JP5093590B2 - パルスｉ−ｖ測定系統を修正する方法 - Google Patents

Description

本発明は、パルス測定、特に、半導体デバイス用のＩ−Ｖ特性の測定に関し、特に、パルスＩ−Ｖ測定系統から望ましくないエラーを取り除く方法（これを測定系統を修正する方法と称する）に関するものである。

Ｉ−Ｖ曲線及びそれと同様の測定によって半導体デバイスを特徴づけることは周知である。歴史上、このような測定は、直流信号を印加し、測定して行われている。しかし、これらのＤＣ測定は、必ずしも適切ではない。例えば、多くの場合、これらのＤＣ測定は、デバイスを著しく加熱し、その結果小さな値で測定することになる（非特許文献１参照）。

２００５年３月ホリゾン・パブリケーションズ・インコーポレイテッド(Horizon House Publications, Inc.)発行のマイクロウエーブ・ジャーナル(Microwave Journal)「ＤＣ ＩＶ測定におけるスイープ率の重要性」（The Importance of Sweep Rate in DC IV Measurements）

本発明は、少なくとも２つの端子を有するＤＵＴ（被試験器）を試験するためのパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法を開示するものである。この測定系統は、第１の試験導体の機器端に接続可能な第１のパルス測定器と、第２の試験導体の機器端に接続可能なパルス発生器と、第２のパルス測定器とを有し、第１及び第２の試験導体は、それぞれ、それぞれのＤＵＴ端子に接続可能なＤＵＴ端を有し、第２のパルス測定器は、パルス発生器のセンス抵抗の両端間電圧を測定するよう接続される。また、この方法は、第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を一体に短絡し、第２の試験導体にパルス発生器を接続し、このパルス発生器で、２つの試験導体と第１のパルス測定器の負荷抵抗とを経て第１の電圧を供給し、第１のパルス測定器で、第１のパルス測定器負荷抵抗を横切る第２の電圧を測定し、この第２の電圧と第１のパルス測定器負荷抵抗とに基づいてパルス発生器のセンス抵抗を流れる電流を決定し、第２のパルス測定器で、センス抵抗を横切る第３の電圧を測定し、このセンス抵抗を流れる電流と第３の電圧とに基づいてセンス抵抗の抵抗値Ｒｓを決定し、ＤＵＴ上でなされた測定を修正するために抵抗値Ｒｓを使用することにある。

図１を参照すると、パルス化Ｉ−Ｖ測定系統１０は、パルス発生器１２と、ＤＵＴ（被試験器）７０へケーブル１６を介して切り替え可能に接続されるソース測定ユニットＳＭＵ１４とを含んでいる。パルス測定器１８もケーブル１６に接続されている。別個のＳＭＵ２０と別個のパルス発生器２２がケーブル２４を介してＤＵＴ７０に切り替え可能に接続されている。パルス発生器２２は、別個のパルス測定器２６にフローティングされる。

パルス発生器１２、２２は、例えば、振幅、持続長さ及び反復割合を含む所望の特性をパルスに付与している。これは、例えば、ＤＣ電圧レベルを供給する能力を含んでいる。

ＳＭＵは、ＤＣ電圧を供給し、ＤＣ電流を測定し、または、その逆を行うことができる。これらのＳＭＵは、一体化ユニットとして容易に利用することができるが、さもなければ、これらのＳＭＵは、別個の電圧/電流源及び電流／電圧メーターを備えてもよい。ＳＭＵ１４、２０は、パルス測定の他に、同じ測定系統で従来のＤＣ測定が行われるのを可能にしている。

パルス測定器１８、２６は、パルス波形を測定する。これは、例えば、ＤＣ電圧レベルの測定を含んでいる。これらのパルス測定器は、例えば、オシロスコープ又は高速ディジタイザとすることができる。

ケーブル１６、２４は、ＤＵＴ端及び機器端を有する。これらのケーブルは、例えば、同軸ケーブル、対リード線、間隔をあけて配置された回路基板トレース又はパルス測定及びＤＣ測定に好適な他の試験導体とすることができる。

パルス発生器２２は、パルス測定器２６の入力部にフローティングされている。これは、パルス発生器２２が共通モード電圧によって影響されないことを意味する。その１つの結果として、パルス発生器２２によって供給されるすべての電流は、例えば、パルス発生器２２内のセンス抵抗２８間の電圧降下に比例することになる。この抵抗は、例えば、パルス測定器２６内に配置してもよいし、いずれの外部にあってもよい。図示の例では、このセンス抵抗は、パルス測定器２６内の負荷抵抗と並列となっている。

高精度ＤＣ測定では、試験導体抵抗のようなポテンシャルエラー源の影響をなくすために、ケルヴィン測定のような技術を使用するのが一般的である。パルス方式では、このような技術は実際的ではない。

本発明は、測定系統１０から望ましくないエラーを取り除く方法を提供する。

図２を参照して述べると、１つのエラー源は、センス抵抗２８の値Ｒｓの不確実性である。

Ｒｓを測定するために、ケーブル１６、２４のＤＵＴ端は、相互に短絡されている(一般に、「スルー」と称される機器がＤＵＴの代わりに用いられる)。パルス発生器２２は、ケーブル２４の機器端に接続されている。パルス発生器２２は、ケーブル１６、２４及びパルス測定器１８の負荷抵抗ＲＬを経て電圧を供給する。ＲＬは、既知の値でもよいし、以下に述べられるように測定してもよい。パルス測定器１８は、ＲＬの両端電圧ＶＳ１を測定する。

回路を流れる電流ＩＸは、この場合、ＶＳ１/ＲＬである。典型的には、パルス測定器２６の負荷抵抗の値は、回路の電流ＩＸのすべてがセンス抵抗２８を有効に通過するような値である。

パルス測定器２６は、センス抵抗２８の両端電圧ＶＳ２を測定する。この場合、抵抗ＲＳは、ＶＳ２／ＩＸである。

図２を再び参照すると、他のエラー源は、ケーブル１６、２４の抵抗である。ケーブルが同一の場合、ケーブルの全抵抗ＲＷがケーブル全長の合計に比例すると仮定することができる。ケーブルが等しい長さである場合、各々の抵抗は、ＲＷの半分である。ＲＷは、ＲＳの前又は後に定めることができる。以下の例は、まず、ＲＷを定め、次いでＲＳを定めている。

ケーブル１６、２４のＤＵＴ端は、相互に短絡されている。ＳＭＵ１４は、ケーブル１６の機器端に接続される。また、ＳＭＵ２０は、ケーブル２４の機器端に接続される。ＳＭＵ１４は、ケーブル１６に電圧Ｖ１を供給する。ＳＭＵ２０は、ケーブル２４に電圧Ｖ２を供給する。例えば、電圧Ｖ２が０Ｖである場合には、(これは、実際のアースではなく、ＳＭＵによって強制されるバーチャルアースであることは注目すべきである)、ＳＭＵ１４自体は、ケーブル１６、２４を流れる電流ＩＤを測定することができるが、さもなければ、各ＳＭＵによって測定される電流の差が測定電流である。この場合、抵抗ＲＷは、測定電流ＩＤで割られた差（Ｖ１-Ｖ２）である。

ＲＳの決定の継続：
ＳＭＵ１４と２０との接続が外される。パルス発生器２２がケーブル２４の機器端に接続される。パルス発生器２２は、ケーブル１６、２４及びパルス測定器１８の負荷抵抗ＲＬを経て電圧を供給する。パルス測定器１８は、ＲＬの両端電圧ＶＳ１を測定する。この時、回路を流れる電流ＩＸは、ＶＳ１／ＲＬである。パルス測定器２６は、センス抵抗２８の両端電圧ＶＳ２を測定する。この時、抵抗ＲＳは、ＶＳ２／ＩＸである。

図３を参照して述べると、ＲＳの測定は、回路中の値ＲＬを実際に測定することによって更に改善することができる。

一般に、上記したものの以前に、このような測定を行なうことが望ましい。

また、既にそうでなければ、ケーブル１６、２４のＤＵＴ端を開き、ケーブル１６の機器端にＳＭＵ１４を接続する。ＳＭＵ１４は、ＲＬを経て電圧Ｖ４を供給する。ＳＭＵ１４は、ＲＬを流れる電流Ｉ４を測定する。この場合、ＲＬの値は、Ｖ４／Ｉ４である。

ＲＬ、ＲＷ、ＲＳの測定値をそれぞれ用いて、例えば、望ましくない電圧降下を否定するかセンス抵抗を一層よく知ることに基づいて電流を一層正確に決定することにより、ＤＵＴ上でなされた測定を修正することができる。

理解されるべきことであるが、 典型的には、測定系統１０の動作及び本発明の方法の実施がコンピューターあるいは同様の制御装置の制御を受ける。

図４を参照して述べると、パルスＩ−Ｖ測定系統１０'は、ＤＵＴ７０にケーブル１６を介して切り替え可能に接続されるパルス発生器１２とソース測定ユニットＳＭＵ１４とを含んでいる。パルス測定器１８もケーブル１６に接続されている。別個のＳＭＵ２０及び別個のパルス発生器２２'がＤＵＴ７０にケーブル２４を介して切り替え可能に接続されている。先の測定系統１０と異なり、パルス測定器２６'がパルス発生器２２'でフローティングされており、逆となっている。

これは、パルス測定器２６'が共通モード電圧によって影響されないことを意味する。その1つの結果として、パルス発生器２２'によって供給される電流のすべてが、例えば、パルス発生器２２'内のセンス抵抗２８を横切る電圧降下に比例することになる。この抵抗も、例えば、パルス測定器２６'内に配置されてもよいし、いずれの外部にあってもよい。

測定系統１０'の動作は、本質的に、上記した測定系統１０と同じである。また、エラーを取り除く方法も本質的に同じである。

上記の開示は、例示にすぎず、この開示に含まれる教示の公平な範囲から逸脱することなく、細部を追加したり、修正したり、除去することにより、種々の変更を行うことができることは、明白である。従って、本発明は、特許請求の範囲が必須として限定することを除いて、この開示の特定の細部に限定されるものではない。

フローティングされたパルス発生器を備えたパルスＩ−Ｖ測定系統の一例の回路図である。 本発明の理解を容易にするために単純化された図１の回路図の一部である。 本発明の理解を容易にするために単純化された図１の回路図の別の部分である。 フローティングされたパルス測定器を備えたパルスＩ−Ｖ測定系統の例の回路図である。

１０、１０' パルスＩ−Ｖ測定系統
１２、２２ パルス発生器
１４、２０ ソース測定ユニットＳＭＵ
１６、２４ ケーブル
１８、２６ パルス測定器
２８ センス抵抗
７０ 被試験器（ＤＵＴ）

Claims (8)

1. 少なくとも２つの端子を有するＤＵＴを試験するためのパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法であって、前記測定系統は、第１の試験導体の機器端に接続可能な第１のパルス測定器と、第２の試験導体の機器端に接続可能なパルス発生器と、第２のパルス測定器とを有し、前記第１及び第２の試験導体は、それぞれＤＵＴ端子に接続可能なＤＵＴ端を有し、前記パルス発生器のセンス抵抗の非接地側電位と、前記第２のパルス測定器の負荷抵抗の非接地側電位とが等しい電位にあり、前記方法は、
   前記２つの試験導体のＤＵＴ端を一体に短絡し、
   前記パルス発生器を前記第２の試験導体に接続し、
   前記パルス発生器で、前記２つの試験導体と前記第１のパルス測定器の負荷抵抗を経て第１の電圧を供給し、
   前記第１のパルス測定器で前記第１のパルス測定器負荷抵抗の両端間の第２の電圧を測定し、
   前記第２の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗とに基づいて前記パルス発生器の前記センス抵抗を流れる電流を決定し、
   前記第２のパルス測定器で、前記センス抵抗の両端間の第３の電圧を測定し、
   前記センス抵抗を流れる電流と前記第３の電圧に基づいて前記センス抵抗の抵抗値ＲＳを決定し、
   前記ＤＵＴ上でなされた測定を修正するために前記抵抗値ＲＳを使用する
   パルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を開き、
   前記第１の試験導体にＳＭＵを接続し、
   前記ＳＭＵで前記第１のパルス測定器負荷抵抗を経て第４の電圧を供給し、
   前記ＳＭＵで前記第１のパルス測定器負荷抵抗を流れる電流を測定し、
   前記第４の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗を経て測定された電流とに基づいて
   前記第１のパルス測定器負荷抵抗の抵抗値ＲＬを決定し、
   前記抵抗値ＲＳの決定と前記ＤＵＴでなされた測定を修正するのに前記抵抗値ＲＬを使用する
   ことを更に含むパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
3. 少なくとも２つの端子を有するＤＵＴを試験するためのパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法であって、前記測定系統は、第１の試験導体の機器端にそれぞれ接続可能な第１のＳＭＵと第１のパルス測定器と、第２の試験導体の機器端にそれぞれ接続可能な第２のＳＭＵとパルス発生器と、第２のパルス測定器とを有し、前記第１及び第２の試験導体は、それぞれのＤＵＴ端子にそれぞれ接続可能なＤＵＴ端を有し、前記パルス発生器のセンス抵抗の非接地側電位と、前記第２のパルス測定器の負荷抵抗の非接地側電位とが等しい電位にあり、前記方法は、
   前記２つの試験導体のＤＵＴ端を一体に短絡し、
   それぞれの試験導体に前記ＳＭＵを接続し、
   前記第１のＳＭＵで前記第１の試験導体上に第１の電圧を供給し、
   前記第２のＳＭＵで前記第２の試験導体に第２の電圧を供給し、
   少なくとも一方のＳＭＵで前記第１及び第２の試験導体を流れる電流を測定し、
   前記第１と第２の電圧の差と前記測定電流とに基づいて前記２つの試験導体の抵抗値ＲＷを決定し、
   前記ＳＭＵの接続を外し、
   前記第２の試験導体に前記パルス発生器を接続し、
   前記パルス発生器で前記第１と第２の試験導体と前記第１のパルス測定器負荷抵抗とを経て第３の電圧を供給し、
   前記第１のパルス測定器で前記第１のパルス測定器負荷抵抗の両端間の第４の電圧を測定し、
   前記第４の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗とに基づいて前記パルス発生器の前記センス抵抗を経て流れる電流を決定し、
   前記第２のパルス測定器で前記センス抵抗の両端間の電圧を測定し、
   前記センス抵抗を流れる電流と前記センス抵抗の両端間の電圧に基づいて前記センス抵抗の抵抗値ＲＳを決定し、
   前記ＤＵＴ上でなされた測定を修正するために前記抵抗値ＲＷとＲＳを使用する
   パルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を開き、
   前記第１の試験導体に前記第１のＳＭＵを接続し、
   前記第１のＳＭＵで前記第１のパルス測定器負荷抵抗を経て第５の電圧を供給し、
   前記第１のＳＭＵで前記第１のパルス測定器負荷抵抗を流れる電流を測定し、
   前記第５の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗を流れる前記電流とに基づいて前記
   第１のパルス測定器負荷抵抗の抵抗値ＲＬを決定し、
   抵抗値ＲＳを決定し前記ＤＵＴでなされる測定を修正するのに前記抵抗値ＲＬを使用する
   ことを更に含むパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
5. 少なくとも２つの端子を有するＤＵＴを試験するためのパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法であって、前記測定系統は、第１の試験導体の機器端に接続可能な第１のパルス測定器と、第２の試験導体の機器端に接続可能なパルス発生器と、第２のパルス測定器とを有し、前記第１と第２の試験導体は、それぞれのＤＵＴ端子に接続可能なＤＵＴ端を有し、前記第２のパルス測定器は、前記パルス発生器のセンス抵抗の両端間電圧を測定するよう接続され、前記方法は、
   前記第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を一体に短絡し、
   前記第２の試験導体に前記パルス発生器を接続し、
   前記パルス発生器で、前記第１と第２の試験導体と前記第１のパルス測定器負荷抵抗とを通して第１の電圧を供給し、
   前記第１のパルス測定器で、前記第１のパルス測定器負荷抵抗の両端間の第２の電圧を測定し、
   前記第２の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗とに基づいて前記パルス発生器の前記センス抵抗を流れる電流を決定し、
   前記第２のパルス測定器で、前記センス抵抗の両端間の第３の電圧を測定し、
   前記センス抵抗を流れる電流と前記第３の電圧とに基づいて前記センス抵抗の抵抗値ＲＳを決定し、
   前記ＤＵＴ上でなされた測定を修正するために前記抵抗値ＲＳを使用する
   パルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を開き、
   前記第１の試験導体にＳＭＵを接続し、
   前記ＳＭＵで、前記第１のパルス測定器負荷抵抗を通して第４の電圧を供給し、
   前記ＳＭＵで、前記第１のパルス測定器負荷抵抗を流れる電流を測定し、
   前記第４の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗を経て測定された前記電流とに基づいて前記第１のパルス測定器負荷抵抗の抵抗値ＲＬを決定し、
   抵抗値ＲＳを決定し、前記ＤＵＴでなされた測定を修正するのに前記抵抗値ＲＬを使用する
   ことを更に含むパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
7. 少なくとも２つの端子を有するＤＵＴを試験するためのパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法であって、前記測定系統は、第１の試験導体の機器端にそれぞれ接続可能な第１のＳＭＵと第１のパルス測定器と、第２の試験導体の機器端にそれぞれ接続可能な第２のＳＭＵとパルス発生器と、第２のパルス測定器とを有し、前記第１と第２の試験導体は、それぞれのＤＵＴ端子に接続可能なＤＵＴ端を有し、前記第２のパルス測定器は、前記パルス発生器のセンス抵抗の両端間電圧を測定するよう接続され、前記方法は、
   前記第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を一体に短絡し、
   それぞれの試験導体に前記ＳＭＵを接続し、
   前記第１のＳＭＵで、前記第１の試験導体に第１の電圧を供給し、
   前記第２のＳＭＵで、前記第２の試験導体上に第２の電圧を供給し、
   少なくとも一方のＳＭＵで、前記第１と第２の試験導体を流れる電流を測定し、
   前記第１と第２の電圧の差と前記測定電流とに基づいて前記第１と第２の試験導体の抵抗値ＲＷを決定し、
   前記ＳＭＵの接続を外し、
   前記第２の試験導体に前記パルス発生器を接続し、
   前記パルス発生器で、前記第１と第２の試験導体と前記第１のパルス測定器の負荷抵抗とを経て第３の電圧を供給し、
   前記第１のパルス測定器で、前記第１のパルス測定器負荷抵抗の両端間の第４の電圧を
   測定し、
   前記第４の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗とに基づいて前記第パルス発生器の前記センス抵抗を流れる電流を決定し、
   前記第２のパルス測定器で、前記センス抵抗の両端間の電圧を測定し、
   前記センス抵抗を流れる電流と前記センス抵抗の両端間の電圧とに基づいて前記センス抵抗の抵抗値ＲＳを決定し、
   前記ＤＵＴ上でなされた測定を修正するために前記抵抗値ＲＷとＲＳとを使用する
   ことを含むパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記第１と第２の試験導体のＤＵＴ端を開き、
   前記第１の試験導体に前記第１のＳＭＵを接続し、
   前記第１のＳＭＵで、前記第１のパルス測定器負荷抵抗を通して第５の電圧を供給し、
   前記第１のＳＭＵで、前記第１のパルス測定器負荷抵抗を流れる電流を測定し、
   前記第５の電圧と前記第１のパルス測定器負荷抵抗を経て測定された電流とに基づいて前記第１のパルス測定器負荷抵抗の抵抗値ＲＬを決定し、
   抵抗値ＲＳを決定し、前記ＤＵＴ上でなされた測定を修正するのに前記抵抗値ＲＬを使用する
   ことを含むパルスＩ−Ｖ測定系統を修正する方法。

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