[发明专利]脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件性能测试领域，具体涉及一种脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量装置及其方法。

背景技术

随着MOS器件的广泛运用，观察和监测MOSFET偏置温度不稳定性的需求也在逐渐曾加。偏置温度不稳定性指的是MOSFET的阈值电压在一定偏置和温度下会呈现出不稳定的特性。通常来说，10%的阈值电压变化就会引起逻辑和记忆电路无法正常启动。因此，测量阈值电压的变化具有重要的意义。

目前有两家公司在这一领域具有相当先进的技术，他们分别是吉时利和安捷伦。他们制造的该类型产品的核心测量方法都是一种叫做on-the-fly的间接测量法。用直流电压源对MOSFET的栅极和漏极提供特定的直流电压，然后通过安置在漏极的直流电流表读取漏极电流，最后通过漏极电流推算出阈值电压的大小和变化。

然而，目前的测量方法最大缺陷就是：

1）    无法再缩小所给的栅极直流电压峰值的持续时间。比如，吉时利2600只能支持200微秒的最小持续时间，安捷伦B1500也只能支持100微秒。而且，这两件仪器的价格都较昂贵，如安捷伦B1500需要45000美元；

2）    直流电压峰值的持续时间（周期）是给定值。如果MOSFET的偏置温度应力时间为24小时，短的峰值持续时间（如200微秒），将产生太多的测试点（如4.32×108个测试点）；而长的峰值持续时间（如1秒），将无法测试1秒以内的阈值电压的大小和变化。

发明内容

本发明目的在于提供一种脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量装置及其方法，使其能过在更快的变化脉冲周期下进行长时间偏置温度应力测量工作，以提高实验测量的范围和精度。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供了一种脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量装置，具体的技术方案是：

一种脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量装置，它包括计算机控制模块、可程控多功能脉冲信号发生模块和高速电压数据采集模块，计算机控制模块通过RS232接口分别与可程控多功能脉冲信号发生模块、高速电压数据采集模块相连接；可程控多功能脉冲信号发生模块包括栅极脉冲电压发生模块、漏极脉冲电压发生模块和一个数字/模拟转换模块；所述高速电压数据采集模块的信号输入端连接待测场效应管的漏极和可程控多功能信号发生模块的两个输出端，数据采集模块的输出端连接到计算机控制模块；所述计算机控制模块包括发送确定脉冲信号特征的指令，接收并保存数据、显示数据。

对于上述技术方案，我们还有进一步的优化方案，作为补充，进一步，所述计算机控制模块设置有可改变所属可程控多功能信号发生模块发送的脉冲信号的波形、周期与测试时间的关系、电压峰值和脉宽的按键。

更进一步，可程控多功能信号发生模块发送的脉冲信号的周期与测试时间的关系分线性关系和对数关系两种。

进一步，所述计算机控制模块设置有保存来自高速电压数据采集模块信号的按键和自动在计算机屏幕上显示脉冲电压、漏极电流和阈值电压特性曲线的按键。

进一步，可程控多功能信号发生模块可在同一时间轴下发送不同的脉冲信号；栅极脉冲电压发生信号模块能够对脉冲信号的波形、周期与测试时间的关系、峰值以及脉宽进行改变，而漏极脉冲电压发生模块能够产生周期与栅极相同的脉冲信号。

更进一步，漏极脉冲电压发生模块与一可变电阻相连后接入待测场效应管的漏极，高速电压数据采集模块的接收端与待测场效应管的漏极和可程控多功能信号发生模块的两个输出端相连。

本发明还提供了一种脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量方法，具体的技术方案如下：

一种脉冲实时场效应管阈值电压参数自动测量方法，它包括计算机控制模块、可程控多功能脉冲信号发生模块和高速电压数据采集模块，具体包括以下测量步骤：

步骤一：将可程控多功能信号发生模块、高速电压数据采集模块通过RS232接口分别和计算机控制模块相连，并且将可程控多功能信号发生模块的输出端接入待测场效应管的栅极和漏极，高速电压数据采集模块的接收端与待测场效应管的漏极和可程控多功能信号发生模块的两个输出端相连；

步骤二：在计算机控制模块上设置控制可程控多功能信号发生模块信号输出的参数，并初始化各个模块，并且发送自检信号；

步骤三：在计算机控制模块的用户界面对所需脉冲信号的波形、周期与测试时间的关系、峰值、脉宽进行设定；