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美国吉时利keithley半导体器件实验概述

半导体器件 / 微电子实验室是现代电子工程教育课程的一个主要部分。它允许大学生应用他们在器件物理学和 VLSI 课程学到的内容。在半导体器件实验课程中，学生通过“自己动手”学习半导体微米 / 纳米制造技术、工艺和电特性分析。教育经验包括熟悉工艺设计、仿真和集成。当理解了这些概念后，学生将制造、分析和评估各种半导体器件，例如二极管、双极晶体管和场效应晶体管、无源元件乃至集成电路器件。

对于实验室研究的所有半导体器件，zui常见的电特性分析方法是：

MOSFET 的典型 I-V 图

典型 C-V 测线图

1.电流与电压 （I-V） 测试显示了流过的直流电流和电子器件以及器件两端直流电压之间的关系。

2.电容与电压 （C-V） 测试用于分析半导体材料和结构参数，例如表面俘获电荷密度、固定电荷和氧化层电荷。

美国吉时利keithley半导体器件实验测量范例

半导体器件 / 微电子教学实验室典型的主题包括制造和分析各种器件：

 1. MOS 电容器

 主题

C-V 曲线 （高频：100kHz）： 

掺杂类型 – 氧化层厚度 – 平带电压 – 阈值电压 – 衬底掺杂 – zui大耗尽层宽度 – 反型层到平衡的灵敏度：电压扫描率和方向 – 光效应和温度效应。

I-V 曲线分析：

电荷建立 （测量电压 - 时间图，用低电流源）； 氧化层电容测定； 与 C-V 曲线比较。

C-V 曲线 （准静态） 结合 C-V 曲线： 

表面电位 Ψs 与施加电压的关系 – Si （100） 的表面态密度 Dit = f （Ψs） 与 Si （111） 的相比：方向和后处理退火的影响。

C-V 曲线 （高频：100kHz）：

移动氧化层电荷密度 （偏压温度应力：200°C，10 分钟，±10V）

 2. 双极结型晶体管

 主题

   正向共发射极输出特性：Ic = f （Vce>0,Ib）, Iceo （f） 测量。

   正向 CE 输入特性：Ib = f （Vbe） 对于几个 Vce 正值。

   正向 Gummel 曲线： log Ic, log Ib = f（Vbe >0）.

   确定增益 βf = Ic/Ib 和 af。

   Βf 与 log（Ic） 的关系： 低注入和高注入的效果。

   非理想特性：尔利电压。

   反向 CE 输出特性： Ic=f（Vce<0,Ib）, Iceo（r）.

   反向 CE 传输特性：Ib=f（Vbe） 对于几个Vce负值。

   反向 Gummel 曲线： logIe, logIb=f（Vbc>0）.

   确定增益 βr = Ie/Ib 和 ar。

   Βr 与 log（Ie） 的关系： 低注入和高注入的效果。

   Vce（sat） = Vbe（on） – Vbc（on） 确定，对于给定的 Ib 电流。

   Ebers Moll 模型构建并且与实验做比较。

   BE 和 CE 结的 C-V 特性分析。基区掺杂浓缩。

 3. 亚微米集成 MOSFET

 主题

输出特性：IDS = f（VDS,VGS）:

p型 MOSFET （增强或耗尽），沟道长度调制参数（λ） 在饱和区域 （VDS<–3V） 有效沟道长度与 VDS 的关系。

传输特性： 

IDS = f（VGS） and Transconductance gm = f（VGS） in the linear region （VDS = –0.1V）: Determination of the threshold voltage VT and of the transconductance factor k. Derivation of the effective channel mobility μeff as function of VGS.

衬底偏压特性： 

IDS = f（VGS,VBS>0）, determination of the γ factor in the linear region （VDS = –0.1V）. Doping concentration substrate.

亚阈值特性：

log （IDS） = f（VGS） for several high VDS values: Drain Induced Barrier Lowering （VT shift） effect.

衬底电流特性：

log （Ibs） = f（VGS） for several high VDS values: Hot carrier injection effects. Incidence on output characteristics at high drain levels.

使用长沟道和短沟道公式的输出特性模型：

比较实验结果。

美国吉时利keithley半导体器件实验介绍 ACS 基础版 

ACS 基础版能让工程专业学生在学习基础电子器件过程中获得的学习效果并且帮助研究生加快下一代半导体或纳米级器件的特性分析研究。当配合一台或多台 2600A 系列数字源表使用时，ACS 基础版成为一款强大但简单易用的元件特性分析和曲线追踪工具。它具有全面的参数分析套件，因此能快捷地提供理解基本电子器件如何工作或者理解新型器件或材料气的电特性所需的测试结果。

当您需要快速获取电子器件或封装产品的某些数据时，为 ACS 基础版开发并基于向导的用户接口能像常见的 FET 曲线跟踪测试那样容易地查找和运行您需要的测试。与传统模拟曲线跟踪软件非常类似，ACS 基础版能快速产生电子器件或封装产品的一系列曲线，而且能灵活、容易地对结果进行保存、比较和关联。

主要特性和优点：

测量时间短 – 安装简单、直观的测试选择向导并且内建测试；

无需编写代码 - ACS 具有直观的 GUI 能快速简化 I-V 测试、分析和结果；

优化器件测试、验证和分析应用；

硬件灵活性 – 动态地加入或移除设备以满足独立测试的需要；

预装应用库 – 一组极丰富的超快、易于访问的测试库；

模块化的灵活软件架构便于扩展系统并使系统应用能满足的测试需要；

免费可选后台软件许可，能容易地在另一台PC上开发新的测试序列，无需挂起正在执行工作的系统。

美国吉时利keithley半导体器件实验测试方案

半导体器件实验室的核心是参数分析仪。简单易用的 Model 4200-SCS半导体特性分析系统能进行实验室级的直流和脉冲器件特性分析、实时绘制以及高精密和亚飞安分辨率的分析。4200-SCS 结合了 4200-CVU 的集成选件，现能让半导体测试用户灵活地创建集成了 DC、脉冲和 C-V 测试功能的方案，所有功能都囊括在节省空间的机壳中和集成的测试环境中。

为了简单、快速地测量二极管、晶体管、运放等有源器件和的半导体器件结构，吉时利的 2400 系列 SourceMeter®仪器和 2600 系列数字源表在一台仪器中集成了精密电源、真电流源和 DMM 等多种测试功能。2600 系列还包含任意波形发生器、带测量功能的电压或电流脉冲发生器、电子负载和触发控制器。

当设计和试验低电阻、低功耗半导体器时，管理电源对于防止器件损坏而言至关重要。分析现代材料、半导体和纳米电子元件的电阻需要输出极低电流和测量极低电压的能力。吉时利的 delta 模式 （电流反转极性） 电阻测量功能结合了 6220 或 6221 的低电流 DC 源能力以及2182A 的低压测量精度，从而非常适合于低阻测量 （低至 10 nΩ） 适于分析导通电阻参数、互连和低功率半导体。

可免费下载的 LabTracer® 2.0 软件允许用户快速、简单地配置和控制多达8条2600系列或2400系列源表的通道用于曲线追踪或器件特性分析。它具有简单的图形用户接口用于设置、控制、数据采集和绘制数字源表的 DUT 数据。当LabTracer与数字源表结合使用时，就能为实验室的用户提供强大、易用和经济的机箱方案。3400 系列脉冲/码型发生器具有码型发生和全面控制脉冲幅度、上升时间、下降时间、宽度和占空比等各种脉冲参数能力，因而非常适合纳米电子研究人员、半导体器件研究人员、射频器件设计工程师和教育工作者等用户的需要。

美国吉时利keithley半导体器件实验常用产品

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美国吉时利keithley4200半导体特性分析系统

美国吉时利keithley4200-SCS型半导体特性分析系统

美国吉时利keithley4200-CVU型集成C-V选件用于4200-SCS

美国吉时利keithley4200- PIV-A型脉冲C-V选件用于4200-SCS