KR101918167B1 - 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치를 개시하며, CMOS 집적 회로로 제작되고, 소스 기능과 싱크 기능을 구현하기 위하여 포지티브 극성과 네가티브 극성에서 동작이 가능한 양극성 특성을 가지며, 디지털 아날로그(Digital to Analog) 컨버팅 기술 및 아날로그 디지털(Analog to Digital) 컨버팅 기술을 채용하고, 단극성의 세팅 데이터를 양극성의 세팅 값으로 변환하여 측정하며, 양극성의 측정 결과를 단극성의 측정 값으로 변환한다.

Description

반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치{SOURCE AND MEASURE APPARATUS OF SEMICONDUCTOR ELEMENT}

본 발명은 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CMOS 공정으로 구현 가능한 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치에 관한 것이다.

현재 반도체 소자의 측정에 많이 사용되는 소스 및 측정(Source and Measure) 장치는 전압을 소싱(Sourcing)하면서 전류를 측정(Measure)하거나 전류를 소싱하면서 전압을 측정할 수 있는 장치이다.

일반적으로 소스 및 측정 장치는 파워 서플라이와 측정부를 결합시키고 피드백에 의하여 서로 컨트롤하도록 구성된다. 따라서, 소스 및 측정 장치는 여러 개의 반도체 칩을 사용하여 파워 서플라이와 측정부가 동시에 연동되며 마이크로 컨트롤러를 이용하여 각 부분의 실시간 상황을 파악하고 동작을 위한 명령을 제공하도록 제작된다. 상기한 방식의 SMU는 여러 개의 반도체 칩과 연결선이 내장되어 복잡하며 사이즈가 크게 제작된다.

상기한 소스 및 측정 장치는 개별 측정 장치에 비하여 더 빠른 테스트 시간, 간소한 연결, 향상된 정확도, 여러 대의 측정용 장치를 하나의 장치로 대체할 수 있는 비용적 측면 등에서 이점이 있다. 그리고, 소스 및 측정 장치는 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있으므로 과부하와 열 손실 등의 문제로부터 테스트 중인 장치를 보호하는 기능, 빠른 측정 속도 및 측정 결과의 정밀도가 요구된다.

한편, 소스 및 측정 장치는 스마트폰 등 모바일 기기가 급속히 보급됨에 따라 모바일 기기와 연동할 수 있으며 정밀도는 낮아도 간편하게 언제 어디서나 전자기기의 동작 여부 정도를 파악할 수 있는 수준으로 제작될 필요가 있다.

이러한 소스 및 측정 장치는 모바일 기기의 배터리 또는 별도의 충전기를 통해 전원을 공급받고 모바일 기기에 설치된 어플리케이션으로 동작할 수 있도록 구성되어야 한다.

모바일 기기와 연동을 위한 소스 및 측정 장치는 CMOS 집적 회로로서 구현될 필요성이 있으며, 소스 기능과 싱크 기능이 가능하기 위해서 포지티브 극성과 네가티브 극성에서 모두 동작이 가능한 양극성 특성을 갖도록 설계될 필요가 있다.

CMOS 집적 회로는 반도체 기판 상에 구현된 N-Well과 P-Well에 구성되는 PMOS 소자와 NMOS 소자를 포함한다. 이 경우, 기판이 P-type이냐 N-type이냐에 따라 기판은 그라운드 전압(VSS)이나 전원 전압(VDD)을 공급받으며, 그에 따른 회로는 단극성이 된다. 그러므로, 소스 및 측정 장치는 포지티브 VDD와 네가티브 VDD를 이용하는 양극성 특성을 갖는 한 개의 CMOS 칩으로 구현되기 어렵다.

그리고, 모바일 기기와 연동을 위한 소스 및 측정 장치는 모바일 기기의 어플리케이션과 연동을 위해서는 디지털 아날로그(Digital to Analog) 컨버팅 기술 및 아날로그 디지털(Analog to Digital) 컨버팅 기술을 채용할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 스마트폰 등의 모바일 기기와 연동하여 사용가능하며 간편하게 언제 어디서나 전자기기의 동작 여부 정도를 파악할 수 있는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 CMOS 집적 회로로 제작되며, 소스 기능과 싱크 기능을 구현하기 위하여 포지티브 극성과 네가티브 극성에서 동작이 가능한 양극성 특성을 갖는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 스마트폰 등의 모바일 기기와 연동하기 위하여 디지털 아날로그(Digital to Analog) 컨버팅 기술 및 아날로그 디지털(Analog to Digital) 컨버팅 기술을 채용한 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 단극성의 세팅 데이터를 양극성의 세팅 값으로 변환하고, 양극성의 세팅 값으로 측정 대상을 측정하고, 양극성의 측정 결과를 단극성의 측정 값으로 변환한 후 측정 데이터로 변환하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치는, 포지티브 극성 또는 네가티브 극성을 정의하는 극성 신호를 이용하여 전류 세팅 데이터 및 전압 세팅 데이터를 포지티브 값의 전류와 전압으로 표현되는 양극성 좌표 상의 전류 세팅 값과 전압 세팅 값으로 변환하는 디지털 아날로그 컨버팅 회로; 및 상기 극성 신호, 전압 모드와 전류 모드를 정의하는 모드 신호, 상기 전류 세팅 값 및 상기 전압 세팅 값을 수신하고, 측정 대상으로부터 측정 전류 및 측정 전압을 수신하며, 상기 측정 전류가 상기 전류 세팅 값을 초과하는 전류 한계 상황 및 상기 측정 전압이 상기 전압 세팅 값을 초과하는 전압 한계 상황을 판단하고, 상기 모드 신호, 상기 극성 신호, 상기 전류 한계 상황 및 상기 전압 한계 상황을 이용하여 상기 전압 세팅 값과 상기 측정 전압의 제1 쌍 또는 상기 전류 세팅 값과 상기 측정 전류의 제2 쌍 중 하나를 제1 신호와 제2 신호로 선택하고, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차에 대응하는 값을 측정 대상에 제공하며, 상기 측정 전류 및 상기 측정 전압을 측정 결과로서 출력하는 소스 및 측정 유니트;를 포함함을 특징으로 한다.

여기에서, 소스 및 측정 유니트는 전압 모드시에는 측정 전압이 신호의 차에 대응하는 값에 의한 피드백 제어 기능으로 전압 세팅 값과 동일하게 유지되고 측정 전류를 측정 결과로 출력하며, 전류 모드시에는 측정 전류가 신호의 차에 대응하는 값에 의한 피드백 제어기능으로 전류 세팅 값과 동일하게 유지되고 측정 전압을 측정 결과로 출력한다.

그리고, 본 발명의 소스 전압을 입력하고 전류를 측정하거나 소스 전류를 입력하고 전압을 측정하는 소스 및 측정 장치는, 상기 소스 전압 및 상기 소스 전류를 미리 설정된 기준 레벨만큼 이동시켜서 단극성 전원으로 정의되는 좌표계 상의 전압 세팅 값과 전류 세팅 값으로 변환하는 소스 변환 회로; 및 극성 신호, 모드 신호, 상기 전류 세팅 값과 측정 전류의 제1 비교 정보 및 상기 전압 세팅 값과 상기 측정 전류의 제2 비교 정보의 조합에 의한 스위칭 제어로써 측정 대상에 대한 양극성 측정을 수행하고 상기 양극성 측정에 따른 측정 결과를 얻는 소스 및 측정 유니트;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 소스 및 측정 장치가 스마트폰 등의 모바일 기기와 연동하여 사용가능하며 간편하게 언제 어디서나 전자기기의 동작 여부 정도를 파악할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명은 한 개의 전원으로도 양극성 특성을 갖도록 함으로써 소스 및 측정 장치를 CMOS 집적 회로로 제작할 수 있고 여러 가지의 다양한 측정 환경에서도 전원이나 측정 장치를 간단하게 구성하여 측정할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 양극성의 세팅 데이터를 단극성으로 변환하기 위한 좌표 변환 방법을 설명하는 도면
도 3은 도 1의 DAC의 실시예를 나타내는 회로도.
도 4는 도 1의 SMU의 상세 회로도.
도 5는 도 1의 로직부의 상세 회로도.
도 6은 도 1의 ADC에 포함된 양극성 신호를 단극성 신호로 변환하는 회로도.
도 7은 도 1의 DUT에 대한 소스 및 측정을 설명하는 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치의 실시예를 예시한 블록도이다.

도 1의 소스 및 측정 장치(SMIC)는 정밀 측정이 필요없는 일반적인 용도로 간편하게 전자기기의 동작 여부를 파악하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 스마트폰과 같은 모바일 기기(도시되지 않음)나 충전기(도시되지 않음)로부터 전원을 공급받도룩 구성될 수 있다.

소스 및 측정 장치(SMIC)는 디지털 아날로그 컨버팅 회로, 복수 개의 소스 및 측정 유니트(Source and Measure Unit : 이하, “SMU”라 함) 및 아날로그 디지털 컨버팅 회로를 포함할 수 있다. 디지털 아날로그 컨버팅 회로는 SMU 별로 2 개씩 대응되는 디지털 아날로그 컨버터들을 포함할 수 있다. 그리고, 아날로그 디지털 컨버팅 회로는 SMU 들에 공유되는 하나 또는 둘 이상의 아날로그 디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 이하, 디지털 아날로그 컨버터는 DAC로 표시하고, 아날로그 디지털 컨버터는 ADC로 표시한다.

그리고, 소스 및 측정 장치(SMIC)는 모바일 기기의 어플리케이션(이하, “APP”이라 함)과 연동하도록 구성되며 측정 대상(Device under Test, 이하, “DUT”라 함)에 대한 소싱과 측정을 수행하도록 구성된다.

APP는 측정을 위하여 모바일 기기에 설치된 프로그램으로 이해할 수 있다.

DUT는 MOS 트랜지스터 등과 같이 전자기기, 전자부품 또는 전자소자 등이 선택될 수 있다. DUT는 하나 또는 복수 개의 대상이 선택될 수 있으며, 본 발명은 설명의 편의를 위하여 하나의 DUT에 대해 실시하는 것으로 예시한다.

소스 및 측정 장치(SMIC)는 디지털 로직과 아날로그 회로의 결합에 의해 간편화된 하나의 CMOS 칩으로 제작될 수 있으며, SMU 단위로 전압을 소싱하면서 전류를 측정하거나 전류를 소싱하면서 전압을 측정하는 기능을 제공한다.

상기한 기능을 위하여, 소싱 및 측정 장치(SMIC)는 DAC들(10~17), SMU들(20~26) 및 ADC들(30, 32)을 포함한다.

한 쌍의 DAC(10, 11)는 SMU(20)에 연결되고, 한 쌍의 DAC(12, 13)는 SMU(22)에 연결되며, 한 쌍의 DAC(14, 15)는 SMU(24)에 연결되고, 한 쌍의 DAC(16, 17)는 SMU(26)에 연결된다.

APP는 SMU들(20~26)을 이용한 소싱 및 측정 기능을 구현하기 위하여 극성 신호(POL0~POL3), 모드 신호(VIM0~VIM3), 전압 세팅 데이터(VDAT0~VDAT3) 및 전류 세팅 데이터(IDAT0~IDAT3)를 출력한다.

보다 구체적으로, SMU(20)를 이용한 DUT의 소싱 및 측정을 위하여, APP는 극성 신호(POL0)와 전압 세팅 데이터(VDAT0)를 DAC(10)에 제공하고, 극성 신호(POL0)와 전류 세팅 데이터(IDAT0)를 DAC(11)에 제공하며, 극성 신호(POL0) 및 모드 신호(VIM0)를 SMU(20)에 제공한다. SMU(20)는 DAC(10)에서 출력되는 전압 세팅 값(VDAC0)과 DAC(11)에서 출력되는 전류 세팅 값(IDAC0)을 수신하고, 측정 결과로서 측정 전압(VADIN) 또는 측정 전류(IADIN)을 ADC(30, 32)에 각각 출력하며, 측정 단자들(SD0+, SD0-)이 DUT에 연결되도록 구성된다.

또한, 나머지 SMU들(22, 24, 26)을 이용한 DUT의 소싱 및 측정을 위하여, APP는 극성 신호들(POL1~POL3)과 전압 세팅 데이터들(VDAT1~VDATA3)을 각 DAC(12, 14, 16)에 제공하고, 극성 신호들(POL1~POL3)과 전류 세팅 데이터들(IDAT1~IDAT3)을 각 DAC들(13, 15, 17)에 제공하며, 극성 신호들(POL1~POL3) 및 모드 신호들(VIM1~VIM3)을 각 SMU들(22, 24, 26)에 제공한다. SMU들(22, 24, 26)은 각 DAC(12, 14, 16)에서 출력되는 전압 세팅 값들(VDAC1~DAC3)과 각 DAC(13, 15, 17)에서 출력되는 전류 세팅 값들(IDAC1~IDAC3)을 각각 수신한다. 그리고, SMU들(22, 24, 26)은 SMU(20)와 동일하게 측정 결과로서 측정 전압(VADIN) 또는 측정 전류(IADIN)을 ADC들(30, 32)에 각각 출력하며, 측정 단자들(SD1+~SD3+, SD1-~SD3-)이 DUT에 연결되도록 구성된다.

아날로그 디지털 컨버팅 회로는 SMU들(20, 22, 24, 26)의 측정 전압들(VADIN)에 대하여 공통으로 구성된 ADC(30)와 SMU들(20, 22, 24, 26)의 측정 전류들(IADIN)에 대하여 공통으로 구성된 ADC(32)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 아날로그 디지털 컨버팅 회로는 SMU들(20, 22, 24, 26)에서 측정 전압(VADIN)과 측정 전류(IADIN)가 각각 선택적으로 출력되는 것을 고려하여 하나의 ADC를 공통 이용되도록 구성될 수 있다.

상술한 ADC(30)와 ADC(32)는 측정 전압(VADIN)과 측정 전류(IADIN)에 대응하는 측정 전압 데이터(VADC)와 측정 전류 데이터(IADC)를 APP에 제공하도록 구성된다.

먼저, 상술한 구성에서 각 DAC(10~17)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.

각 DAC(10~17)는 소스 전압 및 소스 전류를 미리 설정된 기준 레벨만큼 이동시켜서 단극성 전원으로 정의되는 좌표계 상의 전류 세팅 값과 전류 세팅 값으로 변환하는 소스 변환 회로로 작용한다.

각 DAC(10~17)는 전압 세팅 데이터들(VDAT0~VDAT3) 또는 전류 세팅 데이터들(IDAT0~IDAT3)과 극성 신호들(POL0~POL3)을 APP으로부터 디지털 상태로 각각 수신하여, 극성 신호들(POL0~POL3)을 이용하여 전압 세팅 데이터들(VDAT0~VDAT3) 또는 전류 세팅 데이터들(IDAT0~IDAT3)을 양극성 좌표 상의 아날로그 신호인 전압 세팅 값들(VDAC0~VDAC3) 또는 전류 세팅 값들(IDAC0~IDAC3)로 변환한다.

일반적인 SMU는 실제로 포지티브 동작 구간과 네가티브 동작 구간을 갖는 파워 발생기(Power Generator)를 이용하여 구현된다. 그러므로, 일반적인 SMU는 도 2의 (a)와 같은 좌표계 상에 존재하는 전류와 전압에 대응한 동작에 어려움이 없다.

즉, 일반적인 SMU는 도 2의 (a)로 표시된 좌표계 상에서 소싱과 싱킹이 일어난다. 도 2의 (a)를 참조하면, 일반적인 SMU에서, Ⅰ사분면에서 포지티브(+) 소싱이 일어나고, Ⅲ사분면에서 네가티브(-) 소싱이 일어나고, Ⅱ사분면과 Ⅳ사분면에서 전압과 전류의 방향이 반대이므로 싱킹이 일어난다.

그러나, 본 발명의 SMU와 연동되는 모바일 기기는 단일 극성의 배터리 전원을 이용하므로 DUT의 측정을 위하여 네가티브 전압 또는 네가티브 전류를 안정성있게 구동하기 어렵다.

그러므로, 본 발명의 DAC들(10~17)은 도 2의 (b)와 같이 전압과 전류의 포지티브 구간에서 사분면을 구현하도록 구성된다. 그러므로, 도 2의 (a)와 비교하여, DAC들(10~17)은

VDD(여기에서, VDD는 CMOS의 동작전압)만큼 이동된 기준으로 전압 세팅 값들(VDAC0~VDAC3)의 양극성을 표현하며

(여기에서, R은 저항)만큼 이동된 기준으로 전류 세팅 값들(IDAC0~IDAC3)의 양극성을 표현한다.

도 2의 (a) 및 (b)의 커브는 전압과 전류에 의한 전력의 한계치를 표현한 것이다.

보다 구체적으로, DAC들(10~17)은 포지티브 극성에 대응하는 극성 신호(POL)에 의해 전압 세팅 데이터들(VDAT0~VDAT3) 또는 전류 세팅 데이터들(IDAT0~IDAT3)을 양극성 좌표 상의 미리 설정된 기준 전류

또는 기준 전압

VDD 보다 높은 레벨의 전압 세팅 값들(VDAC0~VDAC3) 또는 전류 세팅 값들(IDAC0~IDAC3)로 출력한다. 이와 반대로, DAC들(10~17)은 네가티브 극성에 대응하는 극성 신호(POL)에 의해 전압 세팅 데이터들(VDAT0~VDAT3) 또는 전류 세팅 데이터들(IDAT0~IDAT3)을 양극성 좌표 상의 미리 설정된 기준 전류

또는 기준 전압

VDD 보다 낮은 레벨의 전압 세팅 값들(VDAC0~VDAC3) 또는 전류 세팅 값들(IDAC0~IDAC3)으로 출력한다.

상기한 동작을 위하여 각 DAC(10~17)는 도 3과 같이 구성될 수 있다. 도 3에서, 세팅 데이터(DAT)는 전압 세팅 데이터들(VDAT0~VDAT3) 또는 전류 세팅 데이터들(IDAT0~IDAT3)에 대응하는 것이며, OP AMP(18)의 출력 값(ODAC)은 전압 세팅 값들(VDAC0~VDAC3) 또는 전류 세팅 값들(IDAC0~IDAC3)에 대응하는 아날로그 값이다.

DAC는 OP AMP(18), 직렬 연결된 저항들(Rs0~Rs8)을 포함하는 저항 스트링 및 저항들(Rd0~Rd8)을 포함한다.

여기에서, OP AMP(18)는 기준 전압

VDD 이 제1 입력단(+)에 인가되고 비교 전압이 제2 입력단(-)에 인가되며 피드백 저항(Rf)을 갖도록 구성된다. OP AMP(18)는 상기한 구성에 의하여 비교 및 증폭 동작을 수행할 수 있다.

저항 스트링은 OP AMP(18)의 제2 입력단(-)에 연결되며 극성 신호(POL)에 대응하는 정전압이 인가된다. 포지티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 전원전압 VDD이 정전압으로 인가될 수 있고, 네가티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 0V가 정전압으로 인가될 수 있다.

그리고, 저항들(Rd0~Rd8)은 저항 스트링의 단위 노드 별로 구성되며, 세팅 데이터DAT)에 극성 신호(POL)를 최상위비트(MSB)로 조합한 비교 데이터의 각 비트에 대응하는 노드 전압들을 저항 스트링의 단위 노드 별로 인가한다.

상기한 바에서 비교 전압은 정전압과 노드 전압들의 조합으로 결정된다.

상술한 바와 같이 구성된 도 3의 DAC는 R-2R 래더(Ladder) 방식의 8비트 DAC의 설계를 예시한 것으로 이해될 수 있으며, 저항들(Rd0~Rd8)은 저항들(Rs0~Rs8)보다 2배 높은 저항값을 갖도록 구성됨이 바람직하다.

상술한 구성에 의하여, OP AMP(18)는 포지티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 기준 전압

VDD 보다 높은 레벨의 아날로그 값(ODAC)을 출력하고 네가티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 기준 전압

VDD 보다 낮은 레벨의 아날로그 값(ODAC)을 출력한다.

따라서, 도 3의 DAC는 상기한 비교기(18)의 동작에 의해서 양극성의 세팅 값(ODAC)을 출력할 수 있다.

한편, SMU들(20~26)의 구성 및 동작에 대하여 살펴본다. 각 SMU(20~26)는 도 4와 같이 구성될 수 있다.

SMU는 전압을 소싱하고 전류를 측정하는 전압 모드 및 전류를 소싱하고 전압을 측정하는 전류 모드 중 하나로 동작될 수 있다. 전압 모드의 경우, 전류 세팅 값은 과전류 값의 상한치 즉 전류 한계치에 해당한다. 전류 모드의 경우, 전압 세팅 값은 과전압 값의 상한치 즉 전압 한계치에 해당한다.

SMU는 한 쌍의 DAC에서 출력되는 전압 세팅 값(VDAC)과 전류 세팅 값(IDAC0)을 수신하고, 측정 대상으로부터 측정 결과로서 측정 전압(VADIN) 또는 측정 전류(IADIN)를 출력하며, 측정 단자들(SD+, SD-)이 DUT에 연결되도록 구성된다. 측정 단자들은 SD0+~SD3+, SD0-~SD3-를 대표하여 SD+, SD-로 표시한다.

그리고, SMU는 모드 신호(VIM)와 측정 전압(VMEAS)이 전압 세팅 값(VDAC)을 초과하는 전압 한계 상황 또는 측정 전류(IMEAS)가 전류 세팅 값(IDAC)을 초과하는 전류 한계 상황에 따라 모드를 변경하며, 극성 신호(POL)에 따라 전압 한계 상황 및 전류 한계 상황을 변경하도록 구성될 수 있다.

즉, SMU는 전류 한계 상황 및 전압 한계 상황을 판단하고, 모드 신호(VIM), 극성 신호(POL), 전류 한계 상황 및 전압 한계 상황을 이용하여 전압 세팅 값(VDAC)과 측정 전압(VMEAS)의 제1 쌍 또는 전류 세팅 값(IDAC)과 측정 전류(IMEAS)의 제2 쌍 중 하나를 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)로 선택하고, 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)의 차에 대응하는 신호를 DUT에 제공하며, 몇 번의 피드백을 수행한 후 안정화된 측정 전류(IMEAS) 및 측정 전압(VMEAS)을 측정 결과로서 출력하도록 구성된다.

여기에서, SMU는 전압 모드시에는 측정 전압이 신호의 차에 대응하는 값에 의한 피드백 제어 기능으로 전압 세팅 값과 동일하게 유지되고 측정 전류를 측정 결과로 출력하며, 전류 모드시에는 측정 전류가 신호의 차에 대응하는 값에 의한 피드백 제어기능으로 전류 세팅 값과 동일하게 유지되고 측정 전압을 측정 결과로 출력한다.

상기한 동작을 위하여, SMU는 한계 판단부(110), 로직부(100), 에러 증폭기(120), 전압 버퍼(130), 전류 범위 제어부(140), 측정 전류 구동부(150) 및 측정 전압 구동부(160)를 포함한다.

한계 판단부(110)는 두 개의 비교기(112, 114)를 포함한다. 비교기(114)는 측정 전류(IMEAS)와 전류 세팅 값(IDAC)을 비교하여 전류 한계 상황을 판단한 전류 플래그(IFLAG)를 출력하고, 비교기(112)는 측정 전압(VMEAS)과 전압 세팅 값(VDAC)을 비교하여 전압 한계 상황을 판단한 전압 플래그(VFLAG)를 출력한다.

로직부(100)는 모드 신호(VIM)로써 전압 모드와 전류 모드를 판단하고, 전압 모드에서 극성 신호(POL)와 전류 플래그(IFLAG)를 이용하고 전류 모드에서 극성 신호(POL)와 전압 플래그(VFLAG)를 이용함으로써 전압 세팅 값(VDAC)과 측정 전압(VMEAS)의 제1 쌍과 전류 세팅 값(IDAC)과 측정 전류(IMEAS)의 제2 쌍 중 하나를 선택하여서 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)를 출력한다.

에러 증폭기(120)는 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)의 차에 대응하는 신호를 DUT에 제공하기 위하여 출력하며, 전류 모드시의 한계 상황에서 세팅 전압을 제한하고, 전압 모드 시의 한계 상황에서 세팅 전류를 제한한다.

전압 버퍼(130)는 에러 증폭기(120)의 출력을 증폭하여 출력한다.

전류 범위 제어부(140)는 병렬로 연결된 저항들(R0~R3)을 포함하며, 저항들(R1~R3)에 직렬로 연결된 스위치들(S1~S3)을 포함한다. 상기한 구성에 의하여, 전류 범위 제어부(140)는 저항 값을 변경할 수 있으며, 저항 값에 대응하여 전압 버퍼(130)에서 DUT로 흐르는 전류의 범위를 제어할 수 있다.

상기한 구성에 의하여, 에러 증폭기(120)의 출력은 전압 버퍼(130) 및 전류 범위 제어부(140)를 통하여 DUT로 전달될 수 있다.

전류 범위 제어부(140)의 양단에 형성되는 전압은 오옴의 법칙에 따라 흐르는 전류의 양을 나타낸다. 측정 전류 구동부(150)는 전류 범위 제어부(140)의 양단에 형성되는 전압을 비교 증폭하여서 측정 전류(IMEAS)로 출력한다. 일례로, 측정 전류 구동부(150)는 버퍼 회로와 하이 CMRR(high Common-mode Rejection Ratio) 증폭기를 이용하는 것으로 이해될 수 있다.

그리고, DUT의 전압은 측정 단자들(SD+, SD-) 간에 인가되는 전압에 대응된다. 측정 전압 구동부(160)는 버퍼로 구성될 수 있으며 측정 단자들(SD+, SD-) 간에 인가되는 전압을 측정 전압(VMEAS)으로 출력한다.

한편, SMU는 측정 전류(IMEAS)와 측정 전압(VMEAS) 중 하나를 측정 결과로 출력하기 위한 스위치들(SI, SV)을 포함한다. 스위치(SI)는 측정 전류(IMEAS)를 전류 측정 결과(IADIN)로 출력하기 위한 것이고, 스위치(SV)는 측정 전압(VMEAS)을 전압 측정 결과(VADIN)로 출력하기 위한 것이다. 측정 결과는 스위치들(SI, SV)의 엇갈린 스위칭 동작에 의하여 전류 측정 결과(IADIN)와 전압 측정 결과(VADIN) 중 하나를 포함할 수 있다.

상술한 구성에서, 로직부(100)는 도 5와 같이 선택 신호 출력부(200), 예비 선택부(210) 및 출력 선택부(220)를 포함한다.

선택 신호 출력부(200)는 멀티플렉서들(202, 204)를 포함한다.

멀티플렉서(202)는 비반전된 전류 플래그(IFLAG)와 반전된 전류 플래그(IFLAGB)를 수신하며 극성 신호(POL)에 따라 하나를 선택하여 선택신호(A)로 출력하도록 구성된다. 전류 플래그(IFLAG)는 인버터에 의하여 반전된 전류 플래그(IFLAG)로 변환될 수 있다. 따라서, 멀티플렉서(202)는 포지티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 비반전된 전류 플래그(IFLAG)를 선택 신호(A)로 출력하고 네가티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 반전된 전류 플래그(IFLAGB)를 선택 신호(A)로 출력한다.

멀티플렉서(204)는 비반전된 전압 플래그(VFLAG)와 반전된 전압 플래그(VFLAGB)를 수신하며 극성 신호(POL)에 따라 하나를 선택하여 선택신호(B)로 출력하도록 구성된다. 전압 플래그(VFLAG)는 인버터에 의하여 반전된 전압 플래그(VFLAG)로 변환될 수 있다. 따라서, 멀티플렉서(204)는 포지티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 비반전된 전압 플래그(VFLAG)를 선택 신호(B)로 출력하고 네가티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 반전된 전압 플래그(VFLAGB)를 선택 신호(B)로 출력한다.

멀티플렉서들(202, 204)은 포지티브 극성인 경우 비반전된 전류 플래그(IFLAG) 및 비반전된 전압 플래그(VFLAG)를 선택신호들(A, B)로 출력하고 네가티브 극성인 경우 반전된 전류 플래그(IFLAGB) 및 반전된 전압 플래그(VFLAGB)를 선택신호들(A, B)로 출력한다.

포지티브 극성에서, 세팅 전압 값(VDAC)보다 측정 전압(VMEAS)이 크면 전압 한계 상황으로 판단할 수 있고, 세팅 전류 값(IDAC)보다 측정 전류(IMEAS)가 크면 전류 한계 상황으로 판단할 수 있다. 그러나, 네가티브 극성에서 전압 한계 상황과 전류 한계 상황은 반대로 판단되어야 한다. 즉, 네가티브 극성에서, 세팅 전압 값(VDAC)보다 측정 전압(VMEAS)이 크면 전압 한계 상황으로 미달한 것으로 판단되고, 세팅 전류 값(IDAC)보다 측정 전류(IMEAS)가 크면 전류 한계 상황에 미달한 것으로 판단된다. 그러므로, 세팅 전류 값(IDAC)보다 측정 전류(IMEAS)가 큰지 또는 작은지를 나타내는 전류 플래그(IFLAG)와 세팅 전압 값(VDAC)보다 측정 전압(VMEAS)이 큰지 또는 작은지를 나타내는 전압 플래그(VFLAG)는 네가티브 극성에서 반전되어야 한다.

상기한 선택 신호 출력부(200)는 극성 신호(POL)에 따라 전류 한계 상황과 전압 한계 상황을 변경한다. 즉, 선택 신호 출력부(200)는 극성 신호(POL)에 따라 전류 플래그(IFLAG)와 전압 플래그(VFLAG)의 상태를 변경하여 선택 신호들(A, B)로 출력하는 것이다.

한편, 예비 선택부(210)는 선택 신호(A)에 의해서 전압 세팅 값(VDAC)과 측정 전압(VMEAS)의 제1 쌍과 전류 세팅 값(IDAC)과 측정 전류(IMEAS)의 제2 쌍 중 하나를 선택하여서 제1 예비 신호(P1)와 제2 예비 신호(P2)를 출력하거나, 선택 신호(B)에 의해서 전압 세팅 값(VDAC)과 측정 전압(VMEAS)의 제1 쌍과 전류 세팅 값(IDAC)과 측정 전류(IMEAS)의 제2 쌍 중 하나를 선택하여서 제3 예비 신호(P3)와 제4 예비 신호(P4)를 출력한다.

상기한 동작을 위하여 예비 선택부(210)는 네 개의 멀티플렉서(211~214)를 포함할 수 있다. 멀티플렉서(211)의 출력이 제1 예비 신호(P1)이고, 멀티플렉서(212)의 출력이 제3 예비 신호(P3)이며, 멀티플렉서(213)의 출력이 제2 예비 신호(P2)이고, 멀티플렉서(214)의 출력이 제4 예비 신호(P4)이다.

멀티플렉서(211)는 선택신호(A)에 의하여 전압 세팅 값(VDAC)과 전류 세팅 값(IDAC) 중 하나를 선택하여서 제1 예비 신호(P1)를 출력한다. 그리고, 멀티플렉서(212)는 선택 신호(B)에 의하여 전압 세팅 값(VDAC)과 전류 세팅 값(IDAC) 중 하나를 선택하여서 제3 예비 신호(P3)를 출력한다. 그리고, 멀티플렉서(213)는 선택 신호(A)에 의하여 측정 전압(VMEAS)과 측정 전류(IMEAS) 중 하나를 선택하여서 제2 예비 신호(P2)를 출력한다. 그리고, 멀티플렉서(214)는 선택 신호(B)에 의하여 측정 전압(VMEAS)과 측정 전류(IMEAS) 중 하나를 선택하여서 제4 예비 신호(P4)를 출력한다.

상기한 예비 선택부(210)는 전압 모드에 대응하여 선택될 제1 예비 신호(P1)와 제2 예비 신호(P2)와 전류 모드에 대응하여 선택될 제3 예비 신호(P3)와 제4 예비 신호(P4)를 준비하는 동작을 수행한다.

한편, 출력 선택부(220)는 전압 모드의 모드 신호(VIM)에 대응하여 제1 예비 신호(P1)와 제2 예비 신호(P2)를 선택하여서 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)를 출력하고, 전류 모드의 모드 신호(VIM)에 대응하여 제3 예비 신호(P3)와 제4 예비 신호(P4)를 선택하여서 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)를 출력한다.

상기한 동작을 위하여, 출력 선택부(220)는 두 개의 멀티플렉서(221, 222)를 포함할 수 있다. 멀티플렉서(221)의 출력이 제1 신호(IN+)이고, 멀티플렉서(222)의 출력이 제2 신호(IN-)이다.

멀티플렉서(221)는 전압 모드의 모드 신호(VIM)에 대응하여 제1 예비 신호(P1)를 선택하여서 제1 신호(IN+)를 출력하고, 전류 모드의 모드 신호(VIM)에 대응하여 제3 예비 신호(P3)를 선택하여서 제1 신호(IN+)를 출력한다. 그리고, 멀티플렉서(222)는 전압 모드의 모드 신호(VIM)에 대응하여 제2 예비 신호(P2)를 선택하여서 제2 신호(IN-)를 출력하고, 전류 모드의 모드 신호(VIM)에 대응하여 제4 예비 신호(P4)를 선택하여서 제2 신호(IN-)를 출력한다.

도 5의 로직부(100)에 의해서 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)는 하기 <표 1>과 같은 모드 신호(VIM), 극성 신호(POL), 전류 플래그(IFLAG) 및 전압 플래그(VFLAG)의 상관 관계에 의해 결정될 수 있으며, 로직부(100)는 하기 <표 1>에 의한 스위칭을 수행한다.

VIM	POL	IFLAG	VFLAG	IN+	IN-
0	0	0	X	VDAC	VMEAS
0	0	1	X	IDAC	IMEAS
0	1	0	X	IDAC	IMEAS
0	1	1	X	VDAC	VMEAS
1	0	X	0	IDAC	IMEAS
1	0	X	1	VDAC	VMEAS
1	1	X	0	IDAC	IMEAS
1	1	X	1	VDAC	VMEAS

상기한 <표 1>에서, VIM의 “0”은 전압 모드를 의미하고 “1”은 전류 모드를 의미하며, POL의 “0”은 네가티브 극성을 의미하고 “1”은 포지티브 극성을 의미한다. 포지티브 극성(POL=1)인 경우, IFLAG와 VFLAG의 “0”은 노멀 상태를 의미하고 “1”은 전류 한계 상태를 의미하며 “X”는 don't care를 의미한다. 그리고, 네가티브 극성(POL=0)인 경우, IFLAG와 VFLAG의 “1”은 노멀 상태를 의미하고 “0”은 전류 한계 상태를 의미하며 “X”는 don't care를 의미한다.

즉, 로직부(100)는 극성에 의존하는 한계 상황 및 모드에 따라 전압 세팅 값(VDAC)과 측정 전압(VMEAS)의 제1 쌍과 전류 세팅 값(IDAC)과 측정 전류(IMEAS)의 제2 쌍 중 하나를 선택하는 스위칭 동작을 함으로써 제1 신호(IN+)와 제2 신호(IN-)를 출력하는 동작을 수행한다.

한편, 도 4 및 도 5의 구성에 의해 동작하는 SMU는 측정 결과로서 전류 측정 결과(IADIN)와 전압 측정 결과(VADIN) 중 하나를 출력한다.

상기한 측정 결과는 ADC에 의해서 전류 측정 데이터(IADC)나 전압 측정 데이터(VADC)로 변환한 후 APP으로 제공된다.

본 발명에 의한 측정 결과는 전압 측면에서 기준 전압

VDD만큼 그리고 전류 측면에서 기준 전류

만큼 상승된 양극성 값을 갖는다. 그러므로, ADC가 정확한 전류 측정 데이터(IADC)나 정확한 전압 측정 데이터(VADC)를 APP로 제공하기 위해서, 본 발명은 양극성의 측정 결과를 단극성의 측정 값으로 변환하고 단극성의 측정 값을 ADC에 의해서 전류 측정 데이터(IADC)나 전압 측정 데이터(VADC)로 변환하도록 실시되어야 한다.

상기한 동작에 따라서 APP는 상기한 전류 측정 데이터(IADC)나 전압 측정 데이터(VADC)를 극성 신호(POL)와 결합함으로써 양극성 측정치를 구할 수 있다.

본 발명은 양극성의 측정 결과(ADIN)를 단극성의 측정 값으로 변환하기 위하여 도 6과 같은 변환부(300)를 포함할 수 있다. 측정 결과(ADIN)는 전류 측정 결과(IADIN)와 전압 측정 결과(VADIN) 중 어느 하나로 이해될 수 있다.

보다 구체적으로 변환부(300)는 기준 전압

VDD를 기준으로 양극성을 가지는 측정 결과(ADIN)를 수신하고, 측정 결과(ADIN)를 기준 전압

VDD을 기준으로 상위의 값과 하위의 값을 구분하며, 구분된 값을 단극성의 측정 값(OADC)으로 출력한다.

이를 위하여, 변환부(300)는 제1 신호 구분 회로(310), 제2 신호 구분 회로(320), 복사 회로(330) 및 출력 회로를 포함할 수 있다.

제1 신호 구분 회로(310)는 측정 결과(ADIN)가 양극성 좌표의 극성을 구분하기 위한 기준 전압

VDD 이상인 경우 측정 결과(ADIN)를 구동하여서 제1 극성 신호를 출력한다. 제1 극성 신호는 포지티브 극성의 측정 결과(ADIN)를 구분한 것으로 이해될 수 있다.

이를 위하여, 제1 신호 구분 회로(310)는 저항(R10), PMOS 트랜지스터(Q1) 및 비교기(302)를 포함하며, 측정 결과(ADIN)가 기준 전압

VDD 이상의 포지티브 극성인 경우 PMOS 트랜지스터(Q1)를 턴온하여 제1 극성 신호를 복사 회로(330)에 제공하도록 구성된다.

제2 신호 구분 회로(320)는 측정 결과(ADIN)가 기준 전압

VDD 미만인 경우 측정 결과(ADIN)를 구동하여서 제2 극성 신호를 출력한다. 제2 극성 신호는 네가티브 극성의 측정 결과(ADIN)를 구분한 것으로 이해될 수 있다.

이를 위하여, 제2 신호 구분 회로(320)는 저항(R12), PMOS 트랜지스터(Q2) 및 비교기(306)를 포함하며, 측정 결과(ADIN)가 기준 전압

VDD 미만의 네가티브 극성인 경우 PMOS 트랜지스터(Q2)를 턴온하여 제2 극성 신호를 복사 회로(330)에 제공하도록 구성된다.

복사 회로(330)는 제1 신호 구분 회로(310)의 제1 극성 신호와 제2 신호 구분 회로(320)의 제2 극성 신호를 단극성의 제1 복사 신호와 제2 복사 신호로 변환한다.

이를 위하여, 복사 회로(330)는 전원전압 VDD이 각각 인가되며 드레인과 게이트가 공통으로 연결된 PMOS 트랜지스터들(Q3, Q5)과 게이트에 제1 극성 신호가 공통으로 수신되는 NMOS 트랜지스터들(Q4, Q6)를 포함한다. NMOS 트랜지스터(Q4)는 드레인과 게이트가 공통으로 연결되며 드레인이 제1 신호 구분 회로(310)의 PMOS 트랜지스터(Q1)의 드레인과 연결되도록 구성된다.

PMOS 트랜지스터(Q3)드레인은 제2 신호 구분 회로(320)의 PMOS 트랜지스터(Q2)의 소스와 연결되며, PMOS 트랜지스터들(Q3, Q2) 사이의 노드에서 제2 극성 신호에 대응하는 제2 복사 신호가 출력된다.

PMOS 트랜지스터(Q5)의 드레인은 NMOS 트랜지스터(Q6)의 소스와 연결된다.

제1 신호 구분 회로(310)의 제1 극성 신호에 대응하는 전류가 NMOS 트랜지스터(Q4)에 흐르며, NMOS 트랜지스터(Q4)를 흐르는 전류에 대응하는 전류가 PMOS 트랜지스터(Q5) 및 NMOS 트랜지스터(Q6)를 흐른다. 그 결과, PMOS 트랜지스터(Q5)와 NMOS 트랜지스터(Q6) 사이의 노드에서 제1 극성 신호에 대응하는 제1 복사 신호가 출력된다.

한편, 출력 회로는 극성 신호(POL)를 이용하여 제1 복사 신호와 상기 제2 복사 신호 중 유효한 값을 갖는 것을 선택하여서 측정 값(OADC)으로 출력하도록 구성된다.

이를 위하여, 출력 회로는 복사 회로(330)에서 제1 복사 신호와 제2 복사 신호를 수신하는 멀티플렉서(340), 멀티플렉서(340)의 출력을 구동하여 측정 값(OADC)으로 출력하기 위한 PMOS 트랜지스터(Q7) 및 저항(R14)을 포함한다.

상기한 구성에서, 멀티플렉서(340)는 포지티브 극성의 극성 신호(POL)에 의하여 제1 복사 신호를 선택하여 출력하고 네가티브 극성의 극성 신호(POL)에 대응하여 제2 복사 신호를 선택하여 출력한다. 멀티플렉서(340)는 극성 신호(POL)에 의하여 제1 복사 신호와 제2 복사 신호 중 유효한 값을 갖는 것을 선택할 수 있다.

PMOS 트랜지스터(Q7)는 멀티플렉서(34)의 출력에 의해 구동되며, PMOS 트랜지스터(Q7)의 구동 결과는 저항(R14)에 인가되며 측정 값(OADC)으로 출력된다.

상기와 도 6과 같이 구성되는 변환부(300)는 제작자의 의도에 따라서 ADC와 별도의 회로로 구성되거나 ADC 내부에 구성될 수 있다.

상술한 도 1 내지 도 6과 같이 구성되는 본 발명의 소스 및 측정 장치(SMIC)는 CMOS 공정으로 간편하게 제작할 수 있어서, 제작 비용에서 저렴한 장치로 구현할 수 있으며, 구성의 유연성을 가지면서, 빠른 측정 속도를 얻을 수 있고, 간편한 센서 장치로서 다양하게 이용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 소스 및 측정 장치(SMIC)는 도 1 내지 도 6에 설명된 부품 이외에 각종 입력과 출력, 플래그, 극성 신호 및 모드 신호 등을 저장하기 위한 레지스터들, 외부와 통신을 위한 입출력 회로, 로직 회로에 이용할 타이밍 제너레이터 및 메모리, 각종 전압을 제공하기 위한 전압 제공 회로 등을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예는 예시적으로 도 7과 같은 NMOS 트랜지스터의 측정에 이용될 수 있다. 도 7의 NMOS 트랜지스터는 DUT를 예시한 것이다.

도 7의 NMOS 트랜지스터를 측정하는 환경은 아래 <표 2>와 같이 정리될 수 있다.

SMU	DUT	모드	소싱	측정
SMU(20)	Vs	전압	Vs 전압(-1V)	Vs 전류
SMU(22)	Vd	전압	Vd 전압(+2V)	Vd 전류
SMU(24)	Vg	전압	Vg 전압(+1V)	Vg 전류
SMU(26)	Vb	전압	Vb 전압(-2V)	Vb 전류

<표 2>는 도 7의 NMOS 트랜지스터에 Vd는 3V, Vg는 2V, Vb는 -1V를 가하고, 드레인-소스 전류(Ids)를 측정하기 하고자 한 경우, 변경한 측정 조건을 예시한 것이다.

상기한 측정의 경우, Vs를 접지로하고, 요구되는 측정 조건(Vd는 3V, Vg는 2V, Vb는 -1V)을 NMOS 트랜지스터에 인가하는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명은 동작 전압 범위를 넓히기 위하여 소프트웨어적인 최적화를 실시할 수 있다.

소프트웨어적인 최적화란 4가지 SMU의 입력의 최대치와 최소치를 알아내그 중간값으로 측정범위를 이동시켜서 포지티브 극성과 네가티브 극성의 범위가 일치하도록 조정하는 것으로 APP에 설계될 수 있다.

이와 같이 소프트웨어적인 최적화가 된 경우, 동작 전압 범위를 최대화할 수 있고, SMU의 정밀도를 개선할 수 있다. 상기한 소프트웨어적인 최적화 결과가 <표 2>로 이해될 수 있다.

상술한 본 발명은 다양하게 사용되고 있는 SMU를 대체할 수 있으며, 특히 소형 및 저가형으로 구현할 수 있는 이점이 있고, 하나의 칩으로 제작될 수 있으므로 모바일 기기와 같은 전자 장치에 쉽게 부품으로 적용될 수 있다.

Claims (18)

1. 포지티브 극성 또는 네가티브 극성을 정의하는 극성 신호를 이용하여 전류 세팅 데이터 및 전압 세팅 데이터를 포지티브 값의 전류와 전압으로 표현되는 양극성 좌표 상의 전류 세팅 값과 전압 세팅 값으로 변환하는 디지털 아날로그 컨버팅 회로; 및
   상기 극성 신호, 전압 모드와 전류 모드를 정의하는 모드 신호, 상기 전류 세팅 값 및 상기 전압 세팅 값을 수신하고, 측정 대상으로부터 측정 전류 및 측정 전압을 수신하며, 상기 측정 전류가 상기 전류 세팅 값을 초과하는 전류 한계 상황 및 상기 측정 전압이 상기 전압 세팅 값을 초과하는 전압 한계 상황을 판단하고, 상기 모드 신호, 상기 극성 신호, 상기 전류 한계 상황 및 상기 전압 한계 상황을 이용하여 상기 전압 세팅 값과 상기 측정 전압의 제1 쌍 또는 상기 전류 세팅 값과 상기 측정 전류의 제2 쌍 중 하나를 제1 신호와 제2 신호로 선택하고, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차에 대응하는 신호를 측정 대상에 제공하며, 상기 측정 전류 및 상기 측정 전압을 측정 결과로서 출력하는 소스 및 측정 유니트;를 포함함을 특징으로 하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 디지털 아날로그 컨버팅 회로는,
   상기 극성 신호를 이용하여 상기 전류 세팅 데이터를 상기 양극성 좌표 상의 전류 세팅 값으로 변환하는 제1 디지털 아날로그 컨버터; 및
   상기 극성 신호를 이용하여 상기 전압 세팅 데이터를 상기 양극성 좌표 상의 전압 세팅 값으로 변환하는 제2 디지털 아날로그 컨버터;를 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 디지털 아날로그 컨버팅 회로는 상기 포지티브 극성에 대응하는 상기 극성 신호에 의해 상기 전류 세팅 데이터 또는 상기 전압 세팅 데이터를 상기 양극성 좌표 상의 미리 설정된 기준 전류 또는 기준 전압보다 높은 레벨의 상기 전류 세팅 값 또는 상기 전압 세팅 값으로 출력하고, 상기 네가티브 극성에 대응하는 상기 극성 신호에 의해 상기 전류 세팅 데이터 또는 상기 전압 세팅 데이터를 상기 기준 전류 또는 상기 기준 전압보다 낮은 레벨의 상기 전류 세팅 값 또는 상기 전압 세팅 값으로 출력하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 디지털 아날로그 컨버팅 회로는 디지털 아날로그 컨버터를 포함하며,
   상기 디지털 아날로그 컨버터는,
   기준 전압이 제1 입력단에 인가되고 비교 전압이 제2 입력단에 인가되는 OP AMP;
   상기 극성 신호에 대응하는 정전압이 인가되고 상기 제2 입력단에 연결되는 저항 스트링; 및
   상기 저항 스트링의 단위 노드 별로 구성되며, 상기 전류 세팅 데이터 또는 상기 전압 세팅 데이터에 상기 극성 신호를 최상위 비트로 조합한 비교 데이터의 각 비트들에 대응하는 노드 전압들을 상기 단위 노드 별로 인가하는 저항들;을 포함하며,
   상기 기준 전압은 측정을 위해 설정된 전원 전압의 중간 전압으로 설정되며,
   상기 비교 전압은 상기 정전압과 상기 노드 전압들의 조합으로 결정되고, 그리고,
   상기 OP AMP는 상기 포지티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 상기 기준 전압보다 높은 레벨의 아날로그 값을 출력하고 상기 네가티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 상기 기준 전압보다 낮은 레벨의 상기 아날로그 값을 출력하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 소스 및 측정 유니트는,
   상기 전압 모드시에 상기 측정 전압을 상기 전압 세팅 값과 동일하게 유지하고 상기 측정 전류를 상기 측정 결과로 출력하며, 상기 전류 모드시에 상기 측정 전류를 상기 전류 세팅 값과 동일하게 유지하고 상기 측정 전압을 상기 측정 결과로 출력하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 소스 및 측정 유니트는,
   상기 측정 전류와 상기 전류 세팅 값을 비교하여 상기 전류 한계 상황을 판단한 전류 플래그를 출력하고, 상기 측정 전압과 상기 전압 세팅 값을 비교하여 상기 전압 한계 상황을 판단한 전압 플래그를 출력하는 한계 판단부;
   상기 모드 신호로써 상기 전압 모드와 상기 전류 모드를 판단하고, 상기 전압 모드에서 상기 극성 신호와 상기 전류 플래그를 이용하고 상기 전류 모드에서 상기 극성 신호와 상기 전압 플래그를 이용함으로써 상기 제1 쌍과 상기 제2 쌍 중 하나를 선택하여서 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 출력하는 로직부;
   상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차에 대응하는 신호를 상기 측정 대상에 제공하기 위하여 출력하는 에러 증폭기;
   상기 측정 대상에서 상기 측정 전류를 제공하는 측정 전류 구동부; 및
   상기 측정 대상에서 상기 측정 전압을 제공하는 측정 전압 구동부;를 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 에러 증폭기의 출력을 증폭하는 전압 버퍼; 및
   저항 값을 변경할 수 있으며, 상기 저항 값에 대응하여 상기 전압 버퍼에서 상기 측정 대상으로 흐르는 전류의 범위를 제어하는 전류 범위 제어부;를 더 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
8. 제6 항에 있어서, 상기 로직부는,
   상기 전류 플래그를 상기 극성 신호에 따라 비반전 또는 반전하여서 제1 선택 신호로서 출력하고, 상기 전압 플래그를 상기 극성 신호에 따라 비반전 또는 반전하여서 제2 선택 신호로서 출력하며, 상기 네가티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 상기 전압 플래그와 상기 전류 플래그를 비반전하는 선택 신호 출력부;
   상기 제1 선택 신호에 의해서 상기 제1 쌍과 상기 제2 쌍 중 하나를 선택하여서 제1 예비 신호와 제2 예비 신호를 출력하거나, 상기 제2 선택 신호에 의해서 상기 제1 쌍과 상기 제2 쌍 중 하나를 선택하여서 제3 예비 신호와 제4 예비 신호를 출력하는 예비 선택부; 및
   상기 전압 모드의 상기 모드 신호에 대응하여 상기 제1 예비 신호와 상기 제2 예비 신호를 선택하여서 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 출력하고, 상기 전류 모드의 상기 모드 신호에 대응하여 상기 제3 예비 신호와 상기 제4 예비 신호를 선택하여서 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 출력하는 출력 선택부;를 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
9. 제6 항에 있어서, 상기 로직부는,
   상기 포지티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 비반전된 상기 전류 플래그를 선택하고 상기 네가티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 반전된 상기 전류 플래그를 선택하여서 제1 선택 신호를 출력하는 제1 멀티플렉서;
   상기 포지티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 비반전된 상기 전압 플래그를 선택하고 상기 네가티브 극성의 상기 극성 신호에 대응하여 반전된 상기 전압 플래그를 선택하여서 제2 선택 신호를 출력하는 제2 멀티플렉서;
   상기 제1 선택 신호에 의하여 상기 전압 세팅 값과 상기 전류 세팅 값 중 하나를 선택하여서 제1 예비 신호를 출력하는 제3 멀티플렉서;
   상기 제2 선택 신호에 의하여 상기 전압 세팅 값과 상기 전류 세팅 값 중 하나를 선택하여서 제3 예비 신호를 출력하는 제4 멀티플렉서;
   상기 제1 선택 신호에 의하여 상기 측정 전압과 상기 측정 전류 중 하나를 선택하여서 제2 예비 신호를 출력하는 제5 멀티플렉서;
   상기 제2 선택 신호에 의하여 상기 측정 전압과 상기 측정 전류 중 하나를 선택하여서 제4 예비 신호를 출력하는 제6 멀티플렉서;
   상기 모드 신호에 대응하여, 상기 전압 모드인 경우 상기 제1 예비 신호를 선택하고 상기 전류 모드인 경우 상기 제3 예비 신호를 선택함으로써 상기 제1 신호를 출력하는 제7 멀티플렉서; 및
   상기 모드 신호에 대응하여, 상기 전압 모드인 경우 상기 제2 예비 신호를 선택하고 상기 전류 모드인 경우 상기 제4 예비 신호를 선택함으로써 상기 제2 신호를 출력하는 제8 멀티플렉서;를 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 양극성 좌표 상에서 극성을 갖는 상기 측정 결과를 단극성의 측정 값으로 변환하는 변환부를 더 포함하며,
    상기 변환부는,
    상기 측정 결과가 상기 양극성 좌표의 극성을 구분하기 위한 기준 전압 이상인 경우 상기 측정 결과를 구동하여서 제1 극성 신호를 출력하는 제1 신호 구분 회로;
    상기 측정 결과가 상기 기준 전압 미만인 경우 상기 측정 결과를 구동하여서 제2 극성 신호를 출력하는 제2 신호 구분 회로;
    상기 제1 극성 신호와 상기 제2 극성 신호를 단극성의 제1 복사 신호와 제2 복사 신호로 변환하는 복사 회로; 및
    상기 극성 신호를 이용하여 상기 제1 복사 신호와 상기 제2 복사 신호 중 유효한 값을 갖는 것을 선택하여서 상기 측정 값으로 출력하는 출력 회로;를 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 상기 극성 신호에 의하여 상기 제1 복사 신호와 상기 제2 복사 신호 중 하나를 선택하여 상기 측정 값을 출력하는 멀티플렉서를 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 단극성의 상기 측정 값을 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함하는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 소스 및 측정 유니트는 복수 개가 구성되며,
    복수 개의 상기 소스 및 측정 유니트에 대하여 하나의 상기 아날로그 디지털 컨버터가 구성되는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 극성 신호, 상기 전류 세팅 데이터, 상기 전압 세팅 데이터 및 상기 모드 신호는 모바일 기기의 어플리케이션으로부터 제공받는 반도체 소자 측정용 소스 및 측정 장치.
15. 소스 전압을 입력하고 전류를 측정하거나 소스 전류를 입력하고 전압을 측정하는 소스 및 측정 장치에 있어서,
    상기 소스 전압 및 상기 소스 전류를 미리 설정된 기준 레벨만큼 이동시켜서 단극성 전원으로 정의되는 좌표계 상의 전압 세팅 값과 전류 세팅 값으로 변환하는 소스 변환 회로; 및
    극성 신호, 모드 신호, 상기 전류 세팅 값과 측정 전류의 제1 비교 정보 및 상기 전압 세팅 값과 측정 전압의 제2 비교 정보의 조합에 의한 스위칭 제어로써 측정 대상에 대한 양극성 측정을 수행하고 상기 양극성 측정에 따른 측정 결과를 얻는 소스 및 측정 유니트;를 포함함을 특징으로 하는 소스 및 측정 장치.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 소스 변환 회로는 디지털 아날로그 컨버터에 구현되는 소스 및 측정 장치.
17. 제15 항에 있어서,
    상기 소스 및 측정 유니트는,
    상기 측정 전류와 상기 전류 세팅 값을 비교하여 전류 한계 상황을 판단한 전류 플래그를 출력하고, 상기 측정 전압과 상기 전압 세팅 값을 비교하여 전압 한계 상황을 판단한 전압 플래그를 출력하는 한계 판단부;
    상기 모드 신호에 의해 전압 모드 또는 전류 모드를 판단하며, 전압 모드에서 상기 극성 신호와 상기 전류 플래그를 이용하고 상기 전류 모드에서 상기 극성 신호와 상기 전압 플래그를 이용함으로써 비교를 위한 제1 신호와 제2 신호를 구하는 로직부;
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차에 대응하는 신호를 상기 측정 대상에 제공하기 위하여 출력하는 에러 증폭기;
    상기 측정 대상에서 상기 측정 전류를 제공하는 측정 전류 구동부; 및
    상기 측정 대상에서 상기 측정 전압을 제공하는 측정 전압 구동부;를 포함하는 소스 및 측정 장치.
18. 제15 항에 있어서, 상기 소스 및 측정 유니트는,
    전압 모드시에 상기 측정 전압을 상기 전압 세팅 값과 동일하게 유지하고 상기 측정 전류를 상기 측정 결과로 출력하며, 전류 모드시에 상기 측정 전류를 상기 전류 세팅 값과 동일하게 유지하고 상기 측정 전압을 상기 측정 결과로 출력하는 소스 및 측정 장치.

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