Параметрический анализатор для ВАХ, ВФХ и импульсных хар-ик Keithley 4200A-SCS

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Keithley 4200A-SCS - это полнофункциональный, настраиваемый параметрический анализатор, который обеспечивает точное измерение вольт-амперных характеристик (ВАХ) и вольт-фарадных характеристик (ВФХ) различных полупроводниковых устройств и промышленных материалов. Дополнительный модуль PMU позволяет измерять импульсные вольт-амперные характеристики. Модуль автоматической коммутации CVIV позволяет измерять ВАХ и ВФХ без необходимости ручного переключения проводов. Полное описание всех характеристик Вы можете скачать ниже на этой странице в разделе Документация.

Области применения:
- транзисторы (MOSFET, BJT и др.), диоды, различные полупроводниковые структуры
- пассивные электронные компоненты
- элементы солнечных батарей
- светодиоды LED и OLED
- датчики и сенсоры
- микроэлектромеханические системы (MEMS), наноструктуры
- измерение параметров материалов
- электрохимия
- научные исследования

Основные характеристики:
Диапазон вольт-амперной характеристики (ВАХ): до 210 В, до 1 А.
Диапазон частот вольт-фарадной характеристики (ВФХ): от 1 кГц до 10 МГц.
Диапазон импульсной вольт-амперной характеристики: ±40 В, ±800 мА, 200 Мвыб/с.
Разрешающая способность по току: до 0,1 пА. Схема подключения: 2-х и 4-х проводная.
Позволяет измерять параметры ВАХ, комплексное сопротивление переменному току, регистрировать сигналы и измерять ВАХ переходных процессов.
Цветной сенсорный экран 39,6 см (разрешение 1920 x 1080).
Интерфейсы: USB, Ethernet (LAN), IEEE-488.2 (GPIB), RS-232, SVGA.
Масса: 29,7 кг. Габариты: 436 x 223 x 565 мм. Рабочая температура: от +10°С до +40°С.
Точное измерение характеристик полупроводников и материалов

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Параметрический анализатор Keithley 4200A-SCS делает возможным выполнение быстрых и точных испытаний полупроводниковых и пассивных устройств, исследование свойств материалов, подготовку технологических процессов в лаборатории и на производстве. Этот анализатор является новейшим представителем в давно развиваемой и хорошо зарекомендовавшей себя линейке высокоточных параметрических анализаторов, выпускаемых Keithley.

Конструктивно анализатор Keithley 4200A-SCS выполнен в виде лабораторного прибора, в корпусе которого расположен промышленный компьютер под управлением Windows 10 с большим встроенным экраном с разрешением 1920 х 1080 точек. Измерительные возможности этого анализатора обеспечиваются с помощью установки сменных модулей, количество которых может достигать девяти штук. Всего существует три категории сменных измерительных модулей (SMU, CVU и PMU), которые подробно описаны ниже на этой странице.

На этой фотографии показана задняя панель параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS, в котором установлено семь измерительных модулей. Если нажать на фотографию, то на увеличенном изображении хорошо видны три категории сменных измерительных модулей (в порядке справа налево): два стандартных модуля 4200-SMU для измерения вольтамперных характеристик, два модуля повышенной мощности 4210-SMU также для измерения вольтамперных характеристик, один модуль 4200-CVU для измерения вольтфарадных характеристик и два модуля 4225-PMU для измерения импульсных характеристик.

В анализаторе 4200A-SCS установлено мощное программное обеспечение Clarius, которое содержит сотни уже сконфигурированных тестов и большое количество видеоинструкций по проведению типовых измерений, что позволит Вам быстро разобраться в функциях прибора и автоматизировать свою работу.

Для демонстрации одной из множества возможностей программы Clarius приводится этот скриншот экрана прибора Keithley 4200A-SCS, на котором показан процесс конфигурации теста транзистора. Для проведения этого теста будут задействованы три модуля SMU (для измерения вольтамперных характеристик) и устройство заземления GNDU (отдельная группа коннекторов, расположенная на задней панели анализатора).

Измерительные возможности параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS чрезвычайно разнообразны. Укомплектованный необходимыми модулями, он позволяет очень точно измерить ключевые параметры объекта исследования. Для примера, в этой таблице показаны некоторые из множества параметров, которые можно измерять с помощью анализатора Keithley 4200A-SCS.

Модули для измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ)

Ключевым элементом анализа параметров устройств и материалов является измерение зависимости тока от приложенного к ним постоянного напряжения или вольт-амперной характеристики (ВАХ). Анализатор Keithley 4200A-SCS поддерживает первоклассную серию модулей источников-измерителей (SMU), которые могут генерировать как напряжение, так и ток и выполнять их одновременное измерение с высоким разрешением и точностью. Кроме того, анализатор Keithley 4200A-SCS может не только отдавать ток в нагрузку, но и потреблять его от нагрузки, а также работать с отрицательными напряжениями. Это позволяет измерять параметры элементов солнечных батарей, заряженных конденсаторов и других подобных устройств.

В качестве примера на этом скриншоте показан результат измерения с помощью анализатора Keithley 4200A-SCS группы вольт-амперных характеристик транзистора n-MOSFET.

Модули источников-измерителей SMU (Source Measure Unit) бывают стандартной мощности (до 210 В, до 100 мА, две модели: 4200-SMU и 4201-SMU) и повышенной мощности (до 210 В, до 1 А, две модели: 4210-SMU и 4211-SMU). Для моделей 4200-SMU и 4210-SMU электрическая ёмкость нагрузки не должна превышать 10 нФ. Улучшенные модификации 4201-SMU и 4211-SMU могут работать на повышенную нагрузку (до 100 мкФ).

Всего в прибор 4200A-SCS можно установить до девяти модулей SMU в различных комбинациях. Краткие характеристики модулей источников-измерителей представлены в этой таблице.

Для существенного увеличения возможностей модулей SMU при измерении малых токов могут быть использованы внешние предусилители 4200-PA. Добавление предусилителя 4200-PA к любому модулю источника-измерителя увеличивает его чувствительность по току в 10 000 раз (от 100 фА до 10 аА).

В этой таблице указаны измерительные диапазоны всех модулей источников-измерителей, а также точность измерения тока в каждом из диапазонов. Как видно из таблицы, максимальные возможности обеспечивает модуль 4211-SMU, снабжённый внешним предусилителем 4200-PA.

Модули для измерения вольт-фарадных характеристик (ВФХ)

В анализатор Keithley 4200A-SCS может устанавливаться модуль 4210-CVU, который предназначен для измерения вольт-фарадных характеристик (ВФХ) в частотном диапазоне от 1 кГц до 10 МГц и диапазоне электрической ёмкости от единиц фемтофарад до микрофарад. В качестве измерительного сигнала модуль 4210-CVU может подавать на тестируемое устройство переменное напряжение в диапазоне от 10 мВ СКЗ до 100 мВ СКЗ с разрешением 1 мВ. При этом, модуль 4210-CVU может обеспечивать подачу постоянного напряжения смещения в диапазоне ±30 В или до 60 В дифференциального напряжения.

Для измерения вольт-фарадных характеристик с ещё большей разрешающей способностью выпускается модуль 4215-CVU, который полностью идентичен модулю 4210-CVU, кроме максимального напряжения. У модуля 4215-CVU переменное напряжение, подаваемое на тестируемое устройство может изменяться в диапазоне от 10 мВ СКЗ до 1 В СКЗ с разрешением 1 мВ.

На фотографии ниже показана одна из вольт-фарадных характеристик транзистора MOSFET.

На этом рисунке показана схема подключения модуля 4210-CVU, установленного внутри параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS, к объекту измерения. Объект измерения (DUT) находится внутри экранированного приспособления (Metal test fixture) с коннекторами BNC. Соединение модуля и тестируемого устройства выполняется с помощью четырёх коаксиальных кабелей с коннекторами SMA и четырёх адаптеров SMA-BNC.

Мульти-переключатель Keithley 4200A-CVIV

При попытке одновременного измерения вольт-амперной и вольт-фарадной характеристик тестируемого устройства, Вы сталкиваетесь с необходимостью использовать различные провода подключения для проведения двух совершенно разных типов измерений. Это занимает много времени, приводит к ошибкам и существенно снижает эффективность работы.

В качестве решения, Вы можете использовать специальный мульти-переключатель Keithley 4200A-CVIV, который подключается к параметрическому анализатору Keithley 4200A-SCS и может автоматически переключаться между режимами измерения вольт-фарадной характеристики и вольт-амперной характеристики (до четырёх модулей SMU). На фотографии ниже показан внешний вид этого полезного устройства. Обратите внимание, что переключатель Keithley 4200A-CVIV содержит встроенный цветной дисплей, на котором в реальном времени выводится подробная информация о ходе измерения.

На этом рисунке показана схема коммутации внутри мульти-переключателя Keithley 4200A-CVIV при измерении параметров транзистора MOSFET. Внутри устройства 4200A-CVIV находится двадцать специальных переключателей, которые могут подключать к любым коннекторам тестируемого устройства до четырёх модулей источников-измерителей (SMU) и один модуль измерителя вольт-фарадных характеристик.

На рисунке показан момент, когда измеряется вольт-фарадная характеристика транзистора. Без ручной коммутации проводов можно сразу же приступить к измерению вольт-амперных характеристик. Управление работой переключателя 4200A-CVIV осуществляется программным обеспечением параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS.

Модуль для измерения импульсной вольт-амперной характеристики

Импульсная вольт-амперная характеристика формируется за счёт серии кратковременных подач напряжения на тестируемое устройство и одновременного измерения тока. Поскольку измерительное напряжение прикладывается на очень короткое время, объект измерения испытывает минимальный саморазогрев. Такой тип вольт-амперной характеристики важен для целого ряда практических приложений.

Модуль 4225-PMU для параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS специально предазначен для решения этой задачи. С его помощью можно измерять импульсные вольт-амперные характеристики в диапазоне ±40 В и ±800 мА. Модуль 4225-PMU содержит два независимых измерительных канала. Скорость измерения напряжения и тока в каждом канале составляет 200 Мвыб/с при разрешении АЦП 14 бит.

В качестве примера, на этом скриншоте экрана анализатора Keithley 4200A-SCS показано окно конфигурации теста с использованием импульсного модуля Keithley 4225-PMU.

Предусилитель-переключатель Keithley 4225-RPM

Для параметризации некоторых устройств требуется одновременно выполнять три типа различных измерений: ВАХ на постоянном токе, импульсная ВАХ и ВФХ. Обычно для этого используют внешнюю матрицу переключателей, которые подводят к тестируемому устройству разные типы необходимых сигналов. Для упрощения этой задачи используйте удалённый предусилитель-переключатель Keithley 4225-RPM, который управляется анализатором Keithley 4200A-SCS и автоматически коммутирует все сигналы.

На фотографии ниже показан внешний вид передней (содержащей коннекторы входов) и задней (содержащей коннекторы выходов) сторон предусилителя-переключателя Keithley 4225-RPM.

На этом рисунке показана реальная измерительная схема полного тестирования диода. В шасси параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS установлено четыре модуля: два модуля источников-измерителей SMU для получения ВАХ на постоянном токе, один модуль CVU для получения ВФХ и один двухканальный модуль PMU для получения импульсной ВАХ. Для автоматизации коммутации модулей используются два отдельных предусилителя-переключателя 4225-RPM. Также на этой схеме указаны типы соединительных кабелей и дополнительных аксессуаров.