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SMU源表与探针台连接示意图及注意事项有哪些?

来源:武汉普赛斯仪表有限公司   2024年10月30日 15:57  

1、前言

   在半导体和集成电路工艺中,材料、晶圆、芯片的测试是不可少的环节。随着半导体测试技术的发展,数字源表SMU结合探针台的系统组合已经被广泛应用于材料/微小器件的电学特性验证中。数字源表SMU具备源测功能,可以产生电流-电压(I-V)特性曲线,是半导体材料、器件电性能表征测量的核心;探针台有手动、半自动和全自动三种,根据测试需要选择配套的产品即可。在选用时需要注意探针的材质以及针尖的直径与形状,探针材质不同,其阻抗也不相同;此外,探针尖磨损和污染也会对测试结果造成影响。

   在测试时,通过数字源表提供激励并对测量信号进行采集。首先将电流或电压输入被测器件(DUT),测量该器件对此输入信号的响应;这些信号的路径为:源表的输出端接入电缆,电缆和探针连接,电流或电压信号通过探针至芯片。

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图:SMU、探针、DUT连接示意




   下文中,我们将探讨数字源表SMU和探针台的连接注意事项,以及不同材料/器件的测试应用案例。


2、数字源表SMU与探针台的连接

   探针台与源表的连接常见有两种,一种使用同轴线连接,另一种使用三同轴线连接。当测量小电流(nA、pA)时,应使用三同轴转接模块和三同轴线缆。在接入源表保护端的测试电路中,由于三同轴的保护层与内芯之间是等电位,不会有漏电流产生,能够提高小电流测试精度。



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图:三同轴线缆半剖图
(1导体;2绝缘;3内屏蔽层;4中间层;5外屏蔽层;6外护套)
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图:三同轴线缆等效电路图
   上图所示为三同轴线缆等效电路图,输出搞HI和Guard之间的电位差几乎为0,从而消除线缆自身的漏电流。


以下是使用普赛斯直流源表、脉冲源表、高压源表、大电流源表与探针台的接线说明:



S系列直流源表


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- 两同轴连接 -

使用香蕉头转BNC母头的转接头进行连接;


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- 三同轴连接 -

    三同轴连接器与普通两芯连接器有所不同,可同时接驳信号、接地和屏蔽层,屏蔽效果好。和多芯线缆相比,三同轴线缆结构简单,可靠性高;和两芯同轴线缆相比,具有更高的屏蔽性能和小信号的传输能力。三同轴线缆的连接方式使用了GUARD信号,起到了屏蔽作用,更有利于小信号的测量。


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P系列脉冲源表

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- 两同轴连接 -

使用杜邦线转BNC母头进行连接;


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- 三同轴连接 -

使用三同轴转接模块进行连接。



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E系列高压源表




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- E100(1200V) -

直接使用三同轴线进行连接;

- E200(2200V)/E300(3500V)     -

将普通的三同轴更换为高压专用三同轴线;

高压三同轴接头的耐压能力较强,普赛斯使用的高压三同轴接头可以耐压3500V。

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图:左-高压三同轴、右-普通三同轴


HCPL   100大电流源表

图片

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 大电流测量时,单根探针容许的电流有限,电流过大可能会引起烧针现象,影响测试结果,因此需要使用多探针并联。

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图:多探针并联示意


3、探针台与器件的连接




 在不同的材料测试中可能会遇到共面电极或异面电极的材料。共面电极指阳极和阴极在同一平面;异面电极指阳极和阴极不在同一平面,常见为正反面。




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图:共面电极连接示意


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图:异面电极连接示意


4、测试注意事项


-探针台接地:探针台结构上有很多金属,在带电的环境下会存在很强的静电,一般探针台会自带大地连接线,使用中将探针台接大地,避免释放静电给测试带来影响。一般地线分为两类:一种是工作接地,另一种是安全性接地。工作接地是把金属导体铜块埋在土壤里,   再通过导线引出地面,将导线接入设备的接地端口,形成接地回路。 安全性接地是指使用探针台金属外壳自带的接地线进行接地,当探针台金属外壳发生绝缘损坏,外壳带电时,电流沿着其外壳自带的接地线接入大地,以达到安全的目的。

-连接线接地:探针台的连接线为同轴线,两根同轴线的内芯是信号线,从而导致两根同轴线的外屏蔽层悬空,未起到屏蔽的作用,在磁场环境复杂的情况下会对测试产生较大的干扰。因此,为了获得较好的测试效果,需要将同轴线缆的外屏蔽层接入工作地线。

-关闭光源:很多器件和材料对光源敏感,测试中如果不关闭光源会影响测试结果,所以测试时尽量在无光源影响的环境中进行。

-小电流测试时加屏蔽罩:如果测试电流为皮安别,需要给探针台增加屏蔽罩。

-异面电极材料连接:异面电极材料连接时通常会使用探针台Chuck盘做电极,但是Chuck盘的平整度会对材料的接触面有影响,那么此时就需要使用引电极。


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