Параметричний аналізатор для ВАХ, ПФГ та імпульсних хар-ік Keithley 4200A-SCS

КОРОТКИЙ ОПИС

Keithley 4200A-SCS - це повнофункціональний параметричний аналізатор, що налаштовується, який забезпечує точне вимірювання вольт-амперних характеристик (ВАХ) і вольт-фарадних характеристик (ВФХ) різних напівпровідникових пристроїв і промислових матеріалів. Додатковий модуль PMU дозволяє вимірювати імпульсні вольт-амперні характеристики. Модуль автоматичної комутації CVIV дозволяє вимірювати ВАХ та ПФГ без необхідності ручного перемикання проводів. Повний опис усіх характеристик Ви можете завантажити нижче на цій сторінці в розділі Документація.

Області застосування:
- транзистори (MOSFET, BJT та ін.), діоди, різні напівпровідникові структури
- пасивні електронні компоненти
- елементи сонячних батарей
- світлодіоди LED та OLED
- датчики та сенсори
- мікроелектромеханічні системи (MEMS), наноструктури
- вимірювання параметрів матеріалів
- електрохімія
- наукові дослідження

Основні характеристики:
Діапазон вольт-амперної характеристики (ВАХ): до 210 В, до 1 А.
Діапазон частот вольт-фарадної характеристики (ВФГ): від 1 кГц до 10 МГц.
Діапазон імпульсної вольт-амперної характеристики: ±40 В, ±800 мА, 200 Мвиб/с.
Роздільна здатність струму: до 0,1 пА. Схема підключення: 2-х та 4-х провідна.
Дозволяє вимірювати параметри ВАХ, комплексний опір змінному струму, реєструвати сигнали та вимірювати ВАХ перехідних процесів.
Кольоровий сенсорний екран 39,6 см (роздільна здатність 1920 x 1080).
Інтерфейси: USB, Ethernet (LAN), IEEE-488.2 (GPIB), RS-232, SVGA.
Маса: 29,7 кг. Габарити: 436 x 223 x 565 мм. Робоча температура: від +10 до +40°С.
Точний вимір характеристик напівпровідників та матеріалів

ДОКЛАДНИЙ ОПИС

Параметричний аналізатор Keithley 4200A-SCS уможливлює виконання швидких та точних випробувань напівпровідникових та пасивних пристроїв, дослідження властивостей матеріалів, підготовку технологічних процесів у лабораторії та на виробництві. Цей аналізатор є найновішим представником у лінійці високоточних параметричних аналізаторів, що випускаються Keithley, що давно розвивається і добре зарекомендувала себе.

Конструктивно аналізатор Keithley 4200A-SCS виконаний у вигляді лабораторного приладу, в корпусі якого розташований промисловий комп'ютер під керуванням Windows 10 з великим вбудованим екраном з роздільною здатністю 1920 х 1080 пікселів. Вимірювальні можливості цього аналізатора забезпечуються за допомогою установки змінних модулів, кількість яких може досягати дев'яти штук. Усього існує три категорії змінних вимірювальних модулів (SMU, CVU та PMU), які докладно описані нижче на цій сторінці.

На цій фотографії показано задню панель параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS, в якому встановлено сім вимірювальних модулів. Якщо натиснути на фотографію, то на збільшеному зображенні добре видно три категорії змінних вимірювальних модулів (в порядку праворуч наліво): два стандартні модулі 4200-СМУ для вимірювання вольтамперних характеристик, два модулі підвищеної потужності 4210-СМУ також для вимірювання вольтамперних характеристик, один модуль 4200-CVU для вимірювання вольтфарадних характеристик та два модулі 4225-ПМУ для виміру імпульсних характеристик.

У аналізаторі 4200A-SCS встановлено потужне програмне забезпечення ясно, що містить сотні вже сконфігурованих тестів та велику кількість відеоінструкцій з проведення типових вимірювань, що дозволить Вам швидко розібратися у функціях приладу та автоматизувати свою роботу.

Для демонстрації однієї з безлічі можливостей програми Clarius наводиться цей скріншот екрану приладу Keithley 4200A-SCS, на якому показано процес конфігурації тесту транзистора. Для проведення цього тесту буде задіяно три модулі SMU (для вимірювання вольтамперних характеристик) та пристрій заземлення GNDU (окрема група конекторів, розташована на задній панелі аналізатора).

Вимірювальні можливості параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS надзвичайно різноманітні. Укомплектований необхідними модулями, дозволяє дуже точно виміряти ключові параметри об'єкта дослідження. Наприклад, у цій таблиці показані деякі з безлічі параметрів, які можна вимірювати за допомогою аналізатора Keithley 4200A-SCS.

Модулі для вимірювання вольт-амперних характеристик (ВАХ)

Ключовим елементом аналізу параметрів пристроїв та матеріалів є вимірювання залежності струму від прикладеної до них постійної напруги або вольт-амперної характеристики (ВАХ). Аналізатор Keithley 4200A-SCS підтримує першокласну серію модулів джерел-вимірників (SMU), які можуть генерувати як напругу, так і струм і виконувати їх одночасний вимір з високою роздільною здатністю та точністю. Крім того, аналізатор Keithley 4200A-SCS може не тільки віддавати струм у навантаження, але й споживати його від навантаження, а також працювати з негативною напругою. Це дозволяє вимірювати параметри елементів сонячних батарей, заряджених конденсаторів та інших пристроїв.

Як приклад на цьому скріншоті показаний результат вимірювання за допомогою аналізатора Keithley 4200A-SCS групи вольт-амперних характеристик транзистора n-MOSFET.

Модулі джерел-вимірників SMU (Source Measure Unit) бувають стандартної потужності (до 210 В, до 100 мА, дві моделі: 4200-SMU та 4201-SMU) та підвищеної потужності (До 210 В, до 1 А, дві моделі: 4210-SMU і 4211-SMU). Для моделей 4200-SMU та 4210-SMU електрична ємність навантаження не повинна перевищувати 10 нФ. Поліпшені модифікації 4201-SMU та 4211-SMU можуть працювати на підвищене навантаження (до 100 мкФ).

Загалом у прилад 4200A-SCS можна встановити до дев'яти модулів SMU у різних комбінаціях. Короткі характеристики модулів джерел-вимірників представлені у цій таблиці.

Для суттєвого збільшення можливостей модулів SMU при вимірі малих струмів можуть бути використані зовнішні підсилювачі 4200-PA. Додавання підсилювача 4200-PA до будь-якого модуля джерела-вимірника збільшує його чутливість струму в 10 000 разів (від 100 фА до 10 аА).

У цій таблиці вказано вимірювальні діапазони всіх модулів джерел-вимірників, а також точність вимірювання струму в кожному діапазоні. Як видно з таблиці, максимальні можливості забезпечує модуль 4211-SMU, з зовнішнім підсилювачем 4200-PA.

Модулі для вимірювання вольт-фарадних характеристик (ПФГ)

У аналізатор Keithley 4200A-SCS може встановлюватись модуль 4210-CVU, який призначений для вимірювання вольт-фарадних характеристик (ПФГ) у частотному діапазоні від 1 кГц до 10 МГц та діапазоні електричної ємності від одиниць фемтофарад до мікрофарад. Як вимірювальний сигнал модуль 4210-CVU може подавати на тестований пристрій змінну напругу в діапазоні від 10 мВ СКЗ до 100 мВ СКЗ з роздільною здатністю 1 мВ. При цьому модуль 4210-CVU може забезпечувати подачу постійної напруги зміщення в діапазоні ±30 або до 60 В диференціальної напруги.

Для вимірювання вольт-фарадних характеристик з ще більшою роздільною здатністю випускається модуль 4215-CVU який повністю ідентичний модулю 4210-CVU, крім максимальної напруги. У модуля 4215-CVU змінна напруга, що подається на пристрій може змінюватися в діапазоні від 10 мВ СКЗ до 1 В СКЗ з роздільною здатністю 1 мВ.

На фотографії нижче показано одну з вольт-фарадних характеристик транзистора MOSFET.

На цьому малюнку показана схема підключення модуля 4210-CVU, встановленого всередині параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS, об'єкт вимірювання. Об'єкт вимірювання (DUT) знаходиться всередині екранованого пристрою (Metal test fixture) з конекторами BNC. З'єднання модуля і пристрою, що тестується, виконується за допомогою чотирьох коаксіальних кабелів з коннекторами SMA і чотирьох адаптерів SMA-BNC.

Мульти-перемикач Keithley 4200A-CVIV

При спробі одночасного вимірювання вольт-амперної та вольт-фарадної характеристик пристрою, що тестується, Ви стикаєтеся з необхідністю використовувати різні дроти підключення для проведення двох абсолютно різних типів вимірювань. Це займає багато часу, призводить до помилок та суттєво знижує ефективність роботи.

Як рішення, Ви можете використовувати спеціальний мульти-перемикач Keithley 4200A-CVIV, який підключається до параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS і може автоматично перемикатися між режимами вимірювання вольт-фарадної характеристики та вольт-амперної характеристики (до чотирьох модулів SMU). На фото нижче показаний зовнішній вигляд цього корисного пристрою. Зауважте, що перемикач Keithley 4200A-CVIV містить вбудований кольоровий дисплей, на якому в реальному часі виводиться докладна інформація про хід вимірювання.

На цьому малюнку показана схема комутації всередині мультиперемикача Keithley 4200A-CVIV при вимірюванні параметрів транзистора MOSFET. Всередині пристрою 4200A-CVIV знаходиться двадцять спеціальних перемикачів, які можуть підключати до будь-яких конекторів пристрою до чотирьох модулів джерел-вимірників (SMU) і один модуль вимірювача вольт-фарадних характеристик.

На малюнку показаний момент, коли вимірюється вольт-фарадна характеристика транзистора. Без ручної комутації проводів можна відразу ж приступити до вимірювання вольт-амперних характеристик. Управління роботою перемикача 4200A-CVIV здійснюється програмним забезпеченням параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS.

Модуль для вимірювання імпульсної вольт-амперної характеристики

Імпульсна вольт-амперна характеристика формується за рахунок серії короткочасних подач напруги на пристрій і одночасного вимірювання струму. Оскільки вимірювальна напруга прикладається на дуже короткий час, об'єкт вимірювання зазнає мінімального саморозігріву. Такий тип вольт-амперної характеристики є важливим для цілого ряду практичних додатків.

Модуль 4225-PMU для параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS спеціально призначений для вирішення цього завдання. З його допомогою можна вимірювати імпульсні вольт-амперні характеристики в діапазоні ±40 В і ±800 мА. Модуль 4225-PMU містить два незалежні вимірювальні канали. Швидкість вимірювання напруги та струму в кожному каналі становить 200 Мвиб/с при роздільній здатності АЦП 14 біт.

Як приклад на цьому скріншоті екрана аналізатора Keithley 4200A-SCS показано вікно конфігурації тесту з використанням імпульсного модуля Keithley 4225-PMU.

Підсилювач-перемикач Keithley 4225-RPM

Для параметризації деяких пристроїв потрібно одночасно виконувати три типи різних вимірювань: ВАХ на постійному струмі, імпульсна ВАХ та ВФГ. Зазвичай для цього використовують зовнішню матрицю перемикачів, які підводять до пристрою різні типи необхідних сигналів. Для спрощення цього завдання використовуйте дистанційний підсилювач-перемикач Keithley 4225-RPM, який керується аналізатором Keithley 4200A-SCS і автоматично комутує всі сигнали.

Нижче наведено зовнішній вигляд передньої (що містить конектори входів) і задньої (що містить конектори виходів) сторін підсилювача-перемикача Keithley 4225-RPM.

На цьому малюнку показано реальну вимірювальну схему повного тестування діода. У шасі параметричного аналізатора Keithley 4200A-SCS встановлено чотири модулі: два модулі джерел-вимірників SMU для отримання ВАХ на постійному струмі, один модуль CVU для отримання ВФГ та один двоканальний модуль PMU для отримання імпульсної ВАХ. Для автоматизації комутації модулів використовуються два окремі підсилювачі-перемикачі 4225-RPM. Також на цій схемі вказані типи з'єднувальних кабелів та додаткових аксесуарів.