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Halbleiterbauteil-Labore
·Übersicht · Messbeispiel ·Einführung ACS Basic Edition ·Testlösung
·Häufig verwendete Produkte ·Zugehörige Materialien ·Andere Anwendungsbereiche

Übersicht

Das Halbleiterbauteil-/Mikroelektroniklabor ist ein integraler Teil des modernen Lehrplans im Studium der Elektrotechnik. Es erlaubt den Studenten eine praktische Anwendung des Lernstoffs aus der Bauteilphysik und den VLSI-Kursen. Im Halbleiterbauteillabor können die Studenten Mikro/Nano-Fertigungstechnologien, die Verarbeitung und die elektrische Charakterisierung von Halbleiter durch "praktische" Übungen erlernen. Dadurch werden sie mit dem Design von Prozessen, der Simulation und Integration vertraut. Sind diese Konzepte bekannt, dann können die Studenten verschiedene Halbleiterbauteile wie Dioden, Bipolar- und Feldeffekt-Transistoren, passive Komponenten und sogar integrierte Schaltungen fertigen, charakterisieren und evaluieren.

Zu den im Labor am häufigsten verwendeten elektrischen Charakterisierungsmethoden für Halbleiter-Bauteile gehören:
Typische I-U-Kurven für einen MOSFET Typische C-U-Profilkurven
Typische I-U-Kurven für einen MOSFET
Typische C-U-Profilkurven
1. Der Strom/Spannungstest (I-U) zeigt die Relation zwischen dem DC-Strom durch das elektronische Bauteil und der DC-Spannung über den Anschlussklemmen.   2. Der Kapazität/Spannungstest (C-U) erlaubt eine Charakterisierung des Halbleitermaterials und der Strukturparameter wie Haftstellendichte, feste Ladungen und Oxid-Ladungen.
Messbeispiel
Zu den normalerweise im Halbleiterbauteil/Mikroelektroniklabor behandelten Themen gehören die Fertigung und Charakterisierung von verschiedenen Bauteilen:
  1. Der MOS-Kondensator
  Themen:
C-U-Kurven (Hohe Frequenz: 100kHz):
Dotierung - Oxiddicke - Flachband-Spannung - Schwellenspannung - Volumendotierung - Maximale Sperrschichtbreite - Empfindlichkeit der Inversionsschicht gegen Gleichgewicht: Spannungs-Sweep-Rate und Richtung - Licht und Temperatureffekte.
I-U-Kurve:
Ladungsaufbau (Messung U-Zeit Kurve mit Einspeisung eines kleinen Stroms). Oxid-Kapazität-Bestimmung. Vergleich mit C-U-Kurven.
C-U-Kurve (quasistatisch) kombiniert mit C-U-Kurven:
Oberflächen-Potential Ψsals Funktion der angelegten Spannung - Schnittstellen-Zustandsdichte Dit = f(Ψs)von Si (100) verglichen mit Si(111): Influenz der Orientierung und nachträglichen Temperung.
C-U-Kurven (Hohe Frequenz: 100kHz):
 Mobile Oxidladungsdichte (Bias Temperature Stress: 200°C, 10 min, ±10V)
  2. Bipolarer Sperrschichttransistor
  Themen:
   Common Emitter-Ausgangscharakteristik in Durchlassrichtung:
  Ic = f (Vce>0,Ib), Iceo (f) Messung.
   CE-Eingangscharakteristik in Durchlassrichtung:
  Ib = f (Vbe) für verschiedene positive Vce-Werte.
   Gummel-Plot in Durchlassrichtung: log Ic, log Ib = f(Vbe >0).
   Verstärkung ßf = Ic/Ib und af-Bestimmung.
   ßf als Funktion von log(Ic): niedrige und hohe Injektionseffekte.
   Nicht ideale Charakteristik: Early Spannung.
   CE-Ausgangscharakteristik in Sperrrichtung: Ic=f(Vce<0,Ib), Iceo(r).
   CE-Übertragungskennlinie in Sperrrichtung: Ib=f(Vbe) für einige negative Vce-Werte.
   Gummel-Plot in Sperrrichtung: logIe, logIb=f(Vbc>0).
  Verstärkung ßr = Ie/Ib und ar-Bestimmung.
   ßr Funktion von log(Ie): niedrige und hohe Injektionseffekte.
   Vce(sat) = Vbe(on) - Vbc(on) Bestimmung für einen vorgegebenen Ib-Strom.
   Ebers Moll Modell Aufbau und Vergleich mit dem Experiment.
   C-U-Charakteristik der BE- und CE-Sperrschichten. Basis-Dotierungskonzentration.
  3. Submikron integrierte MOSFET
  Themen:
 Ausgangscharakteristik: IDS = f(VDS,VGS):
Art des p-MOSFET (Enhancement oder Depletion Typ), Kanallänge-Modulations-Parameter, (λ) Effektive Kanallänge als Funktion von VDS im Sättigungsbereich (VDS<–3V)
Übertragungskennlinie:
IDS = f(VGS) and Transconductance gm = f(VGS) in the linear region (VDS = –0.1V): Determination of the threshold voltage VT and of the transconductance factor k. Derivation of the effective channel mobility μeff as function of VGS.
Body-Bias-Charakteristik:
IDS = f(VGS,VBS>0), determination of the γ factor in the linear region (VDS = –0.1V). Doping concentration substrate.
Subthreshold Charakteristik:
log (IDS) = f(VGS) for several high VDS values: Drain Induced Barrier Lowering (VT shift) effect.
Substrat-Strom- Charakteristik:
log (Ibs) = f(VGS) for several high VDS values: Hot carrier injection effects. Incidence on output characteristics at high drain levels.
Modell der Ausgangscharakteristik mittels Gleichungen für lange und kurze Kanäle:
Vergleich mit Experimenten.

Einführung ACS Basic Edition
Die ACS Basic Edition
Die ACS Basic Edition maximiert den Lernprozess für Ingenieurabsolventen, die grundlegende Elektronikbauteile studieren, beschleunigt aber auch die Forschung im Bereich der Halbleiter der nächsten Generation oder bei Nanometer-Bauteilen. In Kombination mit einem oder mehreren von System-SourceMeter®-Instrumenten der Serie 2600A von Keithley ermöglicht die ACS Basic Edition eine leistungsfähige, aber einfache Bauteilcharakterisierung und Kurvenaufzeichnung. Sie wird mit einemumfassenden Set von Parameter-Charakterisierungen geliefert, so dass die benötigten Ergebnisse schnell und einfach zur Verfügung stehen. Diese ermöglichen ein Verständnis der Funktion von grundlegenden Elektronikbauteilen aber auch der elektrischen Eigenschaften von neuartigen Bauteilen oder Materialien.
des gängigen FET-Kurvenverlaufstest konventioneller analoger Linienschreiber kann
Wenn Sie bestimmte Daten zu einem elektronischen Bauteil oder einer gehäusten Komponente erfassen müssen, erlaubt die Wizard-basierte Anwenderschnittstelle der ACS Basic Edition eine einfache Suche und Ausführung des entsprechenden Tests, wie hier des gängigen FET-Kurvenverlaufstest. Wie ein konventioneller analoger Linienschreiber kann die ACS Basic Edition eine Kurvenschar für elektronische Bauteile generieren, bietet aber gleichzeitig die Flexibilität die Ergebnisse einfach abzuspeichern, zu vergleichen und zu korrelieren.
  Wichtige Merkmale und Vorteile:
 
  • Kurze Vorbereitungszeit für Messungen - Einfache Installation, Wizard für intuitive Testauswahl und integrierte Tests
  • Keine Code-Erstellung notwendig – die intuitive GUI von ACS vereinfacht I-U-Tests, die Analyse und liefert schnell die Ergebnisse
  • Für Bauteiltest, Verifikation und Analyseanwendungen optimiert
  • Hardware-Flexibilität - Instrumente lassen sich entsprechend den jeweiligen Testanforderungen dynamisch hinzufügen oder entfernen
  • Bestehende Anwendungsbibliotheken - Eine große Palette von schnell und einfach zugreifbaren Testbibliotheken
  • Flexible, modulare Softwarearchitektur vereinfacht die Skalierung des Systems und die Anpassung der Anwendungen auf neue Testanforderungen
  • KOSTENLOSE optionale Offline-Softwarelizenz erlaubt eine einfache Erstellung von neuen Testsequenzen auf einem anderen PC – dadurch wird ein für die Arbeit benötigtes System nicht blockiert
ACS Merkmale und Vorteile

Weitere Info


Testlösung
Modell 4200-SCS der 4200-CVU Integrated Option
Ein wichtiger Bestandteil eines Labors für Halbleiter-Bauteile ist der Parameteranalysator. Das einfach einsetzbare Modell 4200-SCS Halbleiter-Charakterisierungssystem eignet sich für die DC- und Impuls-Bauteilcharakterisierung, Echtzeit-Aufzeichnungen und hochgenaue Analyse mit Sub-Femtoampere-Auflösung im Labor. In Kombination mit der 4200-CVU Integrated Option , bietet das Modell 4200-SCS jetzt dem Halbleiter-Testanwender eine höchste Flexibilität. Die Lösung integriert DC-, Impuls- und C-U-Testmöglichkeiten in einem platzsparenden Chassis und in einer integrierten Testumgebung.

kombinieren die SourceMeter®-Instrumente der Serie 2400 die System SourceMeter Instrumente der Serie 2600 von Keithley
Zur Durchführung von einfachen und schnellen Messungen bei aktiven Komponenten wie Dioden, Transistoren, Operationsverstärker und den neusten Halbleiterbauteil-Architekturen, kombinieren die SourceMeter®-Instrumente der Serie 2400 und die System SourceMeter Instrumente der Serie 2600 von Keithley mehrere Testfunktionen in einem Instrument, wie eine Präzisionsstromversorgung, eine echte Stromquelle und ein DMM. Die Serie 2600 enthält zudem einen Arbitrary Waveform Generator, einen U- oder I-Impulsgenerator mit Messfunktion, eine elektronische Last und einen Trigger-Controller.

Modells 6220 oder 6221 Modell 2182A
Bei der Entwicklung und bei Experimenten mit niederohmigen Halbleitern mit geringer Leistungsaufnahme, ist eine genaue Leistungssteuerung erforderlich, um diese Bauteile nicht zu zerstören. Die Charakterisierung des Widerstands von modernen Materialien und Halbleitern und Nanoelektronik-Komponenten erfordert die Einspeisung von sehr kleinen Strömen und die Messung von sehr kleinen Spannungen. Die Widerstandsmessmöglichkeit mit dem Deltamodus von Keithley (Stromumkehrung) kombiniert die Einspeisung von sehr kleinen DC-Strömen des Modells 6220 oder 6221 mit der Messung von sehr kleinen Spannungen mit dem Modell 2182A Dadurch ist es ideal für die Messung sehr kleiner Widerstände (bis hinunter auf 10nΩ) für die Charakterisierung von Durchlasswiderstands-Parametern, Interconnects und Halbleitern mit geringer Leistungsaufnahme geeignet.
LabTracer® 2.0 Software Die Pulse/Pattern-Generatoren der Serie 3400
Die kostenlos herunterladbare LabTracer® 2.0 Software erlaubt dem Anwender die schnelle und einfache Konfiguration und Steuerung von bis zu acht SourceMeter Kanälen der Serie 2600 oder 2400 für eine Kurvenaufzeichnung oder Bauteilcharakterisierung. Sie bietet eine einfache graphische Anwenderschnittstelle für Aufbau, Steuerung, Datenerfassung und grafische Darstellung der DUT-Daten von SourceMeter-Instrumenten. Die Kombination von LabTracer und SourceMeter-Instrumenten ist damit für Laboranwender eine leistungsfähige, einfach einsetzbare und wirtschaftliche Alternative zu Chassis-basierten Lösungen. Die Pulse/Pattern-Generatoren der Serie 3400 mit Pattern-Generierung und umfassenden Steuerungsmöglichkeiten für eine große Auswahl von Impulsparametern, einschließlich Impulsamplitude, Anstiegszeit, Abfallzeit, Breite und Tastverhältnis, sind sehr anpassungsfähig und eignen sich somit für die Anforderungen von Anwendern, wie Nanoelektronik-Forscher, Halbleiterbauteil-Forscher, RF-Bauteilentwickler sowie die Ausbildung.
Häufig verwendete Produkte
Die folgenden Links ermöglichen einen direkten Zugang zu den Internetseiten der jeweiligen Produkte, wo Sie weitere Information wie Datenblätter, Produkthandbücher, Software und Instrumenten-Treiber finden.
Modell 4200 Halbleiter-Charakterisierungs-System
SourceMeter-Instrumente
Impulsgeneratoren
Stromquellen/Nanovoltmeter
Zugehörige Materialien
Weitere Informationen
Broschüren
Halbleiter-Charakterisierungssysteme
 
SourceMeter-Instrumente
Produktvorstellung
 
Impuls / Pattern-Generierung
Serie 3400 Puls- und Pattern-Generatoren
 
Produkt-Datenblätter
 
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