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b1500acmos器件电性表征的全面解决方案b1500a半导体器件分析
引言
互补型金属-氧化物-半导体(cmos)场效应管(fet)技术仍然是大规模集成电路，
如微处理器和存储器器件的基础。cmos技术现在已渗入人们的日常生活，如移动
电话，高清电视和电脑。
改进cmos器件性能的主要挑战来自两个相悖的目标:高速和低耗。为同时实现这
两个目标，研究人员需要全面表征mosfet器件参数。不仅要表征静态特性，而
且还要表征器件的动态特性和与时间相关的特性。
近20年来，keysight4155和4156半导体参数分析仪始终是工业界的标准仪器。
keysightb1500a半导体器件分析仪更是具有精确表征先进cmos器件所需测量能
力的新一代半导体参数分析仪。
easyexpert是包括准备就绪的测量库的b1500a标配控制软件。这些测量库覆盖
评估基本cmos器件和先进cmos器件的各种参数，包括可靠性测试。
这篇应用指南全面介绍b1500a的主要性能特性，展示b1500a作为cmos器件电
性表征的全面解决方案。
先进的综合测量能力
b1500a10个模块插槽，众多可选的源/监
视单元(smu)和其它先进的模块类型，可
通过配置满足对先cmos制程的最精确测
量要求。图1列出所有适用于b1500a的
模块。
中功率smu(mpsmu)
mpsmu是通用smu，它具有适中的电
压源和电流源能力以及测量分辨率。
mpsmu的最大输出电压±100v，最大输
出电流为±100ma。最小电流测量分辨
率10fa，最小电压测量分辨率为0.5μv。
高分辨率smu(hrsmu)
hrsmu适用于要求极高精度的测量，例
如测量栅极漏电流，关断态漏电流和亚
阈值电流测量。hrsmu的最小电流测量
分辨率为1fa(mpsmu为10fa)。此外，
当与阿安测量与开关单元(asu)一起使用
时，hrsmu更能实现100aa(0.1fa)的电
流测量分辨率，并仍保持mpsmu相同的
电压源和电流源能力。
高功率smu(hpsmu)
顾名思义，hpsmu比其它smu扩展了电
压源和电流源能力。hpsmu的最大输出
电压为±200v，最大输出电流为±1a。
200v输出能力可用于击穿电压测量，
1a输出能力支持重要的可靠性测试，如
器件互联电迁移测试。
所有b1500asmu均为kelvin型，具有单
独的施加输入和测量输入端口。此外，
所有smu都能执行准静态cv(电容vs.电
压)测量，其漏电流补偿特性可帮助进行
薄栅极介电层测量。
多频率电容测量单元
(mfcmu)
某些cmos器件参数需要通过电容测量来
评估，如栅极介电层厚度，端子重叠，以
及介电层间的电容。b1500a的mfcmu
模块能够执行这些电容测量，从而不再需
要单独的外部电容表。
该mfcmu的频率范围为1khz至5mhz。
并支持±25v的直流偏置。可选的smu
cmu复合单元(scuu)支持基于定位器
的晶圆检测环境中的自动切换电容-电
压(cv)测量和电流-电压(iv)测量，因此
能省略执行这一功能的开关矩阵。此外，
scuu还可将mpsmu或hrsmu作为偏
置源，把电容测量的直流偏置电压扩展到
±100v。
高压半导体脉冲发生器单元
(hv-spgu)
hv-spgu专门用于应对先进非易失性存
储器(nvm)的测试挑战，这些测试需要表
征多层式(mlc)闪存的写入/擦除行为。
每一hv-spgu模块有两个独立通道，每
个通道具有±40v的源能力及内置的三态
特性。一台b1500a最多可装入5块hv-
spgu模块，并让所有模块通道同步输
出，从而同时向多个器件端口提供脉冲激
励。16445asmu/pgu选择连接适配器
允许b1500asmu控制16440asmu/脉
冲发生器选择器单元，而16440a可以支
持hv-spgu和smu间轻松切换。由于具
有这些先进的功能特性，hv-spgu可提
供无与伦比的写入/擦除耐久性测试能力，
可在短短几小时内完成一百万次循环。
除了支持杰出的闪存单元表征能力
外，hv-spgu还具有任意线性波形产
生(alwg)能力，为表征新型nvm，如相
变存储器(pram)和阻变存储器(rram)输
出复杂的波形序列。
波形发生器/快速测量单元
(wgfmu)
wgfmu是包括alwg电压脉冲功能和
超快速iv测量功能的双通道模块。可
用10ns的最快采样率设定电压波形。
wgfmu模块的电压输出有16位分辨率，
覆盖的电压量程包括:-5v至5v，-10v
至0v，0v至10v。模块在iv测量时的最
小采样间隔为5ns，并支持1 μa，10μa，
100μa，1ma和10ma的测量量程(14位
分辨率)。
模块覆盖的应用包括脉冲iv测量，先进超
快速负偏置温度不稳定性(nbit)/正偏置
温度不稳定性(pbti)测量(包括直流和交
流应力)，随机电报噪声(rtn)测量，微
机电系统(mems)电容器表征，新型非易
失存储器表征，以及其它类型的瞬态或时
域测量。
超窄脉冲iv测量系统
b1542a脉冲iv系统为在soi晶圆上或使
用高k栅极介电层制造的mosfet提供
测量本征iv特性的10ns脉冲iv能力。该
b1542a包括b1500a，应用软件，脉冲发
生器，示波器和专业配件
。。。。。。
结论
cmos是目前使用最广的晶体管技术，也是现代电子行业的主干。尽管替代技术在不
断进步，但它们不可能在短期内取代cmos。高速和低耗这两个相悖的目标需要精确
评估cmos器件的静态和动态特性。b1500a是一种模块化和配备齐全的仪器，您能
把它配置成能执行最富挑战性cmos器件测量的解决方案。keysighteasyexpert软件
为b1500a提供简明而直观的仪器控制，应用测试库容易学习掌握，从而能很快开始执
行高效率的cmos器件测量。
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