TW201546470A - 用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法 - Google Patents

用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201546470A
TW201546470A TW104111789A TW104111789A TW201546470A TW 201546470 A TW201546470 A TW 201546470A TW 104111789 A TW104111789 A TW 104111789A TW 104111789 A TW104111789 A TW 104111789A TW 201546470 A TW201546470 A TW 201546470A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
current
voltage
feedback
source unit
source
Prior art date
Application number
TW104111789A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI642956B (zh
Inventor
Katsuhito Iwasaki
Masaharu Goto
Tomonori Ura
Original Assignee
Keysight Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keysight Technologies Inc filed Critical Keysight Technologies Inc
Publication of TW201546470A publication Critical patent/TW201546470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI642956B publication Critical patent/TWI642956B/zh

Links

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
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
    • 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
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2632—Circuits therefor for testing diodes
    • G01R31/2633—Circuits therefor for testing diodes for measuring switching properties thereof
    • 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
    • G01R31/2832—Specific tests of electronic circuits not provided for elsewhere
    • 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
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

一種測試系統量測包括一電晶體之一受測裝置(DUT)之參數。該測試系統包括：一第一電壓源單元，其用於供應一閘極電壓；一第二電壓源單元，其用於供應一汲極電壓或一源極電壓中之一者，該第二電壓源具有用於偵測分別流動通過該電晶體之一汲極電流或一源極電流中之一者的一電流量測裝置；一回饋單元，其用於基於該汲極電流或該源極電流中之該一者來輸出一回饋電流；以及一誤差放大器，其用於基於該回饋電流與一目標電流值之比較來輸出一回饋控制信號。該第一電壓源單元基於該回饋控制信號來調整該閘極電壓，使得該汲極電流或該源極電流中之該一者彙聚以匹配於該目標電流值。

Description

用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法
本發明係有關於用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法。
發明背景
在某一情況下難以量測受測裝置(DUT)之各種電壓，特別是當DUT包括一或多個場效電晶體(FET)時亦如此。存在用於量測FET之臨限電壓之數種習知方法。舉例而言，根據習知線性搜尋方法，在預定搜尋範圍之下限與上限之間掃掠FET之閘極電壓，而針對每一閘極電壓來量測流動通過FET之汲極電流或源極電流。當閘極電壓致使汲極電流或源極電流獲得所要值時，終結量測。然而，線性搜尋方法之總量測時間可相當長，此係因為在每一閘極電壓下的汲極電流或源極電流之量測需要足夠彙聚等待時間，此情形必須以緊密時間間隔被重複若干次以便獲得必要解析度。
另一實例為習知二進位搜尋方法，根據該方法，再次在預定搜尋範圍之下限與上限之間掃掠FET之閘極電 壓，而針對每一閘極電壓來量測流動通過FET之汲極電流或源極電流。當閘極電壓致使汲極電流或源極電流獲得所要值時，終結量測。藉由判定基於二進位搜尋方法進行的閘極電壓之設定，閘極電壓被設定直至終結搜尋為止的次數通常小於在使用線性搜尋方法之情況下的次數，因此縮短量測時間。在此方法中，假定基於解析度自搜尋範圍之下限至上限存在N個量測點，則可至多以log2N量測時間完成搜尋，且因此相比於在線性搜尋方法中較不經常地施加閘極電壓。
然而，為了以高精確度執行二進位搜尋方法量測，設定閘極電壓且將閘極電壓施加足夠次數以獲得所要高解析度。重複藉由等待對應彙聚來執行量測之操作，且因此，二進位搜尋方法不利之處在於總量測時間變得較長。另外，在最後判定電壓之彙聚值之前，可施加高於該彙聚值之電壓作為閘極電壓。因此，就經量測值之精確度、再現性及穩定性而論，歸因於特定DUT上之熱應力之影響，二進位搜尋方法可實際上次於線性搜尋方法。舉例而言，經量測值可歸因於DUT上之應力而波動。
因此，通常，習知量測裝置及對應方法具有數個缺點。舉例而言，通常執行閘極電壓之設定及電流之量測以搜尋臨限電壓，且因此，量測需要許多時間。又，可難以設定量測裝置之回饋增益，從而引起採取過寬的裕量(margin)，此情形增加彙聚時間。另外，可僅回饋源極電流。
發明概要
在一代表性實施例中，一種用於量測包括一電晶體之一受測裝置(DUT)之至少一個參數的測試系統包含第一電壓源單元及第二電壓源單元、一回饋單元以及一誤差放大器。該第一電壓源單元經組配以將一閘極電壓供應至該電晶體之一閘極，該第一源單元包含一電壓量測裝置。該第二電壓源單元經組配以將一汲極電壓或一源極電壓中之一者分別供應至該電晶體之一汲極或一源極，該第二電壓源包含經組配以偵測分別流動通過該電晶體之該汲極或該源極之一汲極電流或一源極電流中之一者的一電流量測裝置。該回饋單元經組配以與該電流量測裝置連接，且基於由該電流量測裝置偵測之該汲極電流或該源極電流中之該一者而在一回饋控制操作期間輸出一回饋電流。該誤差放大器經組配以基於來自該回饋單元之該回饋電流與一目標電流值之比較而將一回饋控制信號輸出至該第一電壓源單元。該第一電壓源單元經進一步組配以調整該電晶體之該閘極電壓，使得該汲極電流或該源極電流中之該一者彙聚以匹配於該目標電流值。又，該誤差放大器包括基於該目標電流值及一係數而判定之一回饋增益，該係數係藉由該電晶體之一亞臨限區中的該閘極電壓與該汲極電流或該源極電流中之該一者之間的一關係而判定。
在另一代表性實施例中，一種用於量測包括一二極體之一DUT之至少一個參數的測試系統包含第一電壓源單元及第二電壓源單元、一回饋單元以及一誤差放大器。 該第一電壓源單元連接至該二極體之一陽極且經組配以將一偏壓電壓供應至該陽極，該第一源單元包含一電壓量測裝置。該第二電壓源單元連接至該二極體之一陰極，且包括經組配以偵測流動通過該二極體之一二極體電流的一電流量測裝置。該回饋單元經組配以與該電流量測裝置連接，且基於該二極體汲極電流而在一回饋控制操作期間輸出一回饋電流。該誤差放大器經組配以基於來自該回饋單元之該回饋電流與一目標電流值之比較而將一回饋控制信號輸出至該第一電壓源單元。該第一電壓源單元經進一步組配以調整該電晶體之該偏壓電壓，使得該二極體電流彙聚以匹配於該目標電流值。該誤差放大器包括基於該目標電流值及一係數而判定之一回饋增益，該係數係藉由該偏壓電壓與該二極體電流之間的一關係而判定。
在另一代表性實施例中，提供一種用於量測包括一電晶體之一DUT之至少一個參數的方法。該方法包含：使用一電流量測單元來偵測分別流動通過該電晶體之一汲極及一源極中之一者的一汲極電流或一源極電流中之一者；經由一誤差放大器而將該汲極電流或該源極電流中之該經偵測一者回饋至用於將一閘極電壓供應至該電晶體之一閘極的一第一電壓源單元；以及基於該回饋來調整該電晶體之該閘極電壓，使得該汲極電流或該源極電流中之該一者彙聚至一目標電流值。該誤差放大器包括基於該目標電流值及一係數而判定之一回饋增益，該係數係藉由該電晶體之一亞臨限區中的該閘極電壓與該汲極電流或該源極 電流中之該一者之間的一關係而判定。
100、700、800、900‧‧‧測試系統
110‧‧‧第一電壓源單元
115‧‧‧電壓量測裝置
117‧‧‧可變電壓源
120‧‧‧第二電壓源單元
125‧‧‧電流量測裝置
127、137、147‧‧‧電壓源
130‧‧‧第三電壓源單元
140‧‧‧第四電壓源單元
150‧‧‧回饋單元
160‧‧‧誤差放大器
170‧‧‧控制器
180、980‧‧‧受測裝置(DUT)
181‧‧‧DUT閘極端子
182‧‧‧DUT汲極端子
183‧‧‧DUT源極端子
184‧‧‧DUT本體端子
185‧‧‧電晶體
190‧‧‧彙聚判定裝置
200、280‧‧‧區塊
215‧‧‧加法器
410‧‧‧範圍
420‧‧‧曲線
920‧‧‧(說明書中未提及)
925‧‧‧(說明書中未提及)
981‧‧‧DUT輸入端子
982‧‧‧DUT輸出端子
985‧‧‧二極體
S311、S312、S313、S314、S315、S317、S318、S319、S320、S321、S1011、S1012、S1013、S1014、S1015、S1017、S1018、S1019、S1020‧‧‧區塊
S316、S1016‧‧‧步驟
當與隨附圖式一起閱讀時自以下詳細描述最好地理解說明性實施例。應強調，各種圖未必按比例繪製。事實上，可出於論述清晰起見而任意地增加或減小尺寸。在任何適用及實務之處，類似參考數字皆指代類似元件。
圖1為根據一代表性實施例的說明用於量測受測裝置(DUT)之臨限電壓之測試系統的方塊圖。
圖2為根據一代表性實施例的測試系統及DUT之邏輯圖。
圖3為根據一代表性實施例的說明量測DUT之臨限電壓之方法的流程圖。
圖4為根據一代表性實施例的展示關於預定範圍之彙聚隨時間而變的圖形。
圖5為展示使用圖3所說明之量測方法進行的閘極電壓相對於時間之轉變的圖形。
圖6為展示出於比較之目的而使用習知二進位搜尋方法進行的閘極電壓相對於時間之轉變的圖形。
圖7為根據一代表性實施例的說明用於量測DUT之臨限電壓之測試系統的方塊圖。
圖8為根據一代表性實施例的說明用於量測DUT之臨限電壓之測試系統的方塊圖。
圖9為根據一代表性實施例的說明用於量測DUT之偏壓電壓之測試系統的方塊圖。
圖10為根據一代表性實施例的說明量測DUT之偏壓電壓之方法的流程圖。
較佳實施例之詳細說明
在以下詳細描述中，出於解釋而非限制之目的，闡述揭示特定細節之說明性實施例以便提供對根據本教示之實施例的透徹理解。然而，對於受益於本發明者將顯而易見，脫離本文中揭示之特定細節的根據本教示之其他實施例仍在所附申請專利範圍之範疇內。此外，可省略熟知裝置及方法之描述以便不混淆實例實施例之描述。此等方法及裝置係在本教示之範疇內。通常，應理解，圖式及其中描繪之各種元件未按比例繪製。
通常，各種實施例係關於電晶體(諸如，金屬-氧化物-半導體場效電晶體(MOSFET))之臨限電壓(VTH)之量測，或二極體(諸如，肖克力(Shockley)二極體)之偏壓電壓(Vbias)之量測。舉例而言，實施例係有關於用於電晶體閘極之臨限電壓VTH之高速量測的恆定電流方法，臨限電壓VTH被定義為當致使具有預定值(目標電流值)之汲極電流或源極電流流動通過電晶體時施加的電晶體之閘極電壓。其他實施例係有關於用於當致使具有預定值之電流流動通過二極體時施加的偏壓電壓之高速量測的方法。
舉例而言，各種實施例致使電晶體快速地彙聚至汲極電流(或源極電流，此取決於電晶體組配)具有目標電流值的狀態，從而使能夠以高速度及精確度量測處於彙聚狀 態之閘極電壓。又，各種實施例相似地致使二極體快速地彙聚至二極體電流具有目標電流值的狀態，從而使能夠以高速度及精確度量測處於彙聚狀態之偏壓電壓。
藉由應用各種實施例，有可能針對(例如)MOS裝置來使用恆定電流方法而提供高速彙聚。亦提供用於以高速度及精確度量測處於上述狀態之電壓之方法與裝置(用以致使MOS裝置彙聚至電流具有目標電流值的狀態)，以及用於量測處於上述狀態之各種參數之方法與裝置。
圖1為根據一代表性實施例的說明用於控制受測裝置(DUT)之臨限電壓之控制系統的方塊圖。
參看圖1，測試系統100經組配以控制DUT 180之臨限電壓(VTH)，DUT 180在所描繪實施例中包括電晶體185，其可為(例如)MOSFET。然而，在不脫離本教示之範疇的情況下，在DUT 180中可包括其他類型之電晶體，其包括(例如)雙極接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)。DUT 180具有分別對應於電晶體185之閘極、源極及汲極的閘極端子181、汲極端子182及源極端子183。
測試系統100包括用於將電力供應至電晶體185之多個電壓源。該等電壓源中之一或多者可被實施為源極量測單元(SMU)，其用以將電力之源供給電晶體185，以及出於測試及量測之目的而監控由電晶體185消耗之電壓及電流。舉例而言，在所描繪實施例中，測試系統100包括：第一電壓源單元110，其經組配以經由DUT閘極端子181而將閘極電壓VG施加至電晶體185之閘極；第二電壓源單元 120，其經組配以經由DUT汲極端子182而將汲極電壓VD施加至電晶體185之汲極；第三電壓源單元130，其經組配以經由DUT源極端子183而將源極電壓VS施加至電晶體185之源極；以及第四電壓源單元140，其經組配以經由DUT本體端子184而將源極本體電壓VSB施加至電晶體185之本體。閘極電壓VG、汲極電壓VD、源極電壓VS及源極本體電壓VSB中之每一者通常為接地電壓，但在不脫離本教示之範疇的情況下可使用其他電壓。
如圖1所展示，第一電壓源單元110可為(例如)搜尋SMU，其包括電壓量測裝置115及可變電壓源117，可變電壓源117與電壓量測裝置115並聯地連接於閘極端子181與接地電壓之間。第一電壓源單元110之電壓量測裝置115量測閘極電壓VG。第二電壓源單元120可為(例如)感測SMU，其包括電流量測裝置125及電壓源127，電壓源127與電流量測裝置125串聯地連接於汲極端子182與接地電壓之間。感測SMU通常強制(例如)0V。感測SMU之電流量測裝置125連續地監控流動通過電晶體185之汲極的汲極電流ID。第三電壓源單元130可為第一強制SMU，其包括連接至源極端子183以提供源極電壓VS之電壓源137。第四電壓源單元140可為第二強制SMU，其包括連接至本體端子184以提供源極本體電壓VSB之電壓源147，其中可按需要(例如，由使用者或由另一控制裝置)設定施加至電晶體185之本體的源極本體電壓VSB。
測試系統100進一步包括回饋單元150、誤差放大 器160以及控制器170。將由第二電壓源單元120監控之汲極電流ID發送至回饋單元150，其可用作(例如)多工器或矩陣。作為回應，回饋單元150在感測SMU(例如，在此狀況下為第二電壓源單元120)與誤差放大器160之間進行適當連接，且將對應於汲極電流ID之回饋電流IFB輸出至誤差放大器160。在一替代性組配中，回饋單元150可被簡單地實施為電線或其他導體(例如，導電纜線)。在此狀況下，將汲極電流ID直接地提供至誤差放大器160作為回饋電流IFB。若使用者想要來自源極端子183(與汲極端子182成對比)之回饋電流，則回饋資料係基於來自源極SMU之源極電流IS，如下文參看圖8所論述。通常，回饋單元150切換來自一或多個感測SMU(量測汲極電流或源極電流)之電流源。
誤差放大器160經組配以自回饋單元150接收回饋電流IFB，且基於回饋電流IFB與目標電流值Itarget之間的比較來判定回饋控制信號SFB。在所描繪實施例中，目標電流值Itarget對應於電晶體185之亞臨限區中的汲極電流ID。
更特定言之，控制器170在量測程序開始時接收目標電流值Itarget，其可由(例如)使用者輸入。控制器170基於目標電流值Itarget及一係數來計算誤差放大器160之增益，其可被稱為「回饋增益」。該係數可被稱為「比例常數」且係藉由電晶體185之亞臨限區中的閘極電壓VG與汲極電流ID之間的關係而判定，如下文所論述。作為回饋迴路之部分，控制器170在誤差放大器160中設定經計算回饋增益及目標電流值Itarget兩者。通常，下文參看方程式(2)來論述 回饋增益之計算。
第一電壓源單元110自誤差放大器160接收回饋控制信號SFB。在回應回饋中將回饋控制信號SFB施加至可變電壓源117以調整閘極電壓VG。將經調整閘極電壓VG施加至電晶體185之閘極端子，使得汲極電流ID之值朝向目標電流值Itarget彙聚。
值得注意地，控制器170藉由圖1所指示之控制線來控制測試系統100(包括第一電壓源單元110至第四電壓源單元140、誤差放大器160以及回饋單元150)之總操作。此情形允許控制器170將除了上述設定以外之各種設定亦寫入至第一電壓源單元110及第二電壓源單元120、誤差放大器160以及回饋單元150中之每一者，以開始及停止對應量測操作，且在終結量測之後自第一電壓源單元110(搜尋SMU)讀出特定資料，諸如，經量測值。當回饋單元150被實施為電線或其他導體時，可無需使控制器170設定連接或以其他方式控制回饋單元150。此外，控制器170能夠針對第一電壓源單元110至第四電壓源單元140中之每一者來設定輸出電壓及輸出電流，且分別讀取對應經量測電壓及電流值。又，在一實施例中，控制器170經組配以監控測試系統100之總回饋增益，且當總回饋增益超過預定範圍時動態地調整誤差放大器160之回饋增益，如下文參看(例如)方程式(7)所論述。通常，當增益裕量小於¼時，回饋迴路穩定。但，當增益裕量過小(例如，小於約1/40)時，彙聚時間實質上增加。
在各種實施例中，控制器170可由一或多個電腦處理器、特殊應用積體電路(ASIC)、場可規劃閘陣列(FPGA)或其組合使用軟體、韌體、硬連線邏輯電路或其組合而實施，如下文進一步所論述。舉例而言，控制器170可為：行動裝置，諸如，經安裝有由Microsoft Corporation製造之Windows®作業系統(OS)的個人電腦(PC)或平板電腦；經安裝有諸如Linux或Android之另一OS的PC、工作站或行動裝置；或經裝配有由一般用途中央處理單元(CPU)或專用/一般用途積體電路(IC)(諸如，ASIC或FPGA)形成之控制器的電子裝置，其包括儲存裝置(諸如，RAM、ROM、快閃記憶體、EPROM、EEPROM、HDD，或用於CD/DVD/藍光光碟之儲存媒體磁碟機)。
如上文所提及，第一電壓源單元110至第四電壓源單元140中之每一者可用作具有施加電壓及/或電流同時對其進行監控及/或量測之能力的SMU。Kaito等人之美國專利第5,754,041號(1998年5月19日)中描述SMU之一實例，該美國專利係據此以引用方式併入。另外，在不脫離本教示之範疇的情況下，可使用類比控制或數位控制來實施第一電壓源單元110至第四電壓源單元140中之每一者。
回饋單元150同樣地可經組配以根據SMU之控制格式或介面來執行類比或數位回饋。類比回饋單元之實例包括可購自Agilent Technologies公司之Agilent 41425A，或僅僅為導電電線，如上文所提及。又，根據回饋單元150之屬性及介面，誤差放大器160可經組配為類比或數位誤差放 大器。通常，類比誤差放大器具有類比增益調整電路，且數位誤差放大器(例如，加法器)以數位方式計算及輸出增益。
圖2為根據一代表性實施例的測試系統100及DUT 180之邏輯圖。下文參看圖2來描述控制器170如何針對誤差放大器160來計算及設定回饋增益。
參看圖2，測試系統100之傳輸特性(Hsystem)係由區塊200指示，且DUT 180之傳輸特性(Hdevice)係由區塊280指示。由控制器170計算且在誤差放大器160中設定之回饋增益係由可變增益元件A指示，可變增益元件A有效地判定測試系統100之回應速度。區塊280接收電壓(例如，閘極電壓VG)作為輸入，且提供電流(例如，汲極電流ID)作為輸出。
在操作中，將由第一電壓源單元110最初施加之閘極電壓VG輸入至區塊280(DUT 180)，其具有裝置傳輸特性Hdevice，該傳輸特性將受到控制。將區塊280之汲極電流ID輸出回饋至區塊200(例如，回饋單元150及誤差放大器160)，其具有系統傳輸特性Hsystem，該傳輸特性調整可變增益A(回饋增益)。汲極電流ID因此充當閘極電壓VG之控制量相對於輸入量。部分地由可變增益A引起之回饋控制信號SFB調整如由加法器215指示之輸入閘極電壓VG。
當DUT 180為半導體裝置時(如在所描繪實例中)，其通常展現由表達式(1)指示之關係：
在表達式(1)中，「I」表示電流值(例如，汲極電 流ID)，「V」表示電壓值(例如，閘極電壓VG)，且「a」表示比例常數。因此，比例常數a可基於電流值I與電壓值V之間的表達關係而判定。
由半導體裝置輸出之電流相對於電壓設定的傳輸增益(gm)(或「跨導」)可由方程式(2)表達：gm=dI/dv=aI (2)
因此，在所描繪實施例中，根據方程式(2)，在對應於目標電流值之操作點(亦即，I=Itarget)處的DUT 180之傳輸特性Hdevice可藉由比例常數a與目標電流值Itarget之乘積(亦即，a×Itarget)而獲得。此情形允許由控制器170在回饋迴路內設定適當值作為回饋增益A。因此有可能實現測試系統100之量測速度的增加，同時確保穩定性，且關於圖3所說明之實施例中的回饋增益之設定值而以僅一個回饋迴路達成量測操作之彙聚。
另外，在電晶體185未被接通的亞臨限區中，電晶體185之汲極電流ID可由方程式(3)表達：
在方程式(3)中，「S」表示電晶體185之幾何形狀因數(通道之有效寬度相對於有效長度)，「VT」係由kT/q指示，「VS」表示源極電壓(例如，源極-基體)，「VD」表示汲極電壓(例如，汲極-基體)，「VG」表示閘極電壓(例如，源極-基體)，「ID」表示汲極電流，「ID0」表示特性電流，且「n」表示斜率因數。方程式(3)係實質上自Vittoz等人之「CMOS Analog Integrated Circuits Based on Weak Inversion Operation」(IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，第SC-12卷，第3期，第224至231頁(1977年6月))導出，其係據此以引用方式併入(例如，其中Vittoz等人之表達式(7)中的UT由VT替換時)。
假定電晶體185之表面狀態具有可被忽略之濃度，則斜率因數n可由方程式(4)提供，其亦得自Vittoz等人，如下：n=1+Cd/Cox (4)
在方程式(4)中，「Cd」表示表面空乏電容，且「Cox」表示每單位面積之氧化物電容。值得注意地，表面空乏電容Cd可由方程式(5)表達，如下：
方程式(5)係得自Komaragiri之「A Simulation Study on the Performance Improvement of CMOS Devices using Alternative Gate Electrode Structures」((2006年1月)，第1至96頁)，其係據此以引用方式併入(應用方程式2.21)。因此，表面空乏電容Cd必定小於每單位面積之氧化物電容Cox(Cd<Cox)。因此可見，斜率因數n必定大於1(n>1)。舉例而言，在T=300K下，n1.5。
因此，參看方程式(2)至(5)，電晶體185之傳輸增益gm可由方程式(6)獲得，如下：
因此，當將電子之電荷q、波次曼(Boltzmann)常數k、絕對溫度T及所要汲極電流Id代入方程式(6)時，可計算電晶體185之近似傳輸增益gm。基於傳輸增益gm，有可能判定電晶體185之傳輸特性Hdevice。因此，亦有可能計算待針對圖3所說明之誤差放大器160而設定的適當增益(亦即，回饋增益)。此情形無需使用具有極低速度之回饋增益以便避免振盪(如在習知量測系統中)，且亦允許由控制器170在誤差放大器160中設定適當回饋增益，使得非常快速地量測臨限電壓VTH。
舉例而言，在室溫T=300(K)下，可藉由將q=1.602e-19(C)及k=1.381e-23[m2 kg s-2 K-1]放進至方程式(6)中連同放進「n」及所要汲極電流「Id」(亦即，目標電流值Itarget)來計算傳輸增益gm。如上文所論述，傳輸增益gm被設定為用於圖3所說明之誤差放大器160的回饋增益。作為將為傳輸增益gm之回饋增益的最大值(亦即，最差值)，可使用n=1，從而引起傳輸增益gm小於40與汲極電流Id之乘積(gm<40Id)。又，最大值可用於圖3所說明之誤差放大器160的增益設定。
此外，傳輸增益gm與VT/Id之乘積表示電晶體185之弱反轉區中的最大值，如(例如)Bucher等人之「Analysis of Transconductances at all Levels of Inversion in Deep Submicron CMOS」(9TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON IEEE ELECTRONICS,CIRCUITS AND SYSTEMS,2002，第3卷，第1183至1186頁(2002年))所描述，其係據此以引用方式併入。因此可見，基於傳輸增益gm之最大值來判定誤差放大器160之回饋增益的方法可應用於電晶體185之強反轉區，以及電晶體185之亞臨限區。因此，即使當強反轉區處於電晶體185滿足目標電流值Itarget的狀態時仍可防止振盪，例如，歸因於DUT 180之裝置缺陷或其類似者。
值得注意地，電晶體185之亞臨限區內的汲極電流ID相對於閘極電壓VG之微分傳輸增益gm相對於閘極電壓VG之變化按指數規律地變化，且因此，到現在為止，設定了足夠低以避免振盪之可能增益。然而，傳輸增益gm與汲極電流ID在執行臨限電壓VTH之量測所針對的電晶體185之弱反轉區中成線性關係。因此，當使用者基於由方程式(6)提供之上述關係表達式來設定目標電流值Itarget時，有可能將臨限值操作點處的傳輸增益gm之最大值限制為目標。因此，有可能僅使用由使用者設定之目標電流值Itarget而在無振盪的情況下設定回饋增益。
結果，有可能致使電晶體185在無振盪的情況下以預先預期之範圍內的彙聚速度彙聚至用以展現目標汲極/源極電流值的閘極電壓VG之值。此外，如上文所描述，即使當電晶體185之強反轉區歸因於DUT 180之缺陷或其類似者而在電晶體185滿足目標電流值Itarget的狀態下受到影響時，gm/Id之值仍低於弱反轉區，且因此防止振盪。
在考慮特定溫度T的情況下，存在用於加快彙聚 以實現量測程序之兩種可能方法。第一方法使使用者能夠輸入溫度T作為量測之參數。第二方法採取一溫度範圍，且使用來自所採取之溫度範圍的最低溫度以計算傳輸增益gm之最大值。亦即，自方程式(6)，當溫度T為所採取之溫度範圍內的最小者時，傳輸增益gm將處於其最大值。
圖3為根據一代表性實施例的說明控制DUT之臨限電壓之方法的流程圖。圖3所描繪之各種操作可由(例如)圖1所展示之控制器170執行。
參看圖1及圖3，在區塊S311中，控制器170接收設定資訊，諸如，目標電流值Itarget。目標電流值Itarget可由(例如)使用者或另一控制裝置經由適當I/O介面而提供，此對於一般熟習此項技術者將顯而易見。在區塊S312中，基於目標電流值Itarget來計算誤差放大器160之回饋增益，且在區塊S313中，在誤差放大器160中設定經計算回饋增益。
控制器170接著組配對應於強制SMU之電壓源以用於執行量測操作區塊S314。此組配包括針對第三電壓源單元130(第一強制SMU)來設定源極電壓VS之值以施加至DUT源極端子183，以及針對第四電壓源單元140(第二強制SMU)來設定源極本體電壓VSB之值以施加至DUT 180之DUT本體端子184。
在區塊S315中，控制器170組配第二電壓源單元120(感測SMU)以用於量測操作。此組配包括：針對第二電壓源單元120來設定電壓之值，其被施加至DUT 180之汲極端子182；將第二電壓源單元120設定至(汲極電流ID之)電流 量測模式；以及將由電流量測裝置125量測之汲極電流值之回饋目的地設定至回饋單元150。同樣地，在步驟S316中，控制器170設定回饋單元150之電流值之輸出目的地，以便經由誤差放大器160而連接至第一電壓源單元110。汲極電壓VD、源極電壓VS及源極本體電壓VSB在臨限電壓VTH之量測期間必須恆定。
在區塊S317中，控制器170組配第一電壓源單元110(搜尋SMU)以用於量測操作。此組配包括：針對第一電壓源單元110來設定閘極電壓VG之開始值；將第一電壓源單元110設定至(閘極電壓VG之)電壓量測模式；以及將第一電壓源單元110之操作模式設定至基於由回饋單元150提供之回饋(回饋電流IFB)的操作。值得注意地，當DUT 180以相似方式經受臨限電壓VTH之重複量測時(例如，如在陣列測試結構之狀況下)，可省略針對第一電壓源單元110來設定所施加之閘極電壓VG之開始值的步驟，且可使用目前電壓值作為開始電壓以便縮短量測時間。
在區塊S318中，基於區塊S317中的操作模式之設定來起始自第一電壓源單元110(感測SMU)至第二電壓源單元120(搜尋SMU)之回饋操作以執行閘極電壓VG之量測。在區塊S319中，控制器170判定是否已藉由回饋操作之執行而滿足量測結束條件。當尚未滿足量測結束條件(區塊S319：否)時，回饋操作之執行繼續，從而引起針對量測之時間消逝(等待時間)。當滿足量測結束條件(區塊S319：是)時，控制器170在區塊S320中判定已發生汲極電流ID及目標 電流值Itarget之彙聚，且在區塊S321中自第一電壓源單元110之電壓量測裝置115讀出閘極電壓VG之經量測值。經量測值指示對應於汲極電流ID之目標電流值Itarget的閘極電壓VG。經量測值閘極電壓VG被判定為臨限電壓VTH。
在一實施例中，可基於傳輸增益gm之預期最小值來判定量測結束條件以用於完成閘極電壓VG之量測。更特定言之，作為電晶體185之弱反轉區或適度反轉區中預期的操作，判定回饋已在針對量測之等待時間之消逝之後提供足夠彙聚。等待時間可為藉由將用於系統傳輸特性Hsystem之時間常數乘以預定數目而獲得的時間，該時間常數係藉由基於gm×Vt/Id之預期最小值來計算自回饋操作之開始至量測之開始的時間而獲得。該預定數目係基於測試系統100之時間常數(τ)。一旦知道測試系統100之時間常數，就可計算彙聚等待時間。舉例而言，若所使用之等待時間為1×τ(時間常數)，則汲極電流ID(或源極電流IS，下文所論述)僅彙聚至目標電流值Itarget之63%。然而，若所使用之等待時間為5×τ，則汲極電流ID(或源極電流IS)彙聚至目標電流值Itarget之99.9%。
接著，量測藉由判定而獲得的第一電壓源單元110之閘極電壓VG作為臨限電壓VTH，以藉此使量測結束。用於判定量測之完成的量測結束條件可藉由組配控制器170以開始自第二電壓源單元120至第一電壓源單元110之回饋操作而實施，且在預定等待時間之消逝之後量測第一電壓源單元110之閘極電壓VG。提供量測結束條件之預定等 待時間可基於(例如)計時器。
在不脫離本發明之範疇的情況下，量測結束條件可併有其他準則。舉例而言，圖4為根據一代表性實施例的展示關於進入預定範圍之經感測電流的彙聚在預定時段內之判定的圖形。
參看圖4，水平軸線表示時間，且垂直軸線表示由回饋單元150輸出之經感測電流(例如，回饋電流IFB)。範圍410係基於目標電流值Itarget之±x百分比而判定。在所描繪實例中，範圍410在時間t1開始，其對應於回饋電流IFB(由曲線420指示)達到目標電流值Itarget減目標電流值Itarget之預定百分率(x)。範圍410在時間t2結束，其對應於汲極電流ID匹配於目標電流值Itarget。一旦輸入至誤差放大器160之回饋電流IFB在時間t1屬於範圍410且在時間t2以前保持於範圍410中，就有可能自動地判定已達成彙聚且讀出在彼時間獲得之閘極電壓VG，藉此使量測結束。當然，在不脫離本教示之範疇的情況下，可併有用於建立範圍410及/或用於判定何時已滿足量測結束條件之其他準則。
在讀出經量測閘極電壓VG之後，控制器170重設測試系統100以準備好判定用於下一DUT之閘極電壓VG。亦即，控制器170將第一電壓源單元110之連接設定返回設定至原始操作模式，例如，獨立式第一電壓源單元110內部之正常操作模式。控制器170亦中斷用於回饋單元150之連接設定，且中斷用於第二電壓源單元120之電流值回饋之連接設定。第一電壓源110及第二電壓源120以及回饋單元150中 之每一者藉此返回至其各別初始狀態。
圖5為展示使用圖3所說明之量測方法進行的閘極電壓相對於時間之轉變的圖形。圖6為展示出於比較之目的而使用習知二進位搜尋進行的閘極電壓相對於時間之轉變的相似圖形。在圖5及圖6兩者中，水平軸線表示時間(10ms/div)，且垂直軸線表示由搜尋SMU(例如，根據該代表性實施例為第一電壓單元110)輸出之閘極電壓VG(100mV/div)。
如圖5所展示，藉由根據圖3之方法來執行回饋迴路達一次而達成彙聚。因此，量測之終結顯著地快於圖6所展示之習知量測方法。
圖7為根據另一代表性實施例的說明用於控制DUT之臨限電壓之控制系統的方塊圖。通常，圖7不同於圖1之處在於包括下文所論述之彙聚判定裝置(例如，彙聚判定裝置190)。
參看圖7，測試系統700經組配以控制DUT 180之臨限電壓VTH，DUT 180再次在所描繪實施例中包括電晶體185，其可為(例如)MOSFET。類似於測試系統100，測試系統700包括用於將電力供應至電晶體185之多個電壓源，其可被實施為SMU。舉例而言，在所描繪實施例中，測試系統700包括：第一電壓源單元110，其經組配以經由DUT閘極端子181而將閘極電壓VG施加至電晶體185之閘極；第二電壓源單元120，其經組配以經由DUT汲極端子182而將汲極電壓VD施加至電晶體185之汲極；第三電壓源單元 130，其經組配以經由DUT源極端子183而將源極電壓VS施加至電晶體185之源極；以及第四電壓源單元140，其經組配以經由DUT本體端子184而將源極本體電壓VSB施加至電晶體185之本體。第一電壓源110至第四電壓源140之組配及連接實質上相同於上文參看圖1所論述之組配及連接，且因此將不被重複。
測試系統700進一步包括回饋單元150、誤差放大器160、控制器170以及彙聚判定裝置190。由第二電壓源單元120監控之汲極電流ID係由回饋單元150偵測，回饋單元150基於汲極電流ID而將回饋電流IFB提供至誤差放大器160及彙聚判定裝置190。誤差放大器160經組配以自回饋單元150接收回饋電流IFB，且基於回饋電流IFB與自控制器170接收之目標電流值Itarget之間的比較來判定回饋控制信號SFB，如上文參看圖1所論述。如上文所提及，在替代性組配中，回饋單元150可被簡單地實施為電線或其他導體。
彙聚判定裝置190亦自控制器170接收目標電流值Itarget，以及判定準則。舉例而言，判定準則可為基於目標電流值Itarget之電流值的範圍(例如，目標電流值Itarget之±x百分率)。彙聚判定裝置190接著監控來自回饋單元150之輸出以判定回饋電流IFB之值是否符合判定準則。舉例而言，彙聚判定裝置190可判定回饋電流IFB何時屬於上文所提及之判定準則的電流值範圍。當回饋電流IFB係在電流值範圍內時，彙聚判定裝置190將指示彙聚之彙聚結束觸發信號Strigger發送至控制器170，其接著判定終結彙聚。因此，彙 聚判定裝置190之使用使將發生之彙聚等待時間能夠小於上文所論述之預定等待時間。彙聚判定裝置190可包括用於儲存目標電流值Itarget及判定準則之記憶體(未圖示)，以及用於執行比較操作以判定來自回饋單元150之輸出何時符合判定準則之比較器(未圖示)。回饋單元150、誤差放大器160及控制器170之功能性實質上相同於上文參看圖1所論述之功能性，且因此將不被重複。
在另一代表性實施例中，彙聚判定裝置190將回饋電流值IFB已符合判定準則的時間量計算在內。舉例而言，當彙聚判定裝置190判定回饋電流值IFB已在目標電流值Itarget之±x百分率的電流值範圍內歷時預定時段時，可判定已達成彙聚。在此狀況下，可藉由組配彙聚判定裝置190以在彙聚判定裝置190之比較器第一次偵測到正被監控之回饋電流IFB何時進入電流值範圍時啟動計時器來實施上述彙聚判定。當回饋電流IFB已在預定時段之消逝以前維持於該範圍內時，彙聚判定裝置190將彙聚結束觸發信號Strigger發送至控制器170。
在又一代表性實施例中，彙聚判定裝置190可用以監控測試系統700之總回饋增益，例如，藉由監控回饋迴路之穩定性或增益裕量。可如上文所論述而估計傳輸增益gm之值。然而，當量測(例如)有缺陷之DUT或具有不同實體特性之DUT時，對應傳輸增益gm可偏離。彙聚判定裝置190可藉由使用方程式(7)在兩個不同時間點進行閘極電壓及汲極電流(或源極電流)之量測來偵測傳輸增益，其中 VG(t1)為在時間t1施加之閘極電壓，且ID(t1)為在時間t1量測之汲極電流，VG(t2)為在時間t2施加之閘極電壓(其中時間t2為在t1之後不僅發生的時間點)，且ID(t2)為在時間t2量測之汲極電流。
在時間t1與時間t2之間回應於來自誤差放大器160之回饋控制信號SFB而修改閘極電壓VG。將傳輸增益gm之值發送至控制器170，其回應於傳輸增益gm而調整系統之總系統增益。若傳輸增益gm、系統傳輸特性Hsystem與回饋增益A之乘積(gm×Hsystem×A)顯著地小於穩定性準則(例如，小於約1/40)，則控制器170可將回饋增益A增加至(例如)約A×1.5。另一方面，若傳輸增益gm、系統傳輸特性Hsystem與回饋增益A之乘積(gm×Hsystem×A)接近或超過穩定性準則(例如，大於約1/4)，則控制器170可將回饋增益A減小至(例如)約A/1.5。僅當測試系統700尚未達到彙聚(意謂VG(t1)-VG(t2)不為0)時才可啟動此程序。
圖8為根據另一代表性實施例的說明用於控制DUT之臨限電壓之控制系統的方塊圖。通常，圖8不同於圖1之處在於第二電壓源(例如，感測SMU)監控及輸出源極電流IS，此與汲極電流ID成對比。
參看圖8，測試系統800經組配以控制DUT 180之臨限電壓VTH，DUT 180再次在所描繪實施例中包括電晶體185，其可為(例如)MOSFET。類似於測試系統100，測試系統800包括用於將電力供應至電晶體185之多個電壓源， 其可被實施為SMU。舉例而言，在所描繪實施例中，測試系統800包括：第一電壓源單元110，其經組配以經由DUT閘極端子181而將閘極電壓VG施加至電晶體185之閘極；第二電壓源單元120，其經組配以經由DUT汲極端子182而將源極電壓VS施加至電晶體185之源極；第三電壓源單元130，其經組配以經由DUT源極端子183而將汲極電壓VD施加至電晶體185之源極；以及第四電壓源單元140，其經組配以經由DUT本體端子184而將源極本體電壓VSB施加至電晶體185之本體。第一電壓源110至第四電壓源140之組配實質上相同於上文參看圖1所論述之組配，且因此將不被重複。然而，某些組件之間的連接已歸因於第二電壓源單元120之定位而改變，如下文所論述。
如圖8所展示，第二電壓源單元120可為(例如)感測SMU，其包括電流量測裝置125及電壓源127，電壓源127與電流量測裝置125串聯地連接於DUT 180之源極端子183與接地電壓之間。感測SMU因此連續地監控流動通過電晶體185之源極的源極電流IS。第三電壓源單元130可為第一強制SMU，其包括連接於汲極端子182與接地電壓之間的電壓源137。第一電壓源單元110可為搜尋SMU且第四電壓源單元140可為第二強制SMU，如上文參看圖1所描述。
測試系統800進一步包括回饋單元150、誤差放大器160以及控制器170。由第二電壓源單元120監控之源極電流IS係由回饋單元150偵測，回饋單元150作為回應而將回饋電流IFB輸出至誤差放大器160。輸出回饋電流IFB係基於源 極電流IS。誤差放大器160經組配以自回饋單元150接收回饋電流IFB，且基於回饋電流IFB與目標電流值Itarget之間的比較來判定回饋控制信號SFB。在所描繪實施例中，目標電流值Itarget對應於電晶體185之亞臨限區中的源極電流IS。如上文所提及，在替代性組配中，回饋單元150可被簡單地實施為電線或其他導體。
如上文所論述，控制器170在量測程序開始時接收目標電流值Itarget，其可由(例如)使用者輸入。控制器170基於目標電流值Itarget及一係數(例如，比例常數)來計算誤差放大器160之回饋增益，且係藉由電晶體185之亞臨限區中的閘極電壓VG與源極電流IS之間的關係而判定。作為回饋迴路之部分，控制器170在誤差放大器160中設定經計算回饋增益及目標電流值Itarget兩者。
第一電壓源單元110自誤差放大器160接收回饋控制信號SFB，且作為回應而經由可變電壓源117之操作來調整(校正)閘極電壓VG。將經調整閘極電壓VG施加至電晶體185之閘極端子，使得源極電流IS之值朝向目標電流值Itarget彙聚。最終，因此經由回饋迴路而發生至目標電流值Itarget之彙聚。
值得注意地，根據一代表性實施例的使用測試系統800來控制DUT 180之臨限電壓VTH之方法實質上相同於圖3之流程圖中描繪之方法。差異處於如下兩者：區塊S314，其中針對第三電壓源單元130(第一強制SMU)來設定汲極電壓VD之值以施加至DUT汲極端子182；以及區塊 S315，其中針對第二電壓源單元120(感測SMU)來設定源極電壓VS之值以施加至DUT源極端子183，且將由電流量測裝置125量測之源極電流值之回饋目的地設定至回饋單元150。相似地，可藉由運用源極電流Is來取代每一汲極電流Id而將方程式(3)及(6)修改為與其適用於測試系統100一樣同等地適用於測試系統800之組配。
參看圖1，在一替代性實施例中，測試系統100可經組配以回饋藉由對感測SMU側上之回饋電流求微分而獲得的電流值，或自感測SMU回饋藉由自一個端子之電流減去另一端子之電流而獲得的值。舉例而言，在圖1中，可在源極端子183處提供另一SMU以量測流入電流(例如，洩漏電流Ileak)。可自感測SMU回饋藉由自源極電流IS減去洩漏電流Ileak而獲得之電流值。
另外，亦參看圖8，以與上文所描述之方式相同的方式，測試系統800可經組配以回饋藉由對感測SMU側上之回饋電流求微分而獲得的電流值，或自感測SMU回饋藉由自一個端子之電流減去另一端子之電流而獲得的值。舉例而言，在圖8中，可在汲極端子182處提供另一SMU以量測流入電流(例如，洩漏電流Ileak)。可自感測SMU回饋藉由自汲極電流ID減去洩漏電流Ileak而獲得之電流值。
與上文所描述之彙聚判定方法分離地，有可能預先自DUT 180的預期正常裝置區域設定gm/Id之最小值。藉由使用gm/Id之最小值，有可能估計在達成至臨限電壓Vth之彙聚以前消逝的最大時間。另外，亦有可能將針對彙聚 之最大時間設定為針對量測之逾時時期。在此狀況下，當即使在最大時間之消逝之後仍未達成彙聚時，測試裝置可經組配以將錯誤狀態傳回至使用者作為異常彙聚。
又，在圖1及圖8中，作為一實例，DUT 180被展示為包括N型FET作為電晶體185。然而，當電晶體185為P型FET時，各種實施例以實質上相同方式適用。
圖9為根據一代表性實施例的說明用於量測DUT之偏壓電壓之測試系統的方塊圖。通常，圖9不同於圖1之處在於DUT包括與電晶體成對比的二極體。
參看圖9，測試系統900經組配以量測DUT 980之偏壓電壓Vbias，DUT 980在所描繪實施例中包括具有陽極及陰極之二極體985。測試系統900包括：第一電壓源單元110，其經組配以經由DUT輸入端子981而將偏壓電壓Vbias施加至二極體985之陽極；以及第二電壓源單元120，其經組配以經由DUT輸出端子982而將陰極電壓施加至二極體985之陰極。第一電壓源單元110可為(例如)搜尋SMU，其包括電壓量測裝置115以及可變電壓源117，如上文所描述。第二電壓源單元120可為(例如)感測SMU，其包括連接至DUT輸出端子982之電流量測裝置125。感測SMU通常強制(例如)0V。感測SMU之電流量測裝置125連續地監控流動通過二極體985之二極體電流Id。
測試系統900進一步包括回饋單元150、誤差放大器160以及控制器170。由電流量測裝置125監控之二極體電流Id係由回饋單元150偵測，作為回應，回饋單元150將回 饋電流IFB輸出至誤差放大器160。輸出回饋電流IFB係基於二極體電流Id。誤差放大器160經組配以自回饋單元150接收回饋電流IFB，且基於回饋電流IFB與目標電流值Itarget之間的比較來判定回饋控制信號SFB。如上文所提及，在替代性組配中，回饋單元150可被簡單地實施為電線或其他導體。
如上文所論述，控制器170在量測程序開始時接收目標電流值Itarget，其可由(例如)使用者輸入。控制器170基於目標電流值Itarget及一係數(例如，比例常數)來計算誤差放大器160之回饋增益，且在誤差放大器160中設定該回饋增益。又，在一實施例中，控制器170經組配以監控測試系統900之總回饋增益，且當總回饋增益超過預定範圍時動態地調整誤差放大器160之回饋增益，如上文所論述。
第一電壓源單元110自誤差放大器160接收回饋控制信號SFB，且作為回應而經由可變電壓源117之操作來調整(校正)偏壓電壓Vbias。將經調整偏壓電壓Vbias施加至二極體985之陽極，使得二極體電流Id之值彙聚至目標電流值Itarget。因此在單一回饋迴路中發生至目標電流值Itarget之彙聚。
在一實施例中，測試系統900可進一步包括彙聚判定裝置(未圖示)，其亦自控制器170接收目標電流值Itarget以及判定準則，如上文參看圖7所論述。舉例而言，判定準則可為基於目標電流值Itarget之電流值的範圍(例如，目標電流值Itarget之±x百分率)。彙聚判定裝置接著監控來自回饋單元150之輸出以判定回饋電流IFB之值是否符合判定準則。當 回饋電流IFB符合判定準則(例如，預定電流值範圍，如上文所論述)時，彙聚判定裝置將彙聚結束觸發信號Strigger發送至控制器170，其接著判定終結彙聚。因此，彙聚判定裝置之使用使將發生之彙聚等待時間能夠小於上文所論述之預定等待時間。
關於由圖9所說明之控制器170執行的用於誤差放大器160之增益設定，流動通過二極體985之電流Id可由方程式(8)表達：Id=Is(e^(qV/kT)-1) (8)
在方程式(8)中，「V」為二極體985之偏壓電壓，且「Is」為流動通過二極體985之電流的飽和電流。方程式(8)為此項技術中之熟知關係，如(例如)由Agilent Technologies之PARAMETRIC MEASUREMENT HANDBOOK(第三版，第7章(2012年3月))所指示，其係據此以引用方式併入。
因此，傳輸增益gm可藉由予以求微分而表達，如方程式(9)中所展示，其中「Id」為二極體電流：
因此，有可能藉由將周圍溫度範圍限制於滿足二極體電流Id比飽和電流Is大得多(Id>>Is)的範圍內來限制傳輸增益gm之範圍。換言之，汲極電流相對於二極體985之偏壓電壓的微分傳輸增益gm相對於偏壓電壓之變化按指數規律地變化。因此，到現在為止，設定了足夠低以避免振盪 之可能增益。
然而，實際上，自上述方程式(9)，傳輸增益gm與二極體電流Id成實質上線性關係(在Id>>Is之區域中)。當使用者基於方程式(9)來設定目標電流值Itarget時，有可能將傳輸增益gm之最大值限制於給定範圍內。因此，有可能僅使用目標電流值Itarget(例如，由使用者設定)而在無振盪的情況下設定誤差放大器160之回饋增益。結果，有可能致使二極體985在無振盪的情況下以預先預期之範圍內的彙聚速度彙聚至用以展現目標電流值Itarget的偏壓電壓之值。
圖10為根據一代表性實施例的說明量測DUT之偏壓電壓之方法的流程圖。圖10所描繪之各種操作可由(例如)圖9所展示之控制器170執行。
參看圖9及圖10，在區塊S1011中，控制器170接收設定資訊，諸如，目標電流值Itarget。目標電流值Itarget可由(例如)使用者或另一控制裝置經由適當I/O介面而提供，此對於一般熟習此項技術者將顯而易見。在區塊S1012中，基於目標電流值Itarget來計算誤差放大器160之回饋增益，且在區塊S1013中，在誤差放大器160中設定經計算回饋增益。
在區塊S1014中，控制器170組配第一電壓源單元110(搜尋SMU)以用於量測操作。此組配包括：針對第一電壓源單元110來設定偏壓電壓Vbias之開始值以施加至二極體985；將第一電壓源單元110設定至(偏壓電壓Vbias之)電壓量測模式；以及將第一電壓源單元110之操作模式設定至基於由回饋單元150提供之回饋(回饋電流IFB)的操作，如下文 所提及。值得注意地，當DUT 980以相似方式經受偏壓電壓Vbias之重複量測時(例如，如在陣列測試結構之狀況下)，可省略針對第一電壓源單元110來設定所施加之偏壓電壓Vbias之開始值的步驟，且可使用目前電壓值作為開始電壓以便縮短量測時間。
在區塊S1015中，控制器170組配第二電壓源單元120(感測SMU)以用於量測操作。此組配包括：針對第二電壓源單元120來設定電壓之值；將第二電壓源單元120設定至(二極體電流Id之)電流量測模式；以及將由電流量測裝置125量測之二極體電流值之回饋目的地設定至回饋單元150。同樣地，在步驟S1016中，控制器170設定回饋單元150之電流值之輸出目的地，以便經由誤差放大器160而連接至第一電壓源單元110。
在區塊S1017中，基於區塊S314中的第一電壓源單元之操作模式之設定來起始自第一電壓源單元110(感測SMU)至第二電壓源單元120(搜尋SMU)之回饋操作以執行偏壓電壓Vbias之量測。在區塊S1018中，控制器170判定是否已藉由回饋操作之執行而滿足量測結束條件。關於滿足量測結束決策之判定可實質上相同於上文關於圖3中之區塊S319所論述的判定。當尚未滿足量測結束條件(區塊S1018：否)時，回饋操作之執行繼續，從而引起針對量測之時間消逝(等待時間)。當滿足量測結束條件(區塊S1018：是)時，控制器170在區塊S1019中判定彙聚已結束，且在區塊S320中自第一電壓源單元110之電壓量測裝置115讀出偏 壓電壓Vbias之經量測值。經量測值指示對應於二極體電流Id之目標電流值Itarget的偏壓電壓Vbias。
在讀出經量測偏壓電壓Vbias之後，控制器170重設測試系統900以準備好判定用於下一DUT之偏壓電壓Vbias。亦即，控制器170將第一電壓源單元110之連接設定返回設定至原始操作模式，例如，獨立式第一電壓源單元110內部之正常操作模式。控制器170亦中斷用於回饋單元150之連接設定，且中斷用於第二電壓源單元120之電流值回饋之連接設定。第一電壓源單元110、第二電壓源單元120及回饋單元150中之每一者藉此返回至其各別初始狀態。
本文中描述之各種實施例可應用於(例如)藉由用於MOS及其他類型之裝置之恆定電流方法而執行的高速及高確度量測。亦即，各種實施例使能夠在用以滿足所要電流值(例如，目標電流值Itarget)之狀態下量測各種參數。
藉由比較圖5與圖6顯而易見，諸如二進位搜尋方法及線性搜尋方法之習知方法相比於本文中描述之各種實施例需要較長量測時間，此係因為在該等習知方法中重複閘極電壓之設定、彙聚之等待及量測之執行。又，根據如上文所論述之二進位搜尋方法，可施加值等於或大於目標值之信號，但根據各種實施例，不施加值等於或大於目標值之信號，因此縮減DUT上之應力。
以下表1指示(例如)圖1所描繪之實施例與習知二進位搜尋方法及線性搜尋方法之間的量測時間之顯著差異。詳言之，表1描繪針對藉由對應方法而對晶圓上之60個 裝置所執行之量測的平均量測時間。
另外，當針對單一裝置來進行連續量測達200次時，確認到量測結果之間的平均值之差足夠小，例如，1mV或更小。又，作為一額外優勢，根據各種實施例，沒有必要輸入取決於DUT之參數。
雖然本發明參考例示性實施例，但對於熟習此項技術者將顯而易見，在不脫離本教示之精神及範疇的情況下可進行各種改變及修改。因此，應理解，以上實施例並非限制性的，而是說明性的。
100‧‧‧測試系統
110‧‧‧第一電壓源單元
115‧‧‧電壓量測裝置
117‧‧‧可變電壓源
120‧‧‧第二電壓源單元
125‧‧‧電流量測裝置
127、137、147‧‧‧電壓源
130‧‧‧第三電壓源單元
140‧‧‧第四電壓源單元
150‧‧‧回饋單元
160‧‧‧誤差放大器
170‧‧‧控制器
180‧‧‧受測裝置(DUT)
181‧‧‧DUT閘極端子
182‧‧‧DUT汲極端子
183‧‧‧DUT源極端子
184‧‧‧DUT本體端子
185‧‧‧電晶體

Claims (20)

  1. 一種用於量測包含一電晶體之一受測裝置(DUT)之至少一個參數的測試系統，該系統包含：一第一電壓源單元，其經組配以將一閘極電壓供應至該電晶體之一閘極，該第一源單元包含一電壓量測裝置；一第二電壓源單元，其經組配以將一汲極電壓或一源極電壓中之一者分別供應至該電晶體之一汲極或一源極，該第二電壓源包含經組配以偵測分別流動通過該電晶體之該汲極或該源極之一汲極電流或一源極電流中之一者的一電流量測裝置；一回饋單元，其經組配以與該電流量測裝置連接，且基於由該電流量測裝置偵測之該汲極電流或該源極電流中之該一者而在一回饋控制操作期間輸出一回饋電流；以及一誤差放大器，其經組配以基於該回饋電流與一目標電流值之比較而將一回饋控制信號輸出至該第一電壓源單元，其中該第一電壓源單元經進一步組配以回應於該回饋控制信號而調整該電晶體之該閘極電壓，使得該汲極電流或該源極電流中之該一者彙聚以匹配於該目標電流值，且其中該誤差放大器包括基於該目標電流值及一係 數而判定之一回饋增益，該係數係藉由該電晶體之一亞臨限區中的該閘極電壓與該汲極電流或該源極電流中之該一者之間的一關係而判定。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包含：一控制器，其經組配以計算該回饋增益，且在該誤差放大器中設定該經計算回饋增益。
  3. 如請求項2之系統，其中該控制器經進一步組配以監控該系統之總回饋增益，且當該總回饋增益超過一預定範圍時動態地調整該誤差放大器之該回饋增益。
  4. 如請求項2之系統，其中該第一電壓源單元包含一搜尋源極量測單元(SMU)。
  5. 如請求項4之系統，其中該第二電壓源單元包含一感測SMU。
  6. 如請求項2之系統，其中該第一電壓源單元之該電壓量測裝置在該汲極電流或該源極電流中之該一者已彙聚至該目標電流值之後量測該閘極電壓，且將該經量測閘極電壓輸出至該控制器。
  7. 如請求項6之系統，其中該經量測閘極電壓包含該電晶體之一臨限電壓。
  8. 如請求項2之系統，其中該控制器經進一步組配以基於在該回饋控制操作之一開始之後是否已消逝一預定等待時間來判定該汲極電流或該源極電流中之該一者是否已隨該目標電流值而彙聚。
  9. 如請求項2之系統，其進一步包含： 一彙聚判定裝置，其經組配以基於該回饋電流來偵測該汲極電流或該源極電流中之該一者何時已進入一預定範圍，且將指示該彙聚之一觸發信號發送至該控制器。
  10. 一種用於量測包含一二極體之一受測裝置(DUT)之至少一個參數的測試系統，該系統包含：一第一電壓源單元，其連接至該二極體之一陽極且經組配以將一偏壓電壓供應至該陽極，該第一源單元包含一電壓量測裝置；一第二電壓源單元，其連接至該二極體之一陰極，且包含經組配以偵測流動通過該二極體之一二極體電流的一電流量測裝置；一回饋單元，其經組配以與該電流量測裝置連接，且基於該二極體汲極電流而在一回饋控制操作期間輸出一回饋電流；以及一誤差放大器，其經組配以基於該回饋電流與一目標電流值之比較而將一回饋控制信號輸出至該第一電壓源單元，其中該第一電壓源單元經進一步組配以回應於該回饋控制信號而調整該電晶體之該偏壓電壓，使得該二極體電流彙聚以匹配於該目標電流值，且其中該誤差放大器包括基於該目標電流值及一係數之一回饋增益，該係數係藉由該偏壓電壓與該二極體電流之間的一關係而判定。
  11. 如請求項10之系統，其進一步包含：一控制器，其經組配以計算該回饋增益，且在該誤差放大器中設定該經計算回饋增益。
  12. 如請求項11之系統，其中該控制器經進一步組配以監控該系統之總回饋增益，且當該總回饋增益超過一預定範圍時動態地調整該誤差放大器之該回饋增益。
  13. 如請求項11之系統，其中該第一電壓源單元包含一搜尋源極量測單元(SMU)。
  14. 如請求項13之系統，其中該第二電壓源單元包含一感測SMU。
  15. 如請求項11之系統，其中該第一電壓源單元之該電壓量測裝置在該二極體電流已彙聚至該目標電流值之後量測該偏壓電壓，且將該經量測偏壓電壓輸出至該控制器。
  16. 如請求項11之系統，其中該控制器經進一步組配以基於在該回饋控制操作之一開始之後是否已消逝一預定等待時間來判定該二極體電流是否已隨該目標電流值而彙聚。
  17. 如請求項11之系統，其進一步包含：一彙聚判定裝置，其經組配以基於該回饋電流來偵測該二極體電流何時已進入一預定範圍，且將指示該彙聚之一觸發信號發送至該控制器。
  18. 一種用於量測包含一電晶體之一受測裝置(DUT)之至少一個參數的測試系統，該系統包含： 一第一電壓源單元，其經組配以將一閘極電壓供應至該電晶體之一閘極，該第一源單元包含一電壓量測裝置；一第二電壓源單元，其經組配以將一汲極電壓或一源極電壓中之一者分別供應至該電晶體之一汲極或一源極，該第二電壓源包含經組配以偵測分別流動通過該電晶體之該汲極或該源極之一汲極電流或一源極電流中之一者的一電流量測裝置；一回饋單元，其經組配以與該電流量測裝置連接，且基於由該電流量測裝置偵測之該汲極電流或該源極電流中之該一者而在一回饋控制操作期間輸出一回饋電流；一誤差放大器，其經組配以將一回饋控制信號輸出至該第一電壓源單元，該回饋控制信號係基於該誤差放大器之一回饋增益且基於來自該回饋單元之該回饋電流與一目標電流值之一比較；一彙聚判定裝置，其經組配以基於該閘極電壓及該汲極電流或該源極電流中之該一者在不同時間點之量測來監控該系統之總回饋增益，且提供一對應傳輸增益；以及一控制器，其經組配以回應於該傳輸增益而調整該系統之該總回饋增益。
  19. 如請求項18之系統，其中該控制器藉由當該系統之該總回饋增益超過一預定範圍時動態地調整該誤差放大器 之該回饋增益來調整該系統之該總回饋增益。
  20. 如請求項19之系統，其中回應於來自該誤差放大器之該回饋控制信號而修改該閘極電壓，使得該汲極電流或該源極電流中之該一者彙聚以匹配於該目標電流值。
TW104111789A 2014-04-30 2015-04-13 用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法 TWI642956B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/265,772 2014-04-30
US14/265,772 US9547035B2 (en) 2014-04-30 2014-04-30 System and method for converging current with target current in device under test

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201546470A true TW201546470A (zh) 2015-12-16
TWI642956B TWI642956B (zh) 2018-12-01

Family

ID=54355106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104111789A TWI642956B (zh) 2014-04-30 2015-04-13 用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9547035B2 (zh)
TW (1) TWI642956B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI730365B (zh) * 2018-10-26 2021-06-11 和碩聯合科技股份有限公司 印刷電路板及其電源銅面配置方法
TWI756358B (zh) * 2017-03-30 2022-03-01 美商甲骨文國際公司 用於監測電流之設備、方法及系統
TWI779057B (zh) * 2017-12-20 2022-10-01 韓商愛思開海力士有限公司 包括監控電路的半導體裝置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10701794B2 (en) * 2018-10-26 2020-06-30 Pegatron Corporation Printed circuit board and power copper surface configuration method thereof
US20210063488A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Tektronix, Inc. Signal path calibration of a hardware setting in a test and measurement instrument
CN111983416A (zh) * 2020-08-20 2020-11-24 无锡摩斯法特电子有限公司 一种用于沟槽栅vdmos器件老化的方法和老化设备

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3457091B2 (ja) 1995-03-17 2003-10-14 アジレント・テクノロジー株式会社 電圧電流特性測定装置
US6396298B1 (en) * 2000-04-14 2002-05-28 The Aerospace Corporation Active feedback pulsed measurement method
JP2002040091A (ja) 2000-07-27 2002-02-06 Advantest Corp 半導体試験方法及びその試験方法を用いた半導体試験装置
US7436221B2 (en) * 2004-10-21 2008-10-14 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for ultra-low leakage analog storage
US7479768B1 (en) * 2005-05-26 2009-01-20 National Semiconductor Corporation System and method for providing variable gain loop control for use in adaptive voltage scaling
JP4866158B2 (ja) * 2006-06-20 2012-02-01 富士通セミコンダクター株式会社 レギュレータ回路
US8310265B2 (en) * 2007-05-02 2012-11-13 Nxp B.V. IC testing methods and apparatus
US7679349B2 (en) * 2008-03-03 2010-03-16 Summit Microelectronics, Inc. Switching systems and methods with current sensing
US7973684B2 (en) * 2008-10-27 2011-07-05 Microchip Technology Incorporated Self auto-calibration of analog circuits in a mixed signal integrated circuit device
US7969177B2 (en) * 2008-12-22 2011-06-28 LTX—Credence Corporation System and method for thermal limit control
JP2012122879A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Advantest Corp 電源装置、その制御方法ならびにそれらを用いた試験装置
ITMI20111594A1 (it) * 2011-09-05 2013-03-06 St Microelectronics Srl Regolatore di tensione a commutazione
JP2013181831A (ja) * 2012-03-01 2013-09-12 Advantest Corp 試験装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI756358B (zh) * 2017-03-30 2022-03-01 美商甲骨文國際公司 用於監測電流之設備、方法及系統
TWI779057B (zh) * 2017-12-20 2022-10-01 韓商愛思開海力士有限公司 包括監控電路的半導體裝置
TWI730365B (zh) * 2018-10-26 2021-06-11 和碩聯合科技股份有限公司 印刷電路板及其電源銅面配置方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI642956B (zh) 2018-12-01
US20150316607A1 (en) 2015-11-05
US9547035B2 (en) 2017-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI642956B (zh) 用以在受測裝置中隨目標電流來匯聚電流之系統與方法
TWI665453B (zh) 具有導通狀態電阻（ＲＤＳｏｎ）修正的電流感測
JP5901616B2 (ja) 温度を制御するため及び半導体チップのテストを可能にするための回路
US9671438B2 (en) High-current sensing scheme using drain-source voltage
TW201939048A (zh) 積體電路工作負荷、溫度及/或次臨界洩漏感測器
US8665005B2 (en) Process and temperature insensitive inverter
TWI487277B (zh) 最小化電阻平坦度及改善音訊性能之固定切換ｖｇｓ電路
CN110988639B (zh) 一种恒定电场应力偏压温度不稳定性的测试方法和装置
CN107024294B (zh) 一种多通道芯片温度测量电路及方法
US20130169297A1 (en) Method for measuring an electrical current and apparatus for this purpose
US20150338455A1 (en) Test method and system for cut-in voltage
JP6151295B2 (ja) デューティサイクリングを用いる広範囲の電流計測
JP5045325B2 (ja) トランジスタの検査方法と検査装置
JP2012098224A (ja) パワーサイクル試験方法、及び、パワーサイクル試験装置
US20180321291A1 (en) Output resistance testing method
JP6151296B2 (ja) 可変抵抗を用いる広範囲の電流計測
JP6263272B2 (ja) 電流検出装置および電流を検出する方法
TWI400464B (zh) 具有外部測試電壓的電路
KR101276947B1 (ko) 저전력, 고정밀, 넓은 온도범위의 온도 센서
US7397265B2 (en) MOS transistor characteristic detection apparatus and CMOS circuit characteristic automatic adjustment apparatus
CN114326909B (zh) 低温漂基准源电路
US10393597B2 (en) Over-temperature detector with test mode
JP6829432B2 (ja) 太陽電池特性測定装置および太陽電池特性測定方法
JP6506592B2 (ja) センサ装置
CN115769089B (zh) 用于测量GaN基装置的间歇运行寿命的系统和方法