納米器件的脈沖測試

引言

       納米技術(shù)研究已深入到原子挨原子的分子級，構造具有全新特性的新結構。特別地，納米電子領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速，其潛在影響涉及非常寬的行業(yè)領(lǐng)域。目前的納米電子研究的內容主要是如何開(kāi)發(fā)利用碳納米管、半導體納米線(xiàn)、阿分子有機電子和單電子器件。

       不過(guò)，由于多方面的原因，這些微小器件無(wú)法采用標準的測試技術(shù)進(jìn)行測試。其中一個(gè)主要原因在于這類(lèi)器件的物理尺寸。某些新型“超CMOS”器件的納米級尺寸很小，很容易受到測量過(guò)程使用的甚至很小電流的損壞。此外，傳統直流測試技術(shù)也
不總是能夠揭示器件實(shí)際工作的情況。因此，設計者需要新的測試技術(shù)和測試工具。其中一種技術(shù)就是脈沖測試，它對于新一代納米電子器件的研究是必需的。

脈沖測試技術(shù)

       脈沖式電測試是一種能夠減少器件總能耗的測量技術(shù)。它通過(guò)減少焦耳熱效應（例如I2R和V2/R），避免對小型納米器件可能造成的損壞。脈沖測試采用足夠高的電源對待測器件（DUT）施加間隔很短的脈沖，產(chǎn)生高品質(zhì)的可測信號，然后去掉信號源。

       通過(guò)脈沖測試，工程技術(shù)人員可以獲得更多的器件信息，更準確地分析和掌握器件的行為特征。例如，利用脈沖測試技術(shù)可以對納米器件進(jìn)行瞬態(tài)測試，確定其轉移函數，從而分析待測材料的特征。脈沖測試測量對于具有恒溫限制的器件也是必需
的，例如SOI器件、FinFET和納米器件，可以避免自熱效應，防止自熱效應掩蓋研究人員所關(guān)心的響應特征。

       器件工程師還可以利用脈沖測試技術(shù)分析電荷俘獲效應。在晶體管開(kāi)啟后電荷俘獲效應會(huì )降低漏極電流。隨著(zhù)電荷逐漸被俘獲到柵介質(zhì)中，晶體管的閾值電壓由于柵電容內建電壓的升高而增大；從而漏極電流就降低了。

       脈沖測試有兩種不同的類(lèi)型：加電壓脈沖和加電流脈沖。

       電壓脈沖測試產(chǎn)生的脈沖寬度比電流脈沖測試窄得多。這一特性使得電壓脈沖測試更適合于熱傳輸實(shí)驗，其中我們所關(guān)心的時(shí)間窗口只有幾百納秒。通過(guò)高精度的幅值和可編程的上升與下降時(shí)間能夠控制納米器件上的能耗大小。電壓脈沖測試可用于可靠性測試中的瞬態(tài)分析、電荷俘獲和交流應力測試，也可用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號，模擬重復控制線(xiàn)，例如存儲器讀寫(xiě)周期。

       電流脈沖測試與電壓脈沖測試非常相似。其中，將指定的電流脈沖加載到DUT上，然后測量器件兩端產(chǎn)生的電壓。電流脈沖測試常用于測量較低的電阻，或者獲取器件的I-V特征曲線(xiàn)，而不會(huì )使DUT產(chǎn)生大量的能耗，避免對納米器件的損害或破壞。
電壓和電流脈沖測試都有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它們的缺點(diǎn)卻不盡相同。例如，超短電壓脈沖的速度特征分析屬于射頻（RF）的范疇，因此如果測試系統沒(méi)有針對高帶寬進(jìn)行優(yōu)化，那么測量過(guò)程中很容易產(chǎn)生誤差。其中主要有三種誤差來(lái)源：由于線(xiàn)纜和連
接器造成的信號損耗、由于器件寄生效應造成的損耗以及接觸電阻。電流脈沖測試的主要問(wèn)題是上升時(shí)間較慢，可能長(cháng)達幾百納秒。這主要受限于實(shí)驗配置中的電感和電
容。

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