超越規格：更高電流的供給與測量

圖2 使用一臺SMU產(chǎn)生10A脈沖的實(shí)驗結果

使用脈沖性能驗證，工程師設置了4臺組合SMU的脈沖掃描并取P-N二極管DUT上的I-V曲線(xiàn)（如圖3所示）。值得注意的是，一臺SMU的DC掃描達到3A與一臺SMU的脈沖掃描達到10A的相關(guān)性。從而，工程師將可實(shí)現的I-V曲線(xiàn)擴展至40A。

圖3 I-V曲線(xiàn)

此實(shí)驗驗證了4臺SMU通道和脈沖組合在二端器件（電阻器和二極管）上實(shí)現40A的有效性。通過(guò)修改，該技術(shù)在用于測試高功率MOSFET等三端器件時(shí)同樣有效。

使用多臺SMU的脈沖掃描方法時(shí)，以下幾種實(shí)施因素對于最大程度提高測試結果的準確度和精度來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

● 使用源回讀：SMU的源和測量功能內建在同一單元中，因此能用其測量電路回讀施加電壓的真實(shí)值。源電壓的設置值與施加到DUT的實(shí)際電壓不一定相等；使用多臺并行的SMU，源的偏移量可能累加達到很大，所以使用源回讀能清晰了解實(shí)際的源電平，而不僅僅是設置電壓。

● 四線(xiàn)測量：四線(xiàn)（Kelvin）測量在進(jìn)行大電流測試時(shí)非常必要，因為此技術(shù)通過(guò)將兩條極高阻抗的電壓感測（SENSE）線(xiàn)接至DUT，避開(kāi)了測試線(xiàn)壓降。由于SENSE線(xiàn)上的電流非常小，從SENSE端子看到的電壓基本等于未知電阻兩端的電壓。在40A電流條件下，即便測試線(xiàn)纜有極低的電阻，如10mΩ，都會(huì )產(chǎn)生0.4V的壓降。所以，如果SMU在40A電流條件下施加1V電壓并且線(xiàn)纜電阻為10mΩ并采用兩條測試線(xiàn)，那么DUT可能僅得到0.2V的電壓，其中測試線(xiàn)纜上有0.8V的壓降。

與主要影響源值的源回讀不同，4線(xiàn)測量由于消除了可能影響測量結果的載流線(xiàn)壓降，所以能得到準確度高得多的源值和測量值。

● 每個(gè)DUT節點(diǎn)只放置一個(gè)電壓源：在許多測試序列中，電壓掃描（施加電壓）和測量電流（FVMI）很常見(jiàn)。在一臺以上的SMU并行連接至器件一個(gè)端子的情況下，就將全部SMU置為電壓源模式并測量電流。但是，必須考慮以下三個(gè)因素：

① 輸出電壓的SMU處于極低阻抗狀態(tài)。

② DUT的阻抗可能高于處在電壓源模式下SMU的阻抗。DUT的阻抗可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的，并且在測試序列期間會(huì )改變。

③ 即使當全部并行的SMU都設置輸出同等電壓時(shí)，SMU之間存在著(zhù)與儀器電壓源準確度有關(guān)的微小變化，這意味著(zhù)SMU通道之一會(huì )比其他通道的電壓略低（毫伏級的幅度）。所以，如果3臺并行的SMU連接到DUT的一個(gè)端子，并且每臺SMU施加電壓和輸出接近最大值的電流，并且DUT處于高阻態(tài)，那么所有電流將流向輸出電壓略低的那臺SMU并很可能損壞它。因此，當并行的SMU連至DUT的一個(gè)端子時(shí)，必須僅一臺SMU輸出電壓。參見(jiàn)圖4，了解并行SMU連接的正確方法和錯誤方法。

圖4 并行SMU連接的錯誤配置和正確配置

圖4a：這種錯誤配置可能出現高電流并損壞源電壓略低于其他SMU的那臺SMU。圖4b:這種準Kelvin配置，雖然不存在和第一種配置同樣的儀器損壞風(fēng)險，但引入了附加的測量誤差，該誤差必須記入系統誤差計劃中，而且限制了此SMU的最大輸出。圖4c:這種“混合”方法能防止SMU損壞并支持增加SMU電流源，以達到應用的電流源要求。

● 減輕由于接觸故障造成過(guò)高能耗：當兩臺具有同等輸出容量的SMU并行接到電路的單個(gè)節點(diǎn)時(shí)，一臺SMU必須能吸收另一臺SMU輸出的全部電流。例如，當其中一條測試線(xiàn)斷開(kāi)與器件的連接時(shí)（例如，當測試線(xiàn)突然斷開(kāi)或接觸不當時(shí)），有可能出現這種情況。這意味著(zhù)，在一小段時(shí)間內，一臺SMU必須吸收另一臺SMU的電流。但是，當兩臺以上的SMU并聯(lián)至一個(gè)電路節點(diǎn)時(shí)，一臺SMU就不能吸收其他SMU的全部電流。如果與器件的連接斷開(kāi)，被迫吸收電流的SMU正處于最低電位或最低阻抗，而且很有可能正在輸出電壓。為了保護施加電壓SMU的信號輸入，可以使用諸如1N5820的二極管。推薦使用二極管的原因是因為保險絲反應太慢了，不能提供保護，而且使用電阻器將造成電阻器上的壓降過(guò)大。二極管的響應比保險絲快得多，而且其上的最大壓降比電阻器小得多（典型值約為1V）。但是，為了讓這種方法真正安全，必須使用二極管保護所有在電路配置中的SMU。這是因為，如果DUT進(jìn)入高阻狀態(tài)，那么電流源試圖將電流施加到正在輸出電壓的SMU，但是這種情況對于采用二極管保護的正在輸出電壓的SMU來(lái)說(shuō)不可能出現。這會(huì )使輸出電流的SMU提高其輸出電壓，直至達到其電壓極限。一旦出現這種情況，電流源將不得不順應并成為電壓源。這就意味著(zhù)，現在有多個(gè)并行的電壓源。即使它們的電壓極限設置為完全相同，但是它們的輸出還可能略微不同并有可能互相損壞。