使用苏黎世仪器的MFIA进行肖特基二极管在可变温度下的电容瞬态测量

https://www.zhinst.cn/china/cn/blogs/dlts-data-mfia-variable-temperature

 

可变温度下的电容瞬态

关键词：MFIA、DLTS

 

2023年10月5日Tim Ashwormth

 

这篇博客文章介绍了肖特基二极管在70摄氏度到150摄氏度的可变温度下的电容瞬态数据。它展示了MFIA如何作为实验设置的一部分来获取DLTS数据。

 

DLTS是研究半导体结缺陷的一种强大技术。它始于20世纪70年代[1]，经过调整和改进，今天，交钥匙级的DLTS系统在世界各地的研发实验室中得到了广泛使用。这些系统遵循已有的程序来测量DLTS，但在测量频率和其他参数上提供的灵活性很小。交钥匙系统的替代方案是自建一套测试系统，包括变温系统、电容计、数据采集和电压或光脉冲发生器。这些设置允许用户进行更灵活的测量，并实现高级类型的DLTS测试需求。作为这种方案的一部分，MFIA取代了电容计、数据采集和电压脉冲发生器。因此，只需一个变温系统和一台MFIA，就可以获得DLTS所用的瞬态数据。最后DLTS分析通过软件进行后处理完成的。

 

 

 

图1：MFIA通过自制BNC电缆连接到温控载物台（Linkam HFS600）。右侧为温控器（Linkam T96）。

 

图1显示了MFIA通过自制BNC电缆连接到温控载物台（Linkam HFS600）的照片。在这种情况下，我们使用2端子配置，但可以通过添加两条额外的BNC电缆来对样品进行四点测量，从而实现4端子配置。

被测器件是一个肖特基二极管（零件号STPSC12H065CT），它显示出随着温度升高的电容瞬态。DUT通过弹簧触点安装在载物台内部，并通过两个探针接触。通过使用LabOne绘图仪模块来确认在密封腔室之前有良好的接触。本文目的不是研究DUT，而是展示如何设置MFIA来获取DLTS数据的电容瞬态，并在自建DLTS系统内发挥核心作用。

 

 

图2:LabOne DAQ模块的屏幕截图，显示了MFIA测量的一系列电容瞬态，颜色编码显示在右侧的历史选项卡中。施加的电压为+2 V，持续4ms。用橙色圆圈标出的区域显示了我们观察瞬态的区域。瞬态放大视图见图3。

 

对DUT施加应力

 

我们用MFIA产生的矩形电压脉冲对DUT施加应力。该直流电压被馈送到MFIA前面板的AUX IN 1中，然后在内部叠加到交流测试信号中。电压脉冲为2V，持续4.2ms。在图2中的彩色迹线中可以看到由此产生的电容瞬态。实验是在室温下进行的，在室温下看不到电容下降。注意，在光学DLTS实验的情况下，电压脉冲也可以被路由到光控制器以提供光脉冲，但这不在本博客文章的范围内。我们通过选择适当数量的瞬态进行平均来优化采集。每个瞬态采集都是以数字方式或外部触发器触发的，以确保快速平均。

 

更改温度并获取数据

 

一旦DAQ模块设置好，我们就可以开始提高温度。使用图1所示的控制器手动设置温度，但也可以使用API脚本。我们将所有测量参数保持固定，以避免带宽变化与温度相关的变化卷积。从70摄氏度开始，我们获得了一组100摄氏度的平均值，然后以10摄氏度为步长将温度提高到150摄氏度。图3显示了9个瞬态的结果数据集。根据DAQ模块右侧历史选项卡中的温度对迹线进行颜色编码。

 

 

 

图3：LabOne DAQ模块的屏幕截图，显示温度从70℃上升到150℃的九条痕迹。对于所有温度，使用相同的测量参数以避免仪器测量带宽的任何影响。

 

测量瞬态

 

图3显示了随着温度的升高，瞬态上升时间逐渐减少。在图4中，我们使用LabOne的内置光标工具测量了瞬态的上升时间。上升时间从70℃时的30 ms变为150℃时的0.3 ms。这些瞬态是DLTS数据处理的原始数据，包括去卷积和速率窗口的应用。其他后期处理本文暂不做讨论。

 

 

图4：LabOne DAQ模块的屏幕截图，显示了如何使用数学工具测量瞬态的上升时间。在该温度（140℃）下，该瞬态的上升时间为0.3ms，而在70℃时为30ms（见图3，查看所有瞬态）。

 

结论

 

这篇简短的博客文章展示了MFIA测量DLTS电容瞬态的简易性。温度由温度控制器（Linkam HFS600）控制，MFIA以2端子配置与自制的BNC适配器连接，以适应温度级的馈通。使用MFIA的LabOne DAQ模块，我们可以获取和平均每个温度下的瞬态，并将它们一起显示在DAQ模块上。MFIA提供了测量电容瞬态的功能，还提供了对DUT施加应力的电压脉冲。如果DUT要受到光脉冲的应力，则可以使用相同的电压脉冲功能来驱动外部光源。

 

MFIA加上温度阶段的组合带来了调整DLTS测量参数以适合您的样品的可能性。使用MFIA构建DLTS系统，使您可以灵活自由地选择测试信号的振幅、频率，甚至应力脉冲的模式。

 

确认

 

非常感谢Dino Klotz获取这些数据，以及他在该领域的慷慨指导和专业知识。

 

工具书类

 

[1] 深能级瞬态光谱：一种表征半导体陷阱的新方法。D.V.Lang，J.Appl。Phys。45, 3023–3032 (1974)