泰克Keithley 4200A-SCS 参数分析仪
亲眼见证创新! 4200A-SCS 是一种可以量身定制、全面集成 的参数分析仪,可以同步查看电流电压(I-V)、电容电压(C-V) 和超快速脉冲式I-V 特性。作为性能最高的参数分析仪, 4200A-SCS 加快了半导体、材料和工艺开发速度。
4200A-SCS ClariusTM 基于GUI 的软件提供了清楚的、不折不 扣的测量和分析功能。凭借嵌入式测量专业知识和数百项随时 可以投入使用的应用测试,Clarius Software 可以更深入地挖掘 研究过程,快速而又满怀信心。
4200A-SCS 参数分析仪可以根据不同用户需求进行灵活配 置,不管是现在还是未来,都可以随时对系统进行升级。通过 4200A-SCS 参数分析仪,通往发现之路现在变得异常简便。
主要性能指标
I-V 源测量单元(SMU)
C-V 多频率电容单元(CVU)
AC 阻抗测量 (C-V, C-f, C-t)
1 kHz - 10 MHz 频率范围
± 30 V (60 V差分)内置DC偏置源,可以扩展到± 210 V(420 V 差分)
选配 CVIV 多通道开关,在 I-V 测量和 C-V 测量之间简便切换脉冲式I-V 超快速脉冲测量单元(PMU)
两个独立的或同步的高速脉冲 I-V 源和测量通道
200 MSa/s,5 ns 采样率
±40 V (80 V p-p),±800 mA
瞬态波形捕获模式
任意波形发生器 Segment ARB® 模式,支持多电平脉冲波形,10 ns 可编程分辨率
高压脉冲发生器单元(PGU)
两个高速脉冲电压源通道
±40 V (80 V p-p),± 800 mA
任意波形发生器 Segment ARB®模式,支持多电平脉冲波形,10 ns 可编程分辨率I-V/C-V 多通道开关模块 (CVIV)
在 I-V测量和 C-V 测量之间简便切换,无需重新布线或抬起探针
把 C-V测量移动到任意端子,无需重新布线或抬起探针远程前端放大器/ 开关模块(RPM)
在 I-V 测量、C-V 测量和超快速脉冲 I-V 测量之间自动切换
把 4225-PMU的电流灵敏度扩展到数十皮安
降低电缆电容效应
为材料、半导体器件和工艺开发提供最优秀的参数分析仪
使用强大的Clarius 软件,可以更加快速的完成I-V, C-V 和脉冲I-V 测试,结果清晰明了
4200A-SCS 仪器和模块
型号 | 说明 | 主要测量 | 范围 | 测量分辨率 |
4200-SMU | 中等功率源测量单元 | DC I-V 超低频率 C-V 准静态 C-V | ±100 mA, ±210 V | 0.2 mV, 100 fA |
4210-SMU | 高功率源测量单元 | ±1 A, ±210 V | 0.2 mV, 100 fA |
4200-PA | 远程前端放大器模块 | 扩展所有 SMU 的电流范围 | 0.2 mV, 10 aA |
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| 1 kHz - 10 MHz |
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4210-CVU | 电容电压单元 | AC 阻抗 C-V, C-f, C-t | ±30 V 内置DC 偏置装置(60 V 差分) 使用 SMU 扩展直流偏置电压至 | - |
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| ±210V |
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4200A-CVIV | I-V/C-V 多通道 开关模块 | DC I-V 和 C-V 自动切换 | - | - |
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| 脉冲式 I-V SegmentARBR® 多电平脉冲 瞬态波形捕获 | ±40 V (80 V p-p), ±800 mA 200 MSa/s 同时测量电流和电压 |
|
4225-PMU | 超快速脉冲测量单元 | 2048 个唯一段 | 75 nA |
|
| 20 ns 脉宽仅输出时 |
|
|
| 60 ns 脉宽输出同时测流时 |
|
4225-RPM | 远程前段放大器 / 开关模块 | DC I-V、C-V、脉冲式 I-V 间自动切换 | 扩展 4225-PMU 单元的电流范围 | 200 pA |
4220-PGU | 高压脉冲发生器单元 | 脉冲式电压源 Segment ARB® 多电平脉冲 | ±40 V (80 Vp-p) 2048 个唯一段 | - |
接地单元 | 内置低噪声接地单元 | - | 三同轴连接 : 2.6 A 接线柱 : 9.5 A | - |
提取或测量参数列表实例
CMOS 晶体管 | Id-Vg, Id-Vd, Ig-Vg, Vth, Vtlin, Sub-Vt, Rds-on, breakdown, capacitance, QSCV, Low-frequency CV, self-heating reduction and more |
BJT | Ic-Vc, Vcsat, Gummel plot, capacitance, βF, αF |
非易失性存储器 | Vth, endurance test, capacitance |
纳米尺寸器件 | Resistance, Id-Vg, Id-Vd, Ic-Vc |
分立元器件 | Id-Vg, Id-Vd, Ic-Vc, Vfdiode, Vrdiode, capacitance |
材料 | Van der Pauw, 4-point collinear resistivity, Hall Effect |
光伏器件 | Iforward, Ireverse, HiR, LoR |
功率器件 | Pulsed Id-Vg, pulsed Id-Vd, breakdown |
可靠性 | NBTI/PBTI, charge pumping, hot carrier injection, V-Ramp, J-Ramp, TDDB |
1. Clarius Software
全新Clarius Software 用户界面,您可以把对科研的理解提 升到全新水平。4200A-SCS 包括Clarius+ 软件包,可以执 行几乎任何类型的I-V、C-V 和脉冲式I-V 特性分析测试。 Clarius Software 用户界面提供了触滑或点击控制功能,为现 代半导体、材料和工艺特性分析提供高级测试定义、参数分析、 图表绘制和自动化功能。
主要特点
专家视频,降低特性分析复杂度
观看吉时利全球应用工程师制作的内置视频,迅速掌握应用, 缩短学习周期。数小时的专家测量专业帮助,在发生意想不 到的结果或对怎样设置测试存在疑问时,将为您提供指引。 Clarius Software 短专家视频支持四种语言(英语、中文、日 语和韩语),可以迅速让你洞察先机。
大量随时可以使用的应用测试可供选择
通过Clarius 库中装备的450 多项应用测试,您可以选择或 修改预先定义的应用测试,加快特性分析速度,或从一开始 简便地创建自定义测试。只需三步,Clarius Software 就可以 引导新用户像专家一样完成参数分析。
实时结果和参数
自动数据显示、算法分析和实时参数提取功能,加快获得所 需信息的速度。您不必担心数据丢失,因为所有历史数据都 会保存下来。
无需示波器检验脉冲测量
脉冲定时预览模式可以简便地查看脉冲定时参数,确认脉冲 式I-V 测试按希望的方式执行。使用瞬态I-V 或波形捕获模式, 进行基于时间的电流或电压测量,而无需使用外部示波器。
典型应用
MOSFET, BJT 晶体管
材料特性分析
非易失性存储设备
电阻率系数和霍尔效应测量
NBTI/PBTI
III-V 族器件
失效分析
纳米器件
二极管和pn 联结
太阳能电池
传感器
MEMS 器件
电化学
LED 和OLED
第1 步 - 构建测试方案
在Clarius 库的450 多种预先定义的应用测试和项目中搜索、过滤 及选择所需测试项。
过滤测试、器件或项目库,快速进行选择
了解每项测试,获得更详细的信息,包括:● 全面的测试描述; ● 测试示意图; ● 所需设备。
第2 步 - 配置测试
使用Key Parameters View 或All Parameters View,迅速修改测 试参数。
第3 步 - 分析结果
查看图形结果或数据结果,过滤测试数据,标记数据,简便地进行标识。
2. 源测量单元(SMU)
精密直流电流VS. 电压(I-V) 测量是分析器件和材料特性的 基石。4200A-SCS 参数分析仪的核心采用世界一流的源测 量单元(SMU) 仪器。源测量单元可以提供电压或电流,可以 以非常高的分辨率和精度同时测量电压和电流。SMU 把电 压源、电流源、电流表和电压表集成到一张仪器卡上,实现 I-V 同步测量。
源测量单元拥有四象限功能,因此不仅可以提供电流,还可 以吸收电流,比如测试充电电容器或太阳能电池时。
I-V 扫描测量。
4200A-SCS 参数分析仪可以配置最多9 个SMU。有两种 SMU 型号:中等功率SMU,范围高达210 V/100 mA;高功 率SMU,范围高达210 V/1 A。每个4200-SMU 中等功率 SMU 或4210-SMU 高功率SMU 占用主机的一个插槽,在 4200A-SCS 系统中可以一起使用。
所有4200A-SCS SMUs 都有屏蔽三同轴连接,为低电流和 高阻抗测量及4 线(Kelvin) force 和sense 连接提供保护防漏 电功能。
停止、扫描和脉冲测量
内置4200A-SCS SMU 特性提供了各种测量功能,如扫描测 量操作、线性和对数步进扫描、列表扫描、单点平均等。
把测量分辨率扩展到10 aA
许多关键应用需要能够测量超低电流,如确定FET 的栅极泄 漏电流,测试灵敏的纳米器件,测量绝缘装置和电容器的泄 漏电流。
当SMUs 配置选配的4200-PA 远程前端放大器时,它们能 够进行超低电流测量。可扩展任意SMU 型号的电流范围, 分辨率低至10 aA。对用户,SMU 只是表现为提供了额外的 测量分辨率。
选配4200-PA 前端放大器模块,fA 级测量。
前端放大器预装在4200A-SCS 主机背面。这种安装方式可 以使用标准线缆连接探针、测试夹具或开关矩阵。可以从后 面板中去掉前端放大器,放在较远的位置( 如不透光的夹具 盒或探针台内),消除由于长电缆导致的测量问题。另外还提 供了上机架附件和三同轴安装附件。
超低频率C-V 技术及SMUs
4200A-SCS 提供了独一无二的功能,可以执行超低频率电 容电压测量,而不需LCR 仪表或电容模块。低频率C-V 测 量用来分析某些材料中的缓慢捕获和脱阱现象。
使用SMU 和前端放大器进行超低频率C-V 测量。
4200A-SCS 采用新的窄带技术,利用集成的SMU 仪器的低 电流测量功能,在10 mHz ~ 10 Hz 范围内的指定低频率上 执行C-V 测量。这种方法采用4200A-SCS 的SMU 及前端 放大器,而不要求额外的硬件或软件。
本地开关选项
为了适应I-V 测量和其他测量类型之间切换,4200A-SCS 提供了多个选项,可以在不同测量类型之间简便切换:
4200A-CVIV多通道开关模块 - 最多四个通道,在I-V测 量和C-V 测量之间简便切换。此外,可以在被测器件不 同端口间自动切换C-V 测量,而不需要抬起探针或改变 测试设置。
4225-RPM 远程前端放大器 / 开关模块作为多路复用器开 关,在精密DC SMUs、C-V 和超快速脉冲式I-V 仪器之 间自动切换。此外,RPM 扩展了4225-PMU 超快速脉冲 式I-V 仪器模块的低电流测量功能。
3. 电容- 电压单元(CVU)
电容- 电压(C-V) 测量通常用来分析MOSFET 的栅极氧化 层厚度、氧化层缺陷密度、掺杂分布等。在这一测量中,在 栅极电压变化时,栅极到漏极和源极的电容会变化。电容测 量一般采用AC 技术完成。通过在被测器件(DUT) 中提供AC 电压,然后测量得到的AC 电流和相位角,最终多频率C-V 仪器模块可以得到AC 阻抗。
1 kHz - 10 MHz AC 测量
4210-CVU 仪器模块在1 kHz ~ 10 MHz 测试频率上执行几 fF 到几μF 的多频率电容测量,同时提供高达±30 V 或60 V 差分的DC 偏置电压。
电容- 电压扫描。
由于多达 4096 个测量点,CVU 仪器可以用来测量电容相对
于电压关系 (C-V)、电容相对于频率关系 (C-f) 和电容相对于时间关系 (C-t),提取许多重要参数,如:
掺杂曲线
氧化层厚度
载流子寿命测试
结电容、引脚到引脚和互连电容测量
另外还提供了 4200-CVU PWR 选项,支持:
确保结果的有效性>
与市场上其他C-V 模块不同,4210-CVU 设计了独特的已获专利的电路,支持各种特性和诊断工具,确保结果的有效性。
只需点击一下鼠标,就可以把AC 和DC 源切换到噪声最低的端子。
实时电容测量。
本地开关选项
由于很难在C-V 和其他测量类型之间切换,4200A-SCS 提 供了多个可以在不同测量类型之间简便切换的选项:
4200A-CVIV 多通道开关模块 - 最多 4 个通道,在 I-V 测 量和C-V 测量之间轻松切换。此外,可以在DUT 不同端 口间自动切换C-V 测量,而不需抬升探针或改变测试设置。
4225-RPM 远程前端放大器 / 开关模块 - 这作为多路复用 器开关,在精密DC SMU、C-V 和超快速脉冲式I-V 仪器 之间自动切换。此外,RPM 扩展了4225-PMU 超快速脉 冲式I-V 仪器模块的低电流测量功能。
4. 超快速脉冲测量单元(PMU)
超快速I-V 源和测量已经成为许多技术日益重要的功能,包 括复合半导体、中等功率器件、非易失性存储器、MEMS 器 件等等。
4225-PMU 模块可以在生成超快脉冲电压波形的同时测试脉 冲信号,最终将其无缝集成到4200A-SCS 测试环境中,提 供了前所未有的I-V 测试性能,大大扩展了系统的材料、器 件和工艺特性分析能力。它代替了传统的脉冲/ 测量硬件配置, 传统配置一般包括一个外部脉冲发生器、一台多通道示波器、 专门设计的互连硬件及集成软件。
使用超快速脉冲式I-V 最大限度地减少自热效应。
4225-PMU 操作模式
每个模块有两个独立通道。每个通道使用并行14 位模数转换 器及深存储器,可以同步测量电压和电流,支持高达1M 采 样点、每个样点5 ns (200 MSa/sec)。
三种操作模式,全面分析特性
4225-PMU 可以用来执行三种超快速I-V 测试:脉冲式 I-V、瞬态I-V 和脉冲源。
脉冲式I-V
指输出脉冲式源的同时,在脉冲高电平区间进行 高速测试,提供类似DC 测试的测量结果。使用脉冲式I-V 信号分析器件特性,而不是使用DC 信号,可以研究或降低 自热( 焦耳加热) 效应,或最大限度地减少由于捕获的电荷 变化而导致的电流漂移或退化。
瞬态I-V
或波形捕获是一种基于时间的电流和/ 或电压测量, 一般捕获脉冲式波形。瞬态测试一般是单个脉冲波形,用来 研究时变参数,如由于电荷捕获或自热导致的漏极电流随时 间的变化过程。可以进行瞬态I-V 测量,测试动态测试电路; 也可以用来作为诊断工具,在脉冲式I-V 模式下选择相应的 脉冲设置。
脉冲源
涉及使用内置Segment ARB® 功能输出用户自定义 的2 电平或多电平脉冲,或输出任意波形。在使用仪器的 Segment ARB 模式时,各个电压段最短可以达到20 ns,每 个通道最多2048 个波形段,为构建波形、分析闪存设备和 其他非易失性存储技术提供了必要的灵活性。
5. 开关解决方案
将吉时利高速度、高完整性开关解决方案与测试测量结合在 一起。
4200A-CVIV 多通道开关
把各种测量集成到器件特性分析中最困难的问题之一,是每 种测量类型基本上都要求不同的线缆。
4200A-CVIV 多通道开关
选择与测量类型配套的线缆增强了测量完整性。但是,改变 每种测量类型的电缆耗时很长,许多用户只能接受次优结果。
4200A-CVIV 多通道开关连接示意图。
此外,在重新连接电缆时,用户会面临电缆重连不正确的风险,
进而导致错误,需要额外的调试时间。更糟糕的是,这些错误在很长时间内都可能注意不到。
另一种方式是使用能够切换 I-V 和 C-V 信号的远程开关,如吉时利 4200A-CVIV 多通道开关。
新型 4200A-CVIV 多通道开关在 I-V 测量和 C-V 测量之间自动切换。此外,C-V 测量可以移动到任何输出通道上,而不需重新布线。这种 4 通道开关允许用户在 I-V 和 C-V 测试期间保持相同的阻抗,可以把探针保留在晶圆测试站上。另外,用户不需要改变测试设置和电缆连接,从而增强测量的准确性。
内置显示器在近器件端提供了清晰的测试信息。
查看实时测试状态
通过 Clarius 软件自定义输出通道名称规范
橡胶外圈支持在探针台上双向摆放
能够旋转文字,用户可以按需放置开关位置
4225-RPM 远程预放/ 开关模块
对某些器件,要求进行多种类型的电测量,如脉冲式I-V、 DC I-V 和C-V 测试。这通常要求外部开关矩阵,能够把各 类信号切换到被测器件。选配的4225-RPM 远程前端放大器 / 开关模块可以在DC I-V、C-V 和脉冲式I-V 测量之间自动 切换,大大简化与器件的连接。
4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块。
用户可以在器件上执行所有电测量,而不必在每次测试时 断开和重连线缆,从而节省宝贵的测试时间,减少麻烦。
在使用4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块的连接图
4225-RPM 还作为前端放大器使用,扩大了PMU 上较低的 电流范围。这对某些器件特别重要,如二极管,这类器件比 普通器件电流要低几个数量级。下面显示了通过4225-RPM 远程前端放大器/ 开关进行的二极管脉冲式I-V 测量。其独 特的自动量程功能可以在进行脉冲式I-V 扫描期间自动选择 量程,用户不需要选择固定的量程,因此不会降低测量分辨率。
4225-RPM 为脉冲应用提供了更低的电流范围。
选配的多种测量性能电缆套件(4210-MMPC) 把4200A-SCS 参数分析仪连接到探针臂上。除不需要重新布线外,这个套 件还消除了由于连线错误或选用错误的电缆导致的测量错误, 有助于最大限度地提高信号保真度。
开关矩阵
4200A-SCS 有多种可选的开关矩阵配置。
6 插槽707B 和单插槽708B 半导体开关矩阵主机大大缩短了 指令的响应时间,其测试序列和整体系统吞吐量明显要快于 之前的主机设计。
708B 和707B 开关矩阵主机。
它们是专为半导体实验室和生产测试环境设计的,采用标准 三同轴连接器和电缆,提供了超低电流开关性能。
6. NBTI/PBTI 套件
在开发大规模的硅CMOS 晶体管时,建立正/ 负偏压温度不 稳定性(NBTI/PBTI) 模型是一个挑战。随着时间推移,NBTI 效应导致晶体管的阈值电压(VT) 发生漂移,亚阈值漏极电流 明显提高,严重影响晶体管的使用寿命和电路性能。
超快速BTI 套件支持单点测试、平滑扫描、三角形和步进扫描测量类型。
在器件开发期间,必须精确地建立这些效应模型,在工艺集 成和生产过程中必须监测这些效应。在BTI 特性分析期间, 晶体管会每隔一段时间施加压力并测试。但是,BTI 机制容 易发生松驰效应,也就说是在去掉压力的时点上,晶体管开 始恢复,退化会衰减。在松驰前分析退化效应需要使用超快 速I-V 技术。
4200-BTI-A 超快速BTI 套件是业内最先进的NBTI/PBTI 测 试平台,提供了所需的一切,可以在尖端硅CMOS 技术上进 行完善的NBTI 和PBTI 测量,包括一个4225-PMU 超快速 I-V 模块、两个4225-RPM 远程前端放大器/ 开关、自动化 特性分析套件(ACS) 软件、超快速BTI 测试项目模块和线缆。 测试软件模块可以简便地定义压力定时、压力条件和各种测 量序列,包括单点Id 测试、On-The-Fly(OTF) 或ID-VG 扫描。 它可以测量恢复效应及退化效应,提供压力前和压力后测量 选项,其中包括4200A-SCS 的DC SMUs,执行精确的小信 号测量。
超快速BTI 测试软件模块支持单点测试、步进扫描、平滑扫 描和采样测量等类型。每种类型的定时由测试采样率和各个 测量设置确定。软件模块还可以控制测试序列中每个单元之 间的电压条件,即使在定义复杂的测试序列时,也能实现最 大的灵活性和易用性。
技术指标
除另行标注外,所有技术指标均为保障值。除另行标注外,所有技术指标均适用于所有型号。
1. 源测量单元
| 4200-SMU 中等功率 | 4210-SMU 高功率 | 选配 4200-PA 远程前端放大器 |
电流 , 最大值 | 100 mA | 1 A | 扩展所有 SMU 的低电流测量范围 |
电压 , 最大值 | 210 V | 210 V |
功率 | 2.1 W | 21 W |
SMU 电流测量4
| 电流量程1 | 最大电压 | 测量 | 源 |
分辨率3 | 精度 ±(% 读数 + 安培) | 分辨率3 | 精度± (% 读数 + 安培) |
4210-SMU 高功率SMU2 | 4210-SMU高功率SMU2 | 1 A | 21 V | 1 µA | 0.100% + 200 µA | 50 µA | 0.100% + 350 µA |
100 mA | 210 V | 100 nA | 0.045% + 3 µA | 5 µA | 0.050% + 15 µA |
4200-SMU 中等功率SMU2 | 100 mA | 21 V | 100 nA | 0.045% + 3 µA | 5 µA | 0.050% + 15 µA |
10 mA | 210 V | 10 nA | 0.037% + 300 nA | 500 nA | 0.042% + 1.5 µA |
1 mA | 210 V | 1 nA | 0.035% + 30 nA | 50 nA | 0.040% + 150 nA |
100 µA | 210 V | 100 pA | 0.033% + 3 nA | 5 nA | 0.038% + 15 nA |
10 µA | 210 V | 10 pA | 0.050% + 600 pA | 500 pA | 0.060% + 1.5 nA |
1 µA | 210 V | 1 pA | 0.050% + 100 pA | 50 pA | 0.060% + 200 pA |
100 nA | 210 V | 100 fA | 0.050% + 30 pA | 5 pA | 0.060% + 30 pA |
4200-SMU 和4210-SMU加选配4200-PA前端放大器 | 10 nA | 210 V | 10 fA | 0.050% + 1 pA | 500 fA | 0.060% + 3 pA |
1 nA | 210 V | 1 fA | 0.050% + 100 fA | 50 fA | 0.060% + 300 fA |
100 pA | 210 V | 300 aA | 0.100% + 30 fA | 15 fA | 0.100% + 80 fA |
10 pA | 210 V | 100 aA | 0.500% + 15 fA | 5 fA | 0.500% + 50 fA |
1 pA | 210 V | 10 aA | 1.000% + 10 fA | 1.5 fA | 1.000% + 40 fA |
限压值:双极性限压值设置,可以设置所选电压量程的10% 到满量程区间任意值。 |
注
1. 所有量程扩展到满量程的 105%。
2. 这些量程的技术指标在有或没有 4200-PA 时均适用。
3. 显示分辨率受到基础噪声极限限制。测得分辨率在每个量程上为 6 位半。源分辨率在每个量程上为 4 位半。
4. 测量精度和源精度是在下述条件下使用标配电缆时给出的。
SMU 电压测量3
电压范围 1 | 最大电流 | 测量 | 源 |
| 4200-SMU | 4210-SMU | 分辨率 2 | 精度 ±(% 读数 + 伏特 ) | 分辨率 2 | 精度 ±(% 读数 + 伏特 ) |
200 V | 10.5 mA | 105 mA | 200 µV | 0.015% + 3 mV | 5 mV | 0.02% + 15 mV |
20 V | 105 mA | 1.05 A | 20 µV | 0.01% + 1 mV | 500 µV | 0.02% + 1.5 mV |
2 V | 105 mA | 1.05 A | 2 µV | 0.012% + 150 µV | 50 µV | 0.02% + 300 µV |
200 mV | 105 mA | 1.05 A | 0.2 µV | 0.012% + 100 µV | 5 µV | 0.02% + 150 µV |
限流值:双极性限流值设置,可以设置所选电流量程的10% 到满量程区间任意值。 |
注
1. 所有量程扩展到满量程的105%。
2. 这些技术指标在有或没有4200-PA 时均适用。
3. 测量精度和源精度是在下述条件下使用标配电缆时给出的。
电压监测模式
高阻抗电压表模式的设置为0 A 电流源输出。
精度和分辨率
电压范围 | 测量分辨率 | 测量精度 ±(% 读数 + 伏特 ) |
200 V | 200 mV | 0.015% + 3 mV |
20 V | 20 mV | 0.01% + 1 mV |
2 V | 2 mV | 0.012% + 110 mV |
200 mV | 0.2 mV | 0.012% + 80 mV |
SMU 补充信息
补充信息没有保证,但提供了与4200-SMU、4210-SMU 仪器有关的实用信息。
量程瞬态变化
温度和湿度对精度的影响
精度指标乘以下面其中一个系数,具体视环境温度和湿度而定。
温度 | % 相对湿度 |
5-60 | 60-80 |
10° -18℃ | ×3 | ×3 |
18° -28℃ | ×1 | ×3 |
28° -40℃ | ×3 | ×5 |
4 线连接端(Remote Sense)
与FORCE 端子并联<10Ω,FORCE 端子和SENSE 端子之间的压差不超过5 V COMMON 和SENSE LO 之间最大±30 V。
最大负载电容
10 nF
最大Guard 偏置电压
FORCE 与Gurad 不超过 3 mV
Guard 输出阻抗
100 kΩ
最大Guard 电容
1500 pF
最大屏蔽电容
3300 pF
4200-SMU 和4210-SMU 输入阻抗(Force 到Common)
>1012Ω (100 nA-1 µA 范围)
最大屏蔽电容
>1016Ω (1 pA 和10 pA 范围), >1013Ω (100 pA-100 nA 范围)
噪声特性( 典型值)
电压源 (rms)
0.01% 的输出量程
电流源 (rms)
0.1% 的输出量程
电压测量(p-p)
0.02% 的测量量程
电流测量 (p-p)
0.2% 的测量量程
最大上升速率
0.2 V/µs
DC 浮地电压
Common 端相对机箱地最大电压±32V
2. SMU 前端放大器模块
通过增加选配的4200-PA 前端放大器,可以扩展任何SMU 的低电流测量功能。通过在任一SMU 型号中有效增加五个电流范围, 前端放大器提供了0.1fA 分辨率。前端放大器模块与系统无缝集成;对用户来说,SMU 看上去只是提供了额外的低电流测试量程。
4200-PA 基本信息
安装
本地
前端放大器预装在4200A-SCS 后面板上,用于本地操作。
远程
用户可以从背面拆下前端放大器,放在远程位置( 如在不透光的夹具盒或在探针台内),以消除由于长电缆导致的测量问题。
输入接口
一个定制接口,15 针,D-Sub ( 公头)
输出接口
两个三同轴接口( 母头)
外观尺寸
.079 英寸宽 x 4.4 英寸深 x 2.2 英寸高(2 cm 宽 x 11.3 cm 深 x 5.6 cm 高)
重量
4.8 盎司(136 克)
使用4200-PA 前端放大器进行SMU 电流测量4
| 电流量程1 | 最大电压 | 测量 | 源 |
分辨率3 | 精度 ±(% 读数 + 安培) | 分辨率3 | 精度± (% 读数 + 安培) |
4210-SMU 高功率SMU2 | 4210-SMU高功率SMU2 | 1 A | 21 V | 1 µA | 0.100% + 200 µA | 50 µA | 0.100% + 350 µA |
100 mA | 210 V | 100 nA | 0.045% + 3 µA | 5 µA | 0.050% + 15 µA |
4200-SMU 中等功率SMU2 | 100 mA | 21 V | 100 nA | 0.045% + 3 µA | 5 µA | 0.050% + 15 µA |
10 mA | 210 V | 10 nA | 0.037% + 300 nA | 500 nA | 0.042% + 1.5 µA |
1 mA | 210 V | 1 nA | 0.035% + 30 nA | 50 nA | 0.040% + 150 nA |
100 µA | 210 V | 100 pA | 0.033% + 3 nA | 5 nA | 0.038% + 15 nA |
10 µA | 210 V | 10 pA | 0.050% + 600 pA | 500 pA | 0.060% + 1.5 nA |
1 µA | 210 V | 1 pA | 0.050% + 100 pA | 50 pA | 0.060% + 200 pA |
100 nA | 210 V | 100 fA | 0.050% + 30 pA | 5 pA | 0.060% + 30 pA |
4200-SMU 和4210-SMU加选配4200-PA前端放大器 | 10 nA | 210 V | 10 fA | 0.050% + 1 pA | 500 fA | 0.060% + 3 pA |
1 nA | 210 V | 1 fA | 0.050% + 100 fA | 50 fA | 0.060% + 300 fA |
100 pA | 210 V | 300 aA | 0.100% + 30 fA | 15 fA | 0.100% + 80 fA |
10 pA | 210 V | 100 aA | 0.500% + 15 fA | 5 fA | 0.500% + 50 fA |
1 pA | 210 V | 10 aA | 1.000% + 10 fA | 1.5 fA | 1.000% + 40 fA |
限压值:双极性限压值设置,可以设置所选电压量程的10% 到满量程区间任意值。 |
注
1. 所有量程扩展到满量程的 105%。
2. 这些量程的技术指标在有或没有 4200-PA 时均适用。
3. 显示分辨率受到基础噪声极限限制。测得分辨率在每个量程上为 6 位半。源分辨率在每个量程上为 4 位半。
4. 测量精度和源精度是在下述条件下使用标配电缆时给出的。
3. 多频率电容- 电压单元
4210-CVU 基本信息
测量配置
四端子对,High POT,High CUR,Low POT,Low CUR
输出接口
四个SMA 接口( 母头)
标配电缆
100Ω, SMA ( 公头) 到SMA ( 公头), 1.5 m, 4 根
选配电缆
100Ω, SMA ( 公头) 到SMA ( 公头), 3 m
测量功能
测量参数
CP-G, CP-D, CS-RS, CS-D, R-jX, Z-theta
量程
自动和固定
测试速度
Fast, Normal, Quiet, 和自定义
测试信号
频率范围
1 kHz ~ 10 MHz
最小分辨率
1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 MHz, 视频率量程而定
源频率精度
±0.1%
信号输出电平范围
10 mV rms ~ 100 mV rms
分辨率
1 mV rms
精度
±(10.0% + 1 mV rms) 无负载时( 在后面板)
输出阻抗
100Ω, 典型值
DC 偏置功能
DC 电压偏置范围
±30 V (60 V 差分)
DC 电压偏置分辨率
1.0 mV
DC 电压偏置精度
±(0.5% + 5.0 mV) 无负载时
最大DC 电流
10 mA
扫描特性
提供的扫描参数
DC 偏置电压, 频率, AC 电压
扫描类型
线性, 自定义
扫描方向
向上扫描, 向下扫描
测量点数
4096
测量精度4
C/G 测量精度实例
频率 | 测量的电容 | C 精度 1 | G 精度 1, 2 |
10 MHz 3 | 1 pF | ±0.92% | ±590 ns |
10 pF | ±0.32% | ±1.8 µs |
100 pF | ±0.29% | ±17 µs |
1 nF | ±0.35% | ±99 µs |
1 MHz | 1 pF | ±1.17% | ±64 ns |
10 pF | ±0.19% | ±65 ns |
100 pF | ±0.10% | ±610 ns |
1 nF | ±0.09% | ±4 µs |
100 kHz | 10 pF | ±0.31% | ±28 ns |
100 pF | ±0.18% | ±59 ns |
1 nF | ±0.10% | ±450 ns |
10 nF | ±0.10% | ±3 µs |
10 kHz | 100 pF | ±0.31% | ±15 ns |
1 nF | ±0.15% | ±66 ns |
10 nF | ±0.08% | ±450 ns |
100 nF | ±0.10% | ±3 µs |
1 kHz | 1 nF | ±0.82% | ±40 ns |
10 nF | ±0.40% | ±120 ns |
100 nF | ±0.10% | ±500 ns |
1 µF | ±0.15% | ±10 µs |
注
1. 电容和电导测量精度是在下述条件下给出的:DX < 0.1。
2. 电导精度指定为参考的电容上测量的最大电导。
3. 这些指标是典型值,非保证值,适用于23℃,仅供参考。
4. 积分时间:10 kHz 以下时为1 s 或10 s。测试信号电平: 30 mV rms。在4210-CVU 的后面板上。
所有技术数据适用于23℃ ±5℃、校准后一年以内、相对湿度5%~60%、预热30 分钟后。
CVU 电缆补充技术指标3
这些指标是典型值,非保证值,适用于23℃,仅供参考。
4210-CVU 典型电容精度,1.5m 电缆( 补充)
测得电容 | 1 kHz | 10 kHz | 100 kHz | 1 MHz | 10 MHz |
1 pF | - | ±8.38% | ±1.95% | ±0.43% | - |
10 pF | - | ±0.94% | ±0.21% | ±0.18% | ±1% |
100 pF | - | ±0.29% | ±0.20% | ±0.15% | ±1% |
1 nF | ±0.72% | ±0.17% | ±0.12% | ±0.16% | ±2% |
10 nF | ±0.28% | ±0.12% | ±0.13% | ±0.55% | - |
100 nF | ±0.12% | ±0.13% | ±0.22% | ±1.14% | - |
1 mF | ±0.17% | ±0.21% | - | - | - |
4210-CVU 典型电容精度,3m 电缆( 补充)
测得电容 | 1 kHz | 10 kHz | 100 kHz | 1 MHz | 10 MHz |
1 pF | - | ±8.5 % | ±2.05% | ±0.57% | - |
10 pF | - | ±0.96% | ±0.23% | ±0.21% | - |
100 pF | - | ±0.29% | ±0.20% | ±0.17% | - |
1 nF | ±0.72% | ±0.17% | ±0.12% | ±0.18% | - |
10 nF | ±0.28% | ±0.12% | ±0.13% | ±0.65% | - |
100 nF | ±0.12% | ±0.13% | ±0.22% | ±1.16% | - |
1 mF | ±0.17% | ±0.21% | - | - | - |
注
1. 电容和电导测量精度是在下述条件下指定的:DX < 0.1。
2. 电导精度指定为参考的电容上测量的最大电导。
3. 这些指标是典型值,非保证值,适用于23℃,仅供参考。
4. 积分时间:10 kHz 以下时为1 s 或10 s。测试信号电平: 30 mV rms。在4210-CVU 的后面板上。所有技术数据适用于23℃
±5℃、校准后一年以内、相对湿度5%~60%、预热30 分钟后。
4. CV-IV 多通道开关模块
I-V/C-V 多通道开关自动在I-V 测量和C-V 测量之间切换。此外,C-V 测量可以 在不同端口间自动切换,而不需重新布线。用户可以配置每个通道,使用4200- PA 前端放大器或标准电流分辨率时,选择SMU 直传模块4200A-CVIV-SPT 保证 低电流测量精度。
4200A-CVIV 基本信息
输入接口
4200-PA 前端放大器:自定义, 15 针, D-Sub ( 公头)
4200-CVIV-SPT SMU 直传模块:每个模块两个三同轴接口( 母头)
CVU:四个SMA 接口( 母头)
输出接口
8 个三同轴接口( 母头)
外观尺寸
19.8 cm 宽 x 14.2 cm 高 x 11.1 cm 深
(7.8 英寸宽 x 5.6 英寸高 x 4.4 英寸深)
重量
1.5 公斤(3.3 磅)
供电
通过USB 电缆连接至4200A-SCS 主机
输出通道
可以配置最多4 个通道
最大电压
210 V
最大电流
1A
SMU 通道
| 采用 4200-PA | 采用 4200A-CVIV-SPT |
偏置电流 | <100 fA | < 1pA |
偏置电压 | <100mV | <100mV |
并联电阻 | >1e15W | >1e14W |
DC 输出电阻 (2 线 ) | 1.5W | 1.5W |
DC 输出电阻 (4 线 ) | <100 mW | <100 mW |
SMU 通道
AC 输出阻抗
100Ω, 典型值( 中间芯线到外部屏蔽层)
精度, 典型值
参阅下表
CVU DC 偏置功能
范围
±30V @ 10 mA 最大值(60V 差分)
分辨率
1 mV
其他误差( 对CVU 偏置功能)
<50µV
DC 输出电阻(4 线)
<100 mΩ
4210-CVU 连接到4200A-CVIV 多通道开关的典型精度,除另外标注外均为2 线模式1,3
测得电容 | 1 kHz | 10 kHz | 100 kHz | 1 MHz |
1 pF | 未指明 | ±9.0% | ±2.2% | ±0.7% |
10 pF | 未指明 | ±1.0% | ±0.5% | ±0.5% |
100 pF | 未指明 | ±0.5% | ±0.5% | ±0.5% |
1 nF | ±0.8% | ±0.5% | ±0.5% | ±0.5% 2 |
10 nF | ±0.5% | ±0.5% | ±0.5% | ±0.75% 2 |
100 nF | ±0.5% | ±0.5% | ±0.5% | ±1.25% 2 |
1mF | ±0.5% | ±0.5% | 未指明 | 未指明 |
注
1. CVU 补偿时间不超过一个月内有效。
2. 4 线模式下指定;低阻抗器件推荐使用4 线测试。
3. 上述技术数据是典型值,非保证值,适用于25℃,仅供参考。
5. 超快速脉冲测量单元
2 通道4225-PMU 同时提供了超快速电压波形发生器及电压电流同步快速测试功能。
4225-PMU 基本信息
输出接口
四个SMA 接口( 母头) 和两个HDMI 接口
提供的电缆
SMA( 公头) 到SMA ( 公头), 2m, 每台4 根(CA-404B)
SMA 到SSMC Y 型电缆, 6 英寸(15 cm), 每台2 根(4200-PRB-C)
选配附件
4225-RPM 单通道, 远程前端放大器/ 开关模块
PMU 电流测量
定时参数,有和没有4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块时的典型值
| 10 V 量程 | 40 V 量程 |
电流测量量程 | 10 mA | 200 mA | 100mA | 10 mA | 800 mA |
推荐最小脉冲宽度 2 | 160 ns | 70 ns | 6.4ms | 770 ns | 770 ns |
推荐最小测量窗口 2 | 20 ns | 20 ns | 1ms | 100 ns | 100 ns |
推荐最小跳变时间 3 | 20 ns | 20 ns | 1ms | 100 ns | 100 ns |
噪声 4 | 15mA | 50mA | 75 nA | 5mA | 200mA |
稳定时间 5 | 100 ns | 30 ns | 4ms | 500 ns | 500 ns |
注
1. 所有典型值都使用开路测得。
2. 使用75%~90% 的脉冲顶部默认测量窗口。推荐最小脉冲宽度 = ( 稳定时间) / 75%。
3. 推荐上升/ 下降时间,使过冲达到最小。
4. 电压或电流量程一定时推荐最小测量窗口上测得的RMS 噪声,典型值。
5. 信号稳定到DC 精度电平所需的时间。( 例:10mA 电流量程在PMU 10V 量程下的稳定时间定义为信号稳定到最终值的1.25%范围内所需时间。计算公式:精度 = 0.25% + 100mA = 0.25% + (100mA/10 mA) = 0.25% + 1% = 1.25%)。
定时参数,使用4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块时的典型值1
电流测量量程 |
|
|
|
|
|
|
100 nA | 1mA | 10mA | 100mA | 1 mA | 10 mA |
|
推荐最小脉冲宽度 2 | 134ms | 20.4ms | 8.36ms | 1.04ms | 370 ns | 160 ns |
推荐最小测量窗口 2 | 10ms | 1.64ms | 1ms | 130 ns | 40 ns | 20 ns |
推荐最小跳变时间 3 | 1ms | 360 ns | 360 ns | 40 ns | 30 ns | 20 ns |
噪声 4 | 200 pA | 2 nA | 5 nA | 50 nA | 300 nA | 1.5mA |
稳定时间 5 | 100ms | 15ms | 6 μs | 750 ns | 250 ns | 100 ns |
注
1. 所有典型值都使用开路测得。
2. 使用75%~90% 的脉冲顶部默认测量窗口。推荐最小脉冲宽度 = ( 稳定时间) / 75%。
3. 推荐上升/ 下降时间,使过冲达到最小。
4. 电压或电流量程一定时推荐最小测量窗口上测得的RMS 噪声,典型值。
5. 信号稳定到DC 精度电平所需的时间。( 例:10mA 电流量程在PMU 10V 量程下的稳定时间定义为信号稳定到最终值的1.25% 范围内所需时间。计算公式:精度 = 0.25% + 100mA = 0.25% + (100mA/10 mA) = 0.25% + 1% = 1.25%)。
PMU 电流测量精度
仅4225-PMU
| 10 V 量程 | 40 V 量程 |
电流测量量程 | 10 mA | 200 mA | 100 mA | 10 mA | 800 mA |
精度 (DC) | ±(0.25% + 100 mA) | ±(0.25% + 250 mA) | ±(0.25% + 1mA) | ±(0.5% + 100mA) | ±(0.25% + 3 mA) |
4225-PMU 和RPM 组合
| 10 V 量程 |
电流测量量程 | 100 nA | 1mA | 10mA | 100mA | 1 mA | 10 mA |
精度 (DC) | ±(0.5% + 1 nA) | ±(0.5% + 1 nA) | ±(0.5% + 30 nA) | ±(0.5% + 100 nA) | ±(0.5% + 1mA) | ±(0.5% +10mA) |
PMU 电压测量
定时参数, 典型值1
| 4225-PMU | 4225-RPM |
电压测量量程 | 10 V | 40 V | 10 V |
推荐最小脉冲宽度 2 | 70 ns | 150 ns | 160 ns |
推荐最小测量窗口 2 | 20 ns | 20 ns | 20 ns |
推荐最小跳变时间 3 | 20 ns | 100 ns | 20 ns |
噪声 4 | 2 mV | 8 mV | 1 mV |
稳定时间 5 | 30 ns | 30 ns | 100 ns |
注
1. 所有典型值都使用开路测得。
2. 使用75%~90% 的脉冲顶部默认测量窗口。推荐最小脉冲宽度 = ( 稳定时间) / 75%。
3. 推荐上升/ 下降时间,使过冲达到最小。
4. 电压或电流量程一定时推荐最小测量窗口上测得的RMS 噪声,典型值。
5. 信号稳定到DC 精度电平所需的时间。( 例:10mA 电流量程在PMU 10V 量程下的稳定时间定义为信号稳定到最终值的1.25%范围内所需时间。计算公式:精度 = 0.25% + 100mA = 0.25% + (100mA/10 mA) = 0.25% + 1% = 1.25%)。
PMU 电压精度
| ±10 V PMU | ±40 V PMU | ±10 V RPM |
精度 (DC) | ±(0.25% + 10 mV) | ±(0.25% + 40 mV) | ±(0.25% + 10 mV) |
电压和电流, 最大值1
| 10V 量程 | 40V 量程 |
电阻 2 | 最大电压 2 | 最大电流 2 | 最大电压 2 | 最大电流 2 |
1 Ω | 0.196 V | 196 mA | 0.784 V | 784 mA |
5 Ω | 0.909 V | 182 mA | 3.64 V | 727 mA |
10 Ω | 1.67 V | 167 mA | 6.67 V | 667 mA |
25 Ω | 3.33 V | 133 mA | 13.3 V | 533 mA |
50 Ω | 5.00 V | 100 mA | 20.0 V | 400 mA |
100 Ω | 6.67 V | 66.7 mA | 26.7 V | 267 mA |
250 Ω | 8.33 V | 33.3 mA | 33.3 V | 133 mA |
1 kΩ | 9.52 V | 9.5 mA | 38.1 V | 38.1 mA |
10 kΩ | 9.95 V | 995 mA | 39.8 V | 3.98 mA |
注
1. 计算任何负载电阻上得到的最大电流和电压:
IMAX = 电压量程/(50W + 电阻)
VMAX = IMAX - 电阻
其中:电阻是连接到PMU 或PGU 通道的总电阻,电压量程为10 或40。例:采用10 V 量程 R= 10W (DUT 阻值 + 互连阻值)
VMAX = IMAX - R = 0.167 - 10 = 1.67 V
2. 脉冲输出接口上典型的最大值。电阻是连接到脉冲输出接口的总电阻,包括器件和互连电阻。
PMU 脉冲/ 幅值1,2
|
| 10 V 量程 | 40 V 量程 |
VOUT | 50Ω 至 1 MΩ | -10 V ~ +10 V | -40 V ~ +40 V |
VOUT | 50Ω 至 50Ω | -5 V ~ +5 V | -20 V ~ +20 V |
精度 |
| ±(0.5% + 10 mV) | ±(0.2% + 20 mV) |
分辨率 | 50Ω 至 50Ω | <250 mV | <750 mV |
50Ω 至 1 MΩ | <0.05 mV | <1.5 mV |
过冲/ 预冲/ 振铃 3 | 50Ω 至 50Ω | ±(3% + 20 mV) | ±(3% + 80 mV) |
50Ω 至 50Ω, 最好情况典型值 | ±(2% + 20 mV) | ±(0.8% + 40 mV) |
基线噪声 |
| ±(0.3% + 1 mV) RMS 典型值 | ±(0.1% + 5 mV) RMS 典型值 |
源阻抗 |
| 50Ω 标称值 | 50Ω 标称值 |
电流至 50Ω 负载( 在满量程时) |
| ±100 mA 典型值 | ±400 mA 典型值 |
短路电流 |
| ±200 mA | ±800 mA |
输出限制保护 |
| 可编程极限,保护被测器件 |
注
1. 除另外指明外,所有技术数据均假设采用50W 端接。
2. 幅值指标适用于10 V 源量程50 ns 的典型稳定时间后( 在转换后),40 V 源量程500 ns 的典型稳定时间后( 转换后),负载均为50W。
3. 对10 V 源范围,跳变时间为20 ns (0%-100%);对40 V 源范围,跳变时间为100 ns (0%-100%)。
PMU 脉冲定时
| 10 V 量程仅源 | 10 V 量程带测量 | 40 V 量程仅源 | 40 V 范围带测量 |
频率范围 | 1 Hz ~ 50 MHz | 1 Hz ~ 8.3 MHz | 1 Hz ~ 10 MHz | 1 Hz ~ 3.5 MHz |
定时分辨率 | 10 ns | 10 ns | 10 ns | 10 ns |
RMS 抖动 ( 时间周期 , 宽度 ), 典型值 | 0.01% + 200 ps | 0.01% + 200 ps | 0.01% + 200 ps | 0.01% + 200 ps |
周期范围 | 20 ns ~ 1 s | 120 ns ~ 1 s | 100 ns ~ 1s | 280 ns ~ 1s |
精度 | ±1% | ±1% | ±1% | ±1% |
脉冲宽度范围 | 10 ns ~ ( 周期 -10 ns) | 60 ns ~ ( 周期 -10 ns) | 50 ns ~ ( 周期 -10 ns) | 140 ns ~ ( 周期 -10 ns) |
精度 | ±(1% + 200 ps) | ±(1% + 200 ps) | ±(1% + 5 ns) | ±(1% + 5 ns) |
可编程跳变时间 (0%-100%) | 10 ns ~ 33 ms | 20 ns ~ 33 ms | 30 ns ~ 33 ms 1 | 100 ns ~ 33 ms |
跳变上升速率精度 | ±1%( 跳变 > 100 ns) | ±1%( 跳变 > 100 ns) | ±1%( 跳变 > 1 μs) | ±1%( 跳变 > 100 ns) |
固态继电器开 / 关时间 | 25ms | 25ms | 25ms | 25ms |
注
1. 在电压<10 v="" 40v="">10 V 时,为100 ns。
电压源, 最好性能
在采用4225-PMU 作为纯电压源时( 不测量电压或电流),定时性能会得到改进。下面更清楚地阐述了作为电压源使用时的最 好性能,这是在最优条件下实现的。这些数据不应理解为保障值。
| 10V 量程 | 40V 量程 |
上升时间 | <10 ns | 50 ns ~ 10 V, 100 ns ~ 40 V |
脉冲宽度 | 10 ns (FWHM) | 50 ns (FWHM) |
周期 | 20 ns | 100 NS |
过冲/ 下冲/ 振铃 | ±(2% + 20 mV) | ±(0.5% + 40 V) |
触发
触发输出阻抗
50Ω
触发输出电平
TTL
触发输入阻抗
10 k
触发输入电平
TTL
触发输入跳变定时,最大值
<100 ns
触发输入到脉冲输出延迟
400 ns
触发同步/ 抖动1
<2 ns
Segment ARB® 和定时
Segment ARB 功能适用于4225-PMU 和4220-PGU,适用于有或没有4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块的情况。
注
1. 对一台4200A-SCS 机箱中有多张4225-PMU 或4220-PGU 卡。
2. 每个通道。
6. 脉冲发生器单元
在不需要脉冲测量时,2 通道纯电压脉冲发生器为4225-PMU 超快速脉冲测量单元提供了经济的替代方案。
4220-PGU 基本信息
输出接口
四个SMA 接口( 母头)
标配电缆
SMA ( 公头) 到SMA( 公头), 2 m, 每台4 根(CA-404B)
SMA ( 公头) 到SSMC Y 型电缆, 15 cm (6 英寸), 每台2 根(4200-PRB-C)
脉冲/ 电平1,2
|
| 10V 量程 | 40V 量程 |
VOUT | 50Ω 至 1 MΩ | -10 V ~ +10 V | -40 V ~ +40 V |
VOUT | 50Ω 至 50Ω | -5 V ~ +5 V | -20 V ~ +20 V |
精度 | - | ±(0.5% + 10 mV) | ±(0.2% + 20 mV) |
分辨率 | 50Ω 至 50Ω | <250mV | <750mV |
50Ω 至 1 MΩ | <0.5 mV | <1.5 mV |
过冲/ 下冲/ 振铃 3 | 50Ω 至 50Ω | ±(3% + 20 mV) | ±(3% + 80 mV) |
50Ω 至 50Ω, 最好情况典型值 | ±(2% + 20 mV) | ±(0.8% + 40 mV) |
基线噪声 | - | ±(0.3% + 1 mV) RMS 典型值 | ±(0.1% + 5 mV) RMS 典型值 |
源阻抗 | - | 50Ω 标称值 | 50Ω 标称值 |
电流至 50Ω 负载 ( 在满量程时 ) | - | ±100 mA 典型值 | ±400 mA 典型值 |
短路电流 | - | ±200 mA | ±800 mA |
输出限制保护 | - | 可编程极限,保护被测器件 |
注
1. 除另行指明外,所有技术数据均假设50W 端接。
2. 电平指标适用于10 V 源量程50 ns 的典型稳定时间后( 在转换后),40 V 源量程500 ns 的典型稳定时间后( 转换后),负载均为50W。
3. 对10 V 源范围,跳变时间为20 ns (0%-100%);对40 V 源范围,跳变时间为100 ns (0%-100%)。
脉冲定时
| 10 V 量程, 仅源 | 40 V 量程, 仅源 |
频率范围 | 1 Hz ~ 50 MHz | 1 Hz ~ 10 MHz |
定时分辨率 | 10 ns | 10 ns |
RMS 抖动 ( 时间周期 , 宽度 ), 典型值 | 0.01% + 200 ps | 0.01% + 200 ps |
周期范围 | 20 ns ~ 1 s | 100 ns ~ 1s |
精度 | ±1% | ±1% |
脉冲宽度范围 | 10 ns ~ ( 周期 -10 ns) | 50 ns ~ ( 周期 -10 ns) |
精度 | ±(1% + 200 ps) | ±(1% + 5 ns) |
可编程跳变时间 (0%-100%) | 10 ns ~ 33 ms | 30 ns ~ 33 ms 1 |
跳变上升速率精度 | ±1% ( 跳变 > 100 ns) | ±1%( 跳变 > 1 ms) |
固态继电器开 / 闭时间 | 25 ms | 25 ms |
注
1. 对10 V 源范围,跳变时间为30 ns;对>10 V 源范围,跳变时间为100 ns。
电压源, 最好性能
在采用4225-PMU 作为纯电压源时( 不测量电压或电流),定时性能会得到改进。下面更清楚地阐述了作为电压源使用时的最 好性能,这是在最优条件下实现的。这些数据不应理解为保障值。
| 10V 量程 | 40V 量程 |
上升时间 | <10 ns | 50 ns ~ 10 V, 100 ns ~ 40 V |
脉冲宽度 | 10 ns (FWHM) | 50 ns (FWHM) |
周期 | 20 ns | 100 NS |
过冲/ 下冲/ 振铃 | ±(2% + 20 mV) | ±(0.5% + 40 V) |
触发输出阻抗
50Ω
触发输出电平
TTL
触发输入阻抗
10 k
触发输入电平
TTL
触发输入跳变定时,最大值
<100 ns
触发输入到脉冲输出延迟
400 ns
触发同步/ 抖动1
<2 ns
Segment ARB® 和定时
Segment ARB 功能适用于4225-PMU 和4220-PGU,适用于有或没有4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块的情况。
1. 适用于一个4200A-SCS 机箱中的多张4225-PMU 或4220-PGU 卡。
7. 远程前端放大器/ 开关模块
4225-RPM 可以在I-V 测量、C-V 测量和脉冲式I-V 测量之间自动切换,允许选 择相应的测量,而不需对测试设置重新布线。此外,RPM 扩展了4225-PMU 脉冲 测量模块的电流量程。
4225-RPM 基本信息
输入
三个输入。SMU Force, SMU Sense, CVU Pot, CVU Cur, RPM Control
输出
一个通道
输入接口
三同轴接口( 母头), 两个SMA 接口( 母头), 两个HDMI
输出接口
三同轴接口( 母头), 两个
外观尺寸
1.34 英寸宽 x 4.9 英寸深 x 3.0 英寸高(3.4 cm 宽 x 12.5 cm 深 x 7.6 cm 高)
带底座时外观尺寸
1.34 英寸宽 x 4.9 英寸深 x 3.8 英寸高(3.4 cm 宽 x 12.5 cm 深 x 9.6 cm 高)
重量
8.6 盎司(245 克) ( 带底座时: 13.4 盎司(381 克))
选配附件
磁性底座
真空底座
RPM 电流测量
定时参数, 带有4225-PMU 和4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块的典型值
电流测量量程 | 100 nA | 1mA | 10mA | 100mA | 1 mA | 10 mA |
推荐最小脉冲宽度 2 | 134ms | 20.4ms | 8.36ms | 1.04ms | 370 ns | 160 ns |
推荐最小测量窗口 2 | 10 ms | 1.64ms | 1ms | 130 ns | 40 ns | 20 ns |
推荐最小跳变时间 3 | 1ms | 360 ns | 360 ns | 40 ns | 30 ns | 20 ns |
噪声 4 | 200 pA | 2 nA | 5 nA | 50 nA | 300 nA | 1.5mA |
稳定时间 5 | 100ms | 15ms | 6ms | 750 ns | 250 ns | 100 ns |
注
1. 所有典型值都使用开路测得。
2. 使用75%~90% 的脉冲顶部默认测量窗口。推荐最小脉冲宽度 = ( 稳定时间) / 75%。
3. 推荐上升/ 下降时间,使过冲达到最小。
4. 电压或电流量程一定时推荐最小测量窗口上测得的RMS 噪声,典型值。
5. 信号稳定到DC 精度电平所需的时间。( 例:10mA 电流量程在PMU 10V 量程下的稳定时间定义为信号稳定到最终值的1.25%范围内所需时间。计算公式:精度 = 0.25% + 100 μA = 0.25% + (100 μA/10 mA) = 0.25% + 1% = 1.25%)。
电流测量精度
4225-PMU 和RPM 组合
| 10 V 范围 |
电流测量范围 | 100 nA | 1mA | 10mA | 100mA | 1 mA | 10 mA |
精度 (DC) | ±(0.5% + 1 nA) | ±(0.5% + 1 nA) | ±(0.5% + 30 nA) | ±(0.5% + 100 nA) | ±(0.5% + 1mA) | ±(0.5% +10mA) |
脉冲/ 电平1
脉冲 / 电平 1 | 4225-PMU 及 4225-RPM |
VOUT | -10 V ~ + 10 V |
到开路负载的精度 2 | ±(0.5% ± 10 mV) |
分辨率 | < .05mV |
基线噪声 | ±(0.39% ± 1 mV) RMS 典型值 |
过冲/ 下冲/ 振铃 3 | ± 2% 的幅度 ± 20 mV |
注
1. 在4225-PMU 和4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块之间使用2m RPM 互加电缆时4225-RPM 三同轴输出接口处的性能。
2. 100mV ~ 10V。
3. 典型值, 跳变时间100ns (0% - 100%)。
使用4225-PMU 进行RPM 电压测量
定时参数, 典型值1
| 4225-RPM |
电压测量范围 | 10 V |
推荐最小脉冲宽度 2 | 160 ns |
推荐最小测量窗口 2 | 20 ns |
推荐最小跳变时间 3 | 20 ns |
噪声 4 | 1 mV |
稳定时间 5 | 100 ns |
注
1. 所有典型值都使用开路测得。
2. 使用75%~90% 的脉冲顶部默认测量窗口。推荐最小脉冲宽度 = ( 稳定时间) / 75%。
3. 推荐上升/ 下降时间,使过冲达到最小。
4. 电压或电流量程一定时推荐最小测量窗口上测得的RMS 噪声,典型值。
5. 信号稳定到DC 精度电平所需的时间。( 例:10mA 电流量程在PMU 10V 量程下的稳定时间定义为信号稳定到最终值的1.25%范围内所需时间。计算公式:精度 = 0.25% + 100mA = 0.25% + (100 mA/10 mA) = 0.25% + 1% = 1.25%)。
8. 开关矩阵配置
超低电流/ 本地传感配置(4200-UL-LS-XX)
超低电流/ 本地传感开关配置采用吉时利7174A 低电流矩阵卡(带有707B 或708B 开关矩阵)构建,是为要求高质量、高性 能I-V 和C-V 信号开关的半导体研究、开发和生产应用设计的。这种配置提供了8 个仪器输入,支持最多72 个输出引脚, 典型偏置电流仅10 fA。
整体信息 (4200-UL-LS-XX)
接口类型
3 槽三同轴
最大信号电平
200 V, 1 A
偏置电流
<1 pA ( 行A-B)
最大泄漏电流
0.01 pA/V
3 dB 带宽
30MHz 典型值
4200-LC-LS-12/B 或-12/707B
1 台708B ( 或707B) 开关主机
1 个7072 矩阵开关卡
12 根4200-TRX-3 电缆
1 根7007-1 IEEE-488 电缆
2 个7078-TRX-BNC 转接头
4200-LC-LS-24/B 或-36B, -48B, -60B, -72B
1 台707B 开关主机
每12 针1 个7072 矩阵开关卡
每12 针12 根4200-TRX-3 电缆
1 根7007-1 IEEE-488 电缆
2 个7078-TRX-BNC 转接头
707B 6 插槽半导体开关矩阵主机
708B 单插槽半导体开关矩阵主机
低电流/ 本地传感配置(4200-LC-LS-XX)
低电流/ 本地传感开关配置采用吉时利7072 半导体矩阵卡构建,是为要求优异质量的I-V 和C-V 信号的半导体应用专门设计 的。这种配置提供了8 个仪器输入,支持最多72 个输出引脚,偏置电流不到1 pA。
整体信息(4200-LC-LS-XX)
连接器类型
3 蝶阀三轴电缆连接器
最大信号电平
200 V, 1 A
偏置电流
<1 pA ( 第A-B 行)
最大泄漏电流
0.1 pA/V
3 dB 带宽
5 MHz 典型值( 第G-H 行)
4200-UL-LS-12/B 或-12/707B
1 台708B ( 或707B) 开关主机
1 个7174A 开关卡
每12 针12 根4200-TRX-3 电缆
1 根7007-1 IEEE-488 电缆
2 个7078-TRX-BNC 转接头
4200-LC-LS-24/B, -36/B, -48/B, -60/B, -72/B
1 台707B 开关主机
每12 针1 张7072 矩阵开关卡
每12 针12 条4200-TRX-3 电缆
1 条7007-1 IEEE-488 电缆
2 个7078-TRX-BNC 转接头
9. NBTI/PBTI 套件
4200-BTI-A 套件同时提供了吉时利高级DC I-V 和超快速I-V 测量功能及自动测试执行软件,提供了半导体测试行业内最先进的NBTI/PBTI 测试平台。
4200-BTI-A 超快速NBTI/PBTI
4200-BTI-A 套件包括在尖端硅CMOS 技术上进行最完善的NBTI 和PBTI 测量所需的全部仪器、互连和软件。
Model 4200-BTI-A
提供了单机集成解决方案中最佳的高速度、低电流测量灵敏度。
确保源/ 测量仪器在进行低电平测量时不会成为限制因素。
ACS 软件以套件方式提供,支持构建复杂的测试序列,包括最多20 个测量序列及多种探针台驱动。它还:
把DC I-V 和超快速I-V 测量简便集成到加压前和加压后测量序列中。
使用AC 或DC 压力分析退化和恢复特性。
在较长的压力测量序列中包括单脉冲电荷阱陷(SPCT) 测量。
4200-BTI-A 超快速NBTI/PBTI 包括:
1 个4225-PMU 超快速I-V 模块
2 个4225-RPM 远程前端放大器/ 开关模块
自动化特性分析套件(ACS) 软件
超快速BTI 测试项目模块
线缆
使用8 个SMU 对20 个器件进行并行HCI 和NBTI 测试的实例。公共端子使用单独的接地单元(GNDU)。
10. Clarius+ 软件
Clarius+ 软件为运行和维护4200A-SCS 参数分析仪提供了各种工具。
自带的软件模块
Clarius
用来测试和分析器件、材料和工艺特点的图形用户界面。Clarius 软件提供了统一测量界面,引导您完成复杂的特性分析测试,您可以把重点放在研发项目上。
吉时利用户库工具(KULT)
协助测试工程师创建自定义测试程序,使用现有的吉时利和第三方C 语言子例程库。用户可以编辑和汇编子例程,然后把子例程库与KITE 集成在一起,允许4200A-SCS 从一个用户界面控制整个测试机架。要求选配4200-Compiler。
吉时利外部控制接口(KXCI)
通过GPIB 总线从外部计算机控制4200A-SCS。
吉时利配置工具(KCon)
允许测试工程师配置连接到4200A-SCS 的GPIB 仪器、开关矩阵和探针台。同时还提 供了一些诊断工具。
KPulase
一个图形用户界面,无需编程,用来配置和控制安装的4225-PMU 或4220-PGU 脉冲 发生器模块。它用于快速测试,与其他4200A-SCS 测试资源的交互要求达到最小。
Clarius 用户界面软件
Clarius 4200A-SCS 上运行的标配用户界面软件。Clarius 在嵌入式Windows 7 操作系 统上运行。它为现代半导体器件、材料和工艺特性分析提供了测试方案选择和开发、高 级测试配置、参数分析和图示及自动化功能。
数据分析
提供了两种参数提取方式。Formulator 为执行自动线拟合和参数提取执行数据变换。电 子表格提供了标准电子表格分析工具。许多样例库都包括参数提取实例。
Formulator
Formulator 支持数学运算功能、转换功能、搜索功能、常用行业常数和线拟合/ 参数提 取功能。Formulator 支持下述功能:
数学函数
加(+), 减(-), 除(/), 乘(*), 指数(^), 绝对值(ABS), 索引位置值(AT), 平均数(AVG), 移动 平均(MAVG), 条件计算(COND), 导数(DELTA), 差分系数(DIFF), 指数(EXP), 平方根 (SQRT), 自然对数(LN), 对数(LOG), 积分(INTEG), 标准方差(STDEV), 移动求和 (SUMMV), 反余弦(ACOS), 反正弦(ASIN), 反正切(ATAN), 余弦(COS), 正弦(SIN), 正切(TAN)
转换功能
弧度到度(DEG), 度到弧度(RAD)
直线拟合和参数提取功能
指数直线拟合(EXPFIT), 系数a (EXPFITA), 系数b (EXPFITB),线性拟合(LINFIT), 线性 斜率(LINFITSLP), x 截距(LINFITXINT), y 截距(LINFITYINT) 对数线拟合(LOGFIT), 系数 a (LOGFITA), 系数b (LOGFITB) 线性回归线拟合(REGFIT), 斜率(REGFITSLP), x 截距 (REGFITXINT), y 截距(REGFITYINT) 切线拟合(TANFIT), 斜率(TANFITSLP), x 截距 (TANFITXINT), y 截距(TANFITYINT) 多项式线拟合包括POLYFIT2、POLY2COEFF 和 POLYNFIT。最大值(MAX), 最小值(MIN), 中值(MEDIAN)
搜索功能
向下查找(FINDD), 向上查找(FINDU), 使用线性插补查找(FINDLIN), 最大值位置(MAXPOS), 最小值位置(MINPOS),第一个位置(FIRSTPOS), 最后一个位置(LASTPOS) 子阵列 (SUBARRAY), 返回指定数量的点(INDEX)
Formulator 常数
Formulator 支持用户提供的常数,用于参数提取。以下常数在出厂时软件自带常数:
PI = 3.14159 rad (π)
K = 1.38065 × 10-23 J/K ( 玻尔兹曼常数)
Q = 1.60218 × 10-19 C ( 电子的电荷)
M0 = 9.10938 × 10-31 kg ( 电子质量)
EV = 1.60218 × 10-19 J ( 电子电压)
U0 = 1.25664 × 10-6 -2 ( 磁导率)
E0 = 8.85419 × 10-12 F/m ( 真空的磁导率)
H = 6.62607 × 10-34 J-s ( 普朗克常数)
C = 2.99792 × 10+8 m/s ( 光速)
KT/Q = 0.02568 V ( 热电压)
自动化
测试序列
Clarius 在一个器件、一组器件( 子站、模块或测试单元组) 或晶圆上用户可编程数量的 探针台上提供了“指向点击”测试定序功能。
探针台控制
吉时利集成了很多探针台驱动可以在测试过程中自动控制探针台。与工厂联系来确认支 持的探针台厂家及型号。“手动”探针台模式允许操作人员在测试序列过程中对探针台 进行操作。
支持的探针台
手动探针台
使用手动探针台驱动进行测试,而不需使用自动探针台功能。手动探针台由操作人员控 制来代替电脑控制。在每条命令下,会出现一个对话提示框,指导操作人员要求哪些操作。
虚拟探针台
在不希望探针台操作时可以使用虚拟探针台,如在调试时,而没有必要从测试序列中删 除探针台命令。
支持的半自动( 分析) 探头
Cascade Microtech Summit™ 12K 系列- Verified with Nucleus UI Karl Suss Model PA-200-Verified with Wafermap for ProberBench NT, ProberBench NT 专用NI-GPIB 驱动程序, ProberBench NT 专用PBRS232 接口, Navigator for ProberBench NT, Remote Communicator for ProberBench NT MicroManipulator 8860 Prober-Verified with pcBridge, pcLaunch, pcIndie, pcWfr, pc-Nav, pcRouter Signatone CM500 驱动器还适用于带有互锁控制器的其他Signatone 探头, 如WL250 和 S460SE Wentworth Laboratories Pegasus™ FA 系列
其他支持但没有列出的探头
吉时利用户库工具(KULT)
(要求选配4200-COMPILER)
吉时利用户库工具支持创建及把C 语言子例程库与测试环境集成起来。用户库模块在Clarius 中通过用户测试模块访问。出 厂时提供的库为支持的仪器提供启动和运行功能。用户可以编辑和编译子例程,然后把子例程库与Clarius 集成在一起,允许 4200A-SCS 从一个用户界面控制整个测试机架。
系统配置和诊断(KCON)
吉时利配置工具(KCON) 简化了编程和维护全面集成的测试站的工作。KCON 为配置外部仪器、开关矩阵和探针台及执行系 统诊断提供了统一的界面。
外部仪器配置
KCON 允许实验室管理员把外部仪器与4200A-SCS 及支持的开关矩阵集成起来。在用 户为支持的仪器配置GPIB 地址后, 吉时利提供的库将起效, 测试模块可以在 4200A-SCS 系统之间转移,用户不需要做任何修改。除支持的标准仪器外,通用仪器允 许用户为通用的2 端子或4 端子仪器开发子例程和控制开关。为实现最大的系统扩展能力, 用户可以为通用仪器开发自己的测试库。
开关矩阵配置
用户通过支持的开关矩阵配置定义4200A-SCS 仪器和外部仪器到被测器件(DUT) 引脚的连接。( 参见开关矩阵支持和配置) 一旦定义了连接,用户只需输入仪器端子 名称和引脚编号,就可以建立连接。4200A-SCS 应用和标准用户库管理在仪器端子 与DUT 引脚之间输送测试信号。用户不需要记住和编程行和列闭合。测试模块可以在 4200A-SCS 系统之间转移,而不需要重新输入连接信息。
4200A-SCS 仪器诊断
通过运行系统自检,用户可以确认SMU、C-V 测量单元、脉冲发生器、示波器和远程前 端放大器的系统完整性。对比较复杂的问题,系统的配置分析工具可以生成报告,帮助 吉时利技术支持人员诊断问题。
吉时利外部控制接口(KXCI)
通过KXCI,您可以使用外部计算机直接控制4200A-SCS 中的SMU 和CVU 模块。KXCI 还可以使用UTM 通过内置GPIB 或 以太网间接控制超快速I-V 脉冲测量单元。对SMU,KXCI 命令集包括HP 4145 兼容模式,HP4145 的许多已写好程序尽可以 在4200A-SCS 上使用。
泰克Keithley 4200A-SCS 参数分析仪