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1、前言 在半導體和集成電路工藝中，材料、晶圓、芯片的測試是必不可少的環(huán)節。隨著(zhù)半導體測試技術(shù)的發(fā)展，數字源表SMU結合探針臺的系統組合已經(jīng)被廣泛應用于材料/微小器件的電學(xué)特性驗證中。數字源表SMU具備源測功能，可以產(chǎn)生電流-電壓(I-V)特性曲線(xiàn)，是半導體材料、器件電性能表征測量的核心；探針臺有手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種，根據測試需要選擇配套的產(chǎn)品即可。在選用時(shí)需要注意探針的材質(zhì)以及針尖的直徑與形狀，探針材質(zhì)不同，其阻抗也不相同；此外，探針尖磨損和污染也會(huì )對測試結果造成影響。 在測試時(shí)，通過(guò)數字源表提供激勵并對測量信號進(jìn)行采集。首先將電流或電壓輸入被測器件（DUT），測量該器件對此輸入信號的響應；這些信號的路徑為：源表的輸出端接入電纜，電纜和探針連接，電流或電壓信號通過(guò)探針至芯片。 下文中，我們將探討數字源表SMU和探針臺的連接注意事項，以及不同材料/器件的測試應用案例。 2、數字源表SMU與探針臺的連接 探針臺與源表的連接常見(jiàn)有兩種，一種使用同軸線(xiàn)連接，另一種使用三同軸線(xiàn)連接。當測量小電流(nA、pA)時(shí)，應使用三同軸轉接模塊和三同軸線(xiàn)纜。在接入源表保護端的測試電路中，由于三同軸的保護層與內芯之間是等電位，不會(huì )有漏電流產(chǎn)生，能夠提高小電流測試精度。 圖：三同軸線(xiàn)纜半剖圖（1導體；2絕緣；3內屏蔽層；4中間層；5外屏蔽層；6外護套） 以下是使用普賽斯直流源表、脈沖源表、高壓源表、大電流源表與探針臺的接線(xiàn)說(shuō)明： - 兩同軸連接 - 使用香蕉頭轉BNC母頭的轉接頭進(jìn)行連接； - 三同軸連接 - 三同軸連接器與普通兩芯連接器有所不同，可同時(shí)接駁信號、接地和屏蔽層，屏蔽效果好。和多芯線(xiàn)纜相比，三同軸線(xiàn)纜結構簡(jiǎn)單，可靠性高；和兩芯同軸線(xiàn)纜相比，具有更高的屏蔽性能和小信號的傳輸能力。三同軸線(xiàn)纜的連接方式使用了GUARD信號，起到了屏蔽作用，更有利于小信號的測量。 P系列脈沖源表 - 兩同軸連接 - 使用杜邦線(xiàn)轉BNC母頭進(jìn)行連接； - 三同軸連接 - 使用三同軸轉接模塊進(jìn)行連接。 E系列高壓源表 - E100(1200V) - 直接使用三同軸線(xiàn)進(jìn)行連接； - E200(2200V)/E300(3500V) - 將普通的三同軸更換為高壓專(zhuān)用三同軸線(xiàn)； 高壓三同軸接頭的耐壓能力較強，普賽斯使用的高壓三同軸接頭可以耐壓3500V。 圖：左-高壓三同軸、右-普通三同軸 HCPL 100大電流源表 大電流測量時(shí)，單根探針容許的電流有限，電流過(guò)大可能會(huì )引起燒針現象，影響測試結果，因此需要使用多探針并聯(lián)。 圖：多探針并聯(lián)示意 3、探針臺與器件的連接 在不同的材料測試中可能會(huì )遇到共面電極或異面電極的材料。共面電極指陽(yáng)極和陰極在同一平面；異面電極指陽(yáng)極和陰極不在同一平面，常見(jiàn)為正反面。 圖：共面電極連接示意 圖：異面電極連接示意 4、測試注意事項 -探針臺接地：探針臺結構上有很多金屬，在帶電的環(huán)境下會(huì )存在很強的靜電，一般探針臺會(huì )自帶大地連接線(xiàn)，使用中將探針臺接大地，避免釋放靜電給測試帶來(lái)影響。一般地線(xiàn)分為兩類(lèi)：一種是工作接地，另一種是安全性接地。工作接地是把金屬導體銅塊埋在土壤里， 再通過(guò)導線(xiàn)引出地面，將導線(xiàn)接入設備的接地端口，形成接地回路。 安全性接地是指使用探針臺金屬外殼自帶的接地線(xiàn)進(jìn)行接地，當探針臺金屬外殼發(fā)生絕緣損壞，外殼帶電時(shí)，電流沿著(zhù)其外殼自帶的接地線(xiàn)接入大地，以達到安全的目的。 -連接線(xiàn)接地：探針臺的連接線(xiàn)為同軸線(xiàn)，兩根同軸線(xiàn)的內芯是信號線(xiàn)，從而導致兩根同軸線(xiàn)的外屏蔽層懸空，未起到屏蔽的作用，在磁場(chǎng)環(huán)境復雜的情況下會(huì )對測試產(chǎn)生較大的干擾。因此，為了獲得較好的測試效果，需要將同軸線(xiàn)纜的外屏蔽層接入工作地線(xiàn)。 -關(guān)閉光源：很多器件和材料對光源敏感，測試中如果不關(guān)閉光源會(huì )影響測試結果，所以測試時(shí)盡量在無(wú)光源影響的環(huán)境中進(jìn)行。 -小電流測試時(shí)加屏蔽罩：如果測試電流為pA級別，需要給探針臺增加屏蔽罩。 -異面電極材料連接：異面電極材料連接時(shí)通常會(huì )使用探針臺Chuck盤(pán)做電極，但是Chuck盤(pán)的平整度會(huì )對材料的接觸面有影響，那么此時(shí)就需要使用引電極。 |
