実施の形態2を用いて得たゲートドレイン同期型短パルス特性と従来のCW動作でのI−V特性とを対比させて示す観測図である。
【図9】 この発明の実施の形態3による半導体素子の試験装置の原理的な構成を示す回路図である。
【図10】 この発明の実施の形態3による半導体素子の試験装置の構成を示す構成図である。
【図11】 この発明の実施の形態4による半導体素子の試験装置の試験方法のフローチャートを示す図である。
【図12】 この発明の実施の形態4による半導体素子の試験装置の試験方法により各部に印加されるパルス波形を示す図である。
【図13】 この発明の実施の形態4による半導体素子の試験装置の試験方法を用いて測定を行った時のパルスI−V特性を示す図である。
【図14】 この発明の実施の形態5による,相互伝達コンダクタンスgmの試験方法を示す図である。
【図15】 この発明の実施の形態12において用いるメンブレンプローブの構成例を示す図である。
【図16】 従来およびこの発明の実施の形態12による試験装置の測定系の等価回路を示す等価回路図である。
【図17】 従来の試験方法におけるパルスI−V測定タイミングを示すタイミング図である。
【図18】 従来の試験方法におけるΔVd>0の場合のI−V測定結果の例を示すI−V特性図である。
【図19】 従来の試験方法におけるΔVd<0の場合のI−V測定結果の例を示すI−V特性図である。
【図20】 従来の試験方法における一般的なI−V測定フローを示す図である。
【図21】 高周波信号印加時のVd,Vgのタイミングを示す図である。
【図22】 この発明の実施の形態13によるVd,Vgのタイミングを示す図である。
【図23】 この発明の実施の形態13によるVd,Vgのタイミングを示す図である。
【図24】 この発明の実施の形態13によるVd,Vgのタイミングを示す図である。
【図25】 この発明の実施の形態13によるVd,Vgのタイミングを示す図である。
【図26】 この発明の実施の形態14によるVd,Vgのタイミングを示す図である。
【図27】 この発明の実施の形態15による負荷線沿いI−V測定の例(Vg=一定)を示すId,Vd特性図である。
【図28】 この発明の実施の形態15におけるVg=一定での負荷線沿いI−V測定フローの例を示すフロー図である。
【図29】 この発明の実施の形態15における負荷線沿いGdの測定結果の表示例を示すGd,Vdのグラフを示す図である。
【図30】 この発明の実施の形態16におけるVg=一定での負荷線沿いI−V測定の例を示すId,Vd特性図である。
【図31】 この発明の実施の形態15におけるFETの簡単な等価回路モデルを示す等価回路図である。
【図32】 この発明の実施の形態16における負荷線沿いgmの測定結果の表示例を示すgm,Vd特性図である。
【図33】 この発明の実施の形態16におけるVg=一定での負荷線沿いI−V測定フローの例を示すフロー図。
【図34】 この発明の実施の形態17における負荷抵抗RをスイープしたI−V特性測定の例を示すId,Vd特性図。
【図35】 この発明の実施の形態17における最大電力Pmax の負荷抵抗R依存性の測定結果の表示例を示すPmax R特性図である。
【図36】 従来の半導体素子の試験装置の原理を示す回路図である。
【符号の説明】
1 半導体素子、2,4 パルスジェネレータ、3,5 電流測定装置、6 グランド、7 オシロスコープ、8a,8b,8c,8d オシロスコープの入力チャンネル、9 トリガ信号線、10a,10b 電圧プローブ、11 電流プローブ、23 DC電源、24 負荷、25 コンデンサ、100 制御装置。
Claims (7)
- 試験対象である半導体素子のゲート,ドレインに,互いに同期させたパルス電圧を印加するとともに、ドレインに印加する電圧を変化させる工程と、
該ドレインに印加する電圧を変化させた際にドレインに流れるドレイン電流の変化を検出することにより負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)を測定する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の試験方法。 - 請求項1記載の半導体素子の試験方法において、
上記半導体素子のドレイン側に負荷を挿入したことを特徴とする半導体素子の試験方法。 - 請求項2記載の半導体素子の試験方法において、
上記パルスとして、正極性パルスおよびその直後の負極性パルスをn(≧1)回発生し、かつこれを一定間隔で繰り返すものを用いたことを特徴とする半導体素子の試験方法。 - 請求項3記載の半導体素子の試験方法において、
負荷線の各点でゲート電圧(Vg)を一定とし、ドレイン電圧(Vd)をスイープすることにより負荷線沿いのドレインコンダクタンス(gd)を計算する工程を含むことを特徴とする半導体素子の試験方法。 - 試験対象である半導体素子のゲート,ドレインに,互いに同期させたパルス電圧を印加するとともに、ドレインに印加する電圧を変化させる工程と、
該ドレインに印加する電圧を変化させた際にドレインに流れるドレイン電流の変化を検出することにより負荷線上のドレインコンダクタンス(gd)の周波数分散を測定する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の試験方法。 - 請求項5記載の半導体素子の試験方法において、
上記半導体素子のドレイン側に負荷を挿入したことを特徴とする半導体素子の試験方法。 - 請求項6記載の半導体素子の試験方法において、
上記パルスとして、正極性パルスおよびその直後の負極性パルスをn(≧1)回発生し、かつこれを一定間隔で繰り返すものを用いたことを特徴とする半導体素子の試験方法。
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US7447602B1 (en) * | 2007-06-05 | 2008-11-04 | International Business Machines Corporation | System and method for sorting processors based on thermal design point |
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US4896108A (en) * | 1988-07-25 | 1990-01-23 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Test circuit for measuring specific contact resistivity of self-aligned contacts in integrated circuits |
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