System pomiarowy Keithley 4200A-SCS jest kompletnym, zintegrowanym rozwiązaniem pomiarowym przeznaczonym do badań materiałów i elementów półprzewodnikowych. Ten zaawansowany analizator parametryczny zapewnia pełną charakteryzację testowanego przyrządu półprzewodnikowego w oparciu o następujące techniki pomiarowe:
- pomiary charakterystyk stałoprądowych prąd-napięcie (DC I-V) – realizacja pomiarów z wykorzystaniem standardowych źródeł mierzących średniej (Medium Power Source-Measure Unit 4200-SMU) i dużej mocy (High Power Source-Measure Unit 4210-SMU) z możliwością wykorzystania przedwzmacniaczy 4200-PA umożliwiających pomiary prądów z rozdzielczością wynoszącą 10 aA (attoamperów)
- pomiary charakterystyk stałoprądowych prąd-napięcie (DC I-V) dla układów o dużych pojemnościach – realizacja pomiarów z wykorzystaniem źródeł mierzących średniej (Medium Power SMU for Capacitance Setups 4201-SMU) i dużej mocy (High Power SMU for Capacitance Setups 4211-SMU) z możliwością wykorzystania przedwzmacniaczy 4200-PA
- pomiary charakterystyk w dziedzinie częstotliwości (AC I-V) – możliwość wykonania pomiarów w oparciu o standardowe źródło mierzące 4210-CVU lub najnowsze 4215-CVU pracujące dla sygnałów zmiennych z bezpośrednią realizacją pomiarów charakterystyk pojemność-napięcie (C-V), pomiary impedancji zespolonej Z badanego obiektu (w zakresie od 1 kHz do 10 MHz) z możliwością zadawania na DUT niesymetrycznej polaryzacji napięciem stałym ± 30 V DC (60 V DC w trybie różnicowym) lub ± 210 V DC z wykorzystaniem zewnętrznych, stacjonarnych źródeł mierzących (SMU). W przypadku wykorzystania najnowszego modelu 4215-CVU wartość amplitudy sygnału wymuszającego wynosi 1 V, a rozdzielczość przemiatania w dziedzinie częstotliwości wynosi 1 kHz (w stosunku do standardowej wartości 100 mV dla modelu 4210-CVU).
- pomiary odpowiedzi na pobudzenie sygnałem impulsowym (Ultra-Fast I-V) – możliwość realizacji pomiarów z wykorzystaniem impulsowych źródeł mierzących 4225-PMU, generacja sygnału napięciowego impulsowego i pomiar odpowiedzi prądowej na pobudzenie takim sygnałem
- możliwość generowania sygnałów impulsowych o dużej amplitudzie z wykorzystaniem impulsowego generatora mocy 4220-PGU (maksymalnie ± 40 V, ± 800 mA), możliwość wykorzystania segmentacji sekwencji generowanych impulsów
- przełączanie technik pomiarowych C-V/I-V z wykorzystaniem najnowszej jednostki przełączającej 4200A-CVIV umożliwiającej przełączanie na wybrane zaciski DUT zmiennoprądowego kanału pomiarowego jednostki 4210-CVU, który jest multipleksowany przy ustalonej konfiguracji kanałów wykorzystujących pomiary charakterystyk stałoprądowych prąd-napięcie (DC I-V)
- dedykowane przedwzmacniacze/jednostki przełączające 4225-RPM integrujące w sobie możliwość multipleksowania podłączonych kanałów: charakteryzacji stałoprądowych (DC I-V), charakteryzacji zmiennoprądowej (AC I-V, charakteryzacji impulsowej (Ultra-Fast I-V)
System pomiarowy wykorzystuje dedykowane oprogramowanie Clarius+ 1.12 pracujące w środowisku Windows dla systemów wbudowanych. Oprogramowanie Clarius+ 1.12 posiada setki gotowych projektów pomiarowych, umożliwiających szybką adaptację systemu do pomiarów na badanym obiekcie. System 4200A-SCS jest systemem w pełni konfigurowalnym, umożliwiającym rozbudowę w oparciu o dodatkowe jednostki SMU, które mogą być wymieniane na inne w czasie użytkowania systemu. Nowy, duży wyświetlacz dotykowy o przekątnej 15,6 cala, posiadający rozdzielczość HD umożliwia sprawne zarządzanie projektem. Przyrząd zawiera również materiały pomocnicze w postaci filmów wideo, dokumentów aplikacyjnych oraz pełnej dokumentacji w formie PDF oraz HTML.
System 4200A-SCS dedykowany jest przede wszystkim do pomiarów na materiałach i elementach półprzewodnikowych, ze szczególnym uwzględnieniem nowoczesnych nanostruktur opartych na grafenie, nanorurkach, nanodrutach. Wykorzystywany jest również do charakteryzacji ogniw fotowoltaicznych, testowania pamięci półprzewodnikowych, pomiarów charakterystyk czujników, badań w dziedzinie elektrochemii, testowania diod LED oraz OLED. Może być wykorzystywany również w produkcji do weryfikacji procesów technologicznych. Znajduje również zastosowanie do pomiarów w badaniach podstawowych, przykładowo do pomiarów rezystywności metodą Van der Pauw i efektu Halla.
Podstawowe komponenty systemu 4200A-SCS
Źródło mierzące stałoprądowe (4200-SMU, 4201-SMU, 4210-SMU, 4211-SMU) umożliwiające pomiary stałoprądowych charakterystyk prąd-napięcie DC I-V oraz jednoczesną, niskoczęstotliwościową charakteryzację w dziedzinie częstotliwości AC I-V (C-V) z możliwością pomiaru pojemności metodą zmiennoprądową oraz quasi-statyczną:
- moduły ± 210 V/± 100 mA lub ± 210 V/± 1 A (odpowiednio w wersji standardowej oraz dedykowanej do pomiarów układów o dużej wartości pojemności) z możliwością realizacji następujących technik pomiarowych: stałoprądowe DC I-V, niskoczęstotliwościowe, impedancyjne AC I-V (C-V), quasi-statyczne C-V (QSCV),
- standardowa rozdzielczość pomiaru na poziomie 100 fA,
- rozdzielczość pomiaru na poziomie 10 aA z opcjonalnym przedwzmacniaczem (4200-PA) podłączonym do kanału stałoprądowego SMU (Medium Power 4200-SMU, High Power 4210-SMU, Medium Power 4201-SMU lub High Power 4211-SMU),
- pomiary pojemności w dziedzinie częstotliwości w zakresie od 10 mHz – 10 Hz (niskoczęstotliwościowa spektroskopia impedancyjna, pomiary charakterystyk C-V),
- praca we wszystkich czterech ćwiartkach układu współrzędnych,
- możliwość wykonywania pomiarów w konfiguracji dwuprzewodowej oraz czteroprzewodowej.
Źródło mierzące o zmiennej częstotliwości (4215-CVU)
Moduł dedykowany do pomiarów charakterystyk pojemność-napięcie oraz charakteryzacji impedancyjnej w dziedzinie częstotliwości AC I-V (C-V):
- pomiary impedancji zespolonej/charakterystyk C-V (charakterystyki pojemność-napięcie C-V, pojemność-częstotliwość C-f, pojemność-czas C-t),
- zakres częstotliwość od 1 kHz do 10 MHz,
- możliwość asymetrycznej polaryzacji badanego obiektu napięciem stałym podczas realizacji pomiarów w dziedzinie częstotliwości: ± 30 V (60 V w trybie różnicowym) z możliwością rozszerzenia do ± 210 V (420 V w trybie różnicowym)
- możliwość bezpośredniego, automatycznego przełączenia pomiędzy trybem DC I-V oraz AC I-V (C-V) z wykorzystaniem opcjonalnego przełącznika 4200A-CVIV (zmiana trybu pomiarowego bez konieczności rekonfiguracji przewodów pomiarowych i repozycjonowania stacji igłowej).
Źródło mierzące impulsowe (4225-PMU, Ultra-Fast Pulse Measure Unit)
Moduł umożliwiający zadawanie szybkich impulsów oraz pomiar odpowiedzi na impuls wymuszający w dziedzinie czasu (sygnał prądowy):
- dwa niezależne lub w pełni zsynchronizowane kanały pomiarowe umożliwiające szybkie pomiary w trybie źródła mierzącego (wymuszenie napięciowe z pomiarem prądu)
- próbkowanie z prędkością 200 MS/s, jedna próbka na każde 5 ns
- zakres napięciowy ± 40 V (80 V wartości międzyszczytowej), wydajność prądowa ± 800 mA
- możliwość przechwytywania odpowiedzi w dziedzinie czasu
- wbudowany generator przebiegów dowolnych (2048 segmentów) umożliwiający zadawanie wielopoziomowego przebiegu na badany obiekt z rozdzielczością programowania na poziomie 10 ns
Impulsowy generator wysokiego napięcia (4220-PGU, High Voltage Pulse Generator Unit)
- dwa kanały umożliwiające zadawanie szybkich impulsów wysokonapięciowych,
- zakres napięciowy ± 40 V (80 V wartości międzyszczytowej),
- wbudowany generator przebiegów dowolnych (2048 segmentów) umożliwiający zadawanie wielopoziomowego przebiegu na badany obiekt (ARB).
Zewnętrzny przedwzmacniacz/moduł przełączający (4225-RPM, Remote Preamplifier/Switch Module)
- automatyczne przełączanie pomiędzy trybami DC I-V i AC I-V (C-V) oraz trybem szybkim impulsowym (Ultra-Fast I-V),
- możliwość rozszerzenia czułości prądowej modelu 4225-PMU (dziesiątki pikoamperów),
- redukcja efektu pojemnościowego kabli pomiarowych.
Matryce przełączające (Keithley 700 Series Semiconductor Switching Systems)
Możliwość wykorzystania matryc przełączających z serii Keithley 707B/708B umożliwiających podłączenie do analizatora olbrzymiej ilości testowanych komponentów. Kanały pomiarowe analizatora parametrycznego 4200A-SCS są multipleksowane na zaciski badanych komponentów. Dodatkowo matryce przełączające umożliwiają krzyżowanie ścieżek pomiarowych i przełączanie innych przyrządów pomiarowych w celu wykonania pomiarów.
Podstawowe aplikacje
- Pomiary materiałów i elementów półprzewodnikowych
- Badania nanostruktur: nanorurek, nanodrutów itp.
- Badania pamięci nieulotnych
- Pomiary rezystywności (vdP) i efektu Halla
- Badania i testowanie ogniw słonecznych
- Testowanie przyrządów MEMS
- Pomiary w elektrochemii
- Diody LED i OLED
- Czujniki elektrochemiczne wykorzystujące tranzystory FET (np. EG-FET)
- Bioczujniki (np. BioFET)
- Czujniki gazów wykorzystujące materiał dwuwymiarowe (np. grafen)
- Testy przesiewowe wykorzystujące matryce przełączające (duża ilość DUT)
- Kompatybilność ze stacjami pomiarowymi MPI Corporation
Oprogramowanie
