從脈沖 I-V 到 Segment Arb：解鎖 4200A-SCS 高速半導(dǎo)體測試能力

圖1. 4225-PMU脈沖測量儀的超快IV模式

脈沖IV是一種脈沖源和相應(yīng)的高速、基于時(shí)間的測量，提供類似直流的結(jié)果。每個(gè)脈沖在預(yù)定義的“點(diǎn)均值”窗口中讀取平均值。波形捕獲模式輸出高速電壓脈沖，并在時(shí)域中測量電流和電壓響應(yīng)。Segment Arb功能可用于在可靠性循環(huán)中使用交流信號(hào)對(duì)器件進(jìn)行壓力測試，或在多電平波形模式下編程/擦除存儲(chǔ)器器件。這種脈沖源涉及使用內(nèi)置的Segment Arb波形功能輸出用戶定義的兩電平或多電平脈沖。4200A-SCS Clarius軟件支持多達(dá)8通道的Segment Arb波形。

從Clarius V1.14開始，Clarius測試庫包含PMU Segment Arb波形測試，支持多達(dá)8通道的多電平脈沖。除了Segment Arb測試外，該庫還包括許多PMU應(yīng)用的測試，如 MOSFET、二極管和存儲(chǔ)器器件的脈沖IV和波形捕獲測量。從Clarius V1.13開始，PMU測量可以通過命令和外部計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制。

本應(yīng)用說明介紹了PMU的Segment Arb波形功能，以及如何使用內(nèi)置庫測試進(jìn)行高速、時(shí)間控制的脈沖應(yīng)用。

Clarius軟件中的Segment Arb波形功能是一種線段波形生成器，可用于4225-PMU或4220-PGU脈沖生成單元（無測量功能）。通過輸入表格值，可以配置PMU的每個(gè)通道輸出由用戶定義的線段組成的波形，最多支持2048個(gè)線段。每個(gè)線段可單獨(dú)設(shè)置時(shí)間間隔、起始和停止電壓值、起始和停止測量窗口值、輸出觸發(fā)和輸出繼電器狀態(tài) ( 打開或關(guān)閉 )。每個(gè)線段支持點(diǎn)均值和采樣模式測量。Segment Arb?波形功能的具體細(xì)節(jié)見附錄A中的表格。

圖2. 由9個(gè)線段組成的Segment Arb波形

圖2展示了一個(gè)PMU Segment Arb波形的示例。該序列包含9個(gè)線段，生成一個(gè)+35V脈沖持續(xù)1e-3秒，然后是一個(gè)-35V脈沖持續(xù)1e-3秒。上升和下降時(shí)間為10e-6秒。（注：時(shí)間軸未按比例繪制。）每個(gè)線段的起始電壓、停止電壓和時(shí)間如下：

起始電壓 (V)：0, 0, 35, 35, 0, 0, -35, -35, 0

停止電壓 (V)：0, 35, 35, 0, 0, -35, -35, 0, 0

線段時(shí)間 (s)：10e-6, 10e-6, 1e-3, 10e-6, 1e-3, 10e-6, 1e-3, 10e-6, 10e-6

4200A-SCS內(nèi)置庫包含豐富的測試和項(xiàng)目，可輕松配

置和輸出Segment Arb波形和序列。其中一個(gè)庫項(xiàng)目pmu-segarb-examples的項(xiàng)目樹如圖3所示。該項(xiàng)目包含用于輸出（并測量I和V）用戶定義波形的測試，最多支持8個(gè)通道。部分測試支持波形序列化，即重復(fù)輸出線段。以下是這些測試的描述：

圖3. pmu-segarb-examples項(xiàng)目的項(xiàng)目樹

Segment Arb的示例庫測試提供相同的基本控制，但通道數(shù)量、測量模式（波形、點(diǎn)均值或兩者）和序列化能力有所不同。每個(gè)測試中所有通道共有的輸入?yún)?shù)包括：

?  線段數(shù)量

?  線段時(shí)間

?  觸發(fā)控制

?  測量類型 ( 波形或點(diǎn)均值 )

?  測量窗口 ( 線段內(nèi)的測量起始和停止時(shí)間 )

每個(gè)通道單獨(dú)定義的輸入?yún)?shù)：

?  電壓幅度

?  電壓源范圍

?  電流測量范圍

?  固態(tài)輸出繼電器控制（所有通道同時(shí)打開或關(guān)閉）

以下段落描述了每個(gè)測試的功能：

pmu-segarb：該測試在單個(gè)PMU的兩個(gè)通道上生成多線段波形 (Segment Arb)，并測量和返回波形數(shù)據(jù) （V和I隨時(shí)間變化，無點(diǎn)均值）。默認(rèn)配置為使用 Segment Arb脈沖模式輸出和測量幅度掃描，并測量波形（V和I，無點(diǎn)均值）。

pmu-segarb-b：與pmu-segarb測試類似，但用戶可以選擇返回波形捕獲數(shù)據(jù)或點(diǎn)均值數(shù)據(jù)。

pmu-segarb-complete：在單個(gè)PMU的兩個(gè)通道上配置多序列、多線段波形 (Segment Arb)，并測量和返回波形（V和I隨時(shí)間變化）或每個(gè)啟用測量的線段的點(diǎn)均值數(shù)據(jù)。該測試支持多達(dá)2048個(gè)線段，每個(gè)序列可以循環(huán)以生成更復(fù)雜的Segment Arb波形。

pmu-segarb-complete-4ch：pmu-segarb-complete 測試相同，但支持4個(gè)通道（使用兩個(gè) PMU）。

pmu-segarb-complete-8ch：與pmu-segarb-complete 測試相同，但支持8個(gè)通道（使用四個(gè) PMU）。

pmu-segarb-complete-multi-ch：與其他pmu-segarb-complete測試類似，但增加了靈活性，支持 1至8個(gè)通道的任意組合。通過通道控制復(fù)選框選擇需要使用的通道。

本節(jié)介紹如何使用Segment Arb庫測試，包括 Segment Arb配置表和結(jié)果輸出。以三個(gè)測試為例：pmu-segarb、pmu-segarb-complete-4ch和pmu-segarb-complete-multi-ch。

雙通道pmu-segarb測試具有基本的Segment Arb功能，包括配置多線段波形、測量波形的I和V并將數(shù)據(jù)返回到分析視圖的表格和圖表中。測試在配置視圖中設(shè)置，如圖4所示。

圖4. pmu-segarb測試配置視圖

Segment Arb配置表通過“Ch1或Ch2 Segment ARB Definition”訪問。選擇“輸入值”后，通道2的Segment Arb配置表將打開，如圖5所示。在此表中，可以配置通道2的起始電壓 (StartVCh2)、停止電壓 (StopVCh2)、線段時(shí)間 (SegTime)、固態(tài)繼電器狀態(tài) (SSRCtrlCh2) 和觸發(fā)輸出 (SegTrigOut)。SegTrigOut用于控制TTL電平觸發(fā)輸出脈沖的開關(guān) (1/0)，以同步脈沖輸出與外部儀器的操作。

配置菜單底部顯示定義的電壓隨時(shí)間變化的波形預(yù)覽窗口。

圖5. pmu-segarb測試的Ch2分段Arb配置表

測試執(zhí)行后，每個(gè)通道的電流和電壓（僅波形模式） 以及時(shí)間輸出將返回到分析視圖的表格中。圖6顯示了pmu-segarb測試中通道1和通道2的電壓隨時(shí)間變化的圖表。

圖6. 在pmu-segarb測試的分析視圖中，Ch1和Ch2的電壓隨時(shí)間變化的圖表

pmu-segarb-complete-4ch測試是一個(gè)四通道測試，需要兩個(gè)PMU。與pmu-segarb和pmu-segarb-b測試相比，所有pmu-segarb-complete測試增加了更多測量控制和序列化能力。擴(kuò)展的Segment Arb配置菜單如圖7所示。

圖7. 用于pmu-segarb-complete-4ch測試的Segment Arb配置菜單

每個(gè)通道的Segment Arb配置菜單包含三個(gè)部分：

■ 1. 線段和序列：可配置每個(gè)Segment Arb變量，包括起始電壓、停止電壓、線段時(shí)間、啟用測量、高耐久輸出繼電器控制、觸發(fā)值、測量類型、測量起始時(shí)間（脈沖百分比）和測量停止時(shí)間（脈沖百分比）。底部的選項(xiàng)卡用于切換不同序列。

■  2. 波形序列列表：右上部分顯示波形的序列列表，指示選定序列的輸出順序。最左側(cè)列是序列順序，最右側(cè)列顯示循環(huán)次數(shù)。

■  3. 預(yù)覽窗口：底部顯示電壓隨時(shí)間變化的波形預(yù)覽窗口，用戶可選擇查看選定序列或整個(gè)波形。

執(zhí)行測試后，四個(gè)通道的測量電流和電壓以及時(shí)間輸出將返回到分析視圖的表格中。圖8顯示了四個(gè)通道的測量電壓圖表。

圖8. pmu-segarb-complete-4ch測試結(jié)果在分析視圖中以圖表形式顯示

如果將四個(gè)PMU通道的輸出連接到Tektronix 5系列 MSO示波器的四個(gè)輸入通道，測試執(zhí)行結(jié)果如圖9所示。

圖9. Tektronix 5系列MSO示波器上pmu-segarb-complete-4ch測試的輸出

該測試與pmu-segarb-complete-4ch測試類似，但增加了額外的靈活性。該模塊支持運(yùn)行1至8個(gè)通道的任意組合，通過通道控制復(fù)選框選擇通道。圖10顯示了該測試的配置視圖及額外的復(fù)選框。

圖10. pmu-segarb-complete-multi-ch測試，帶有單個(gè)通道控制復(fù)選框

用戶可以選擇任意數(shù)量的通道（包括奇數(shù)通道），共有255種通道組合可供配置。圖11顯示了該測試中五個(gè)通道的電壓隨時(shí)間變化輸出圖表。

圖11. 在pmu-segarb-complete-multi-ch測試中配置的五個(gè)通道的Analyze視圖中的電壓與時(shí)間輸出圖表

除了使用Clarius交互軟件控制PMU Segment Arb功能外，4200A-SCS參數(shù)分析儀和4225-PMU還可以通過外部計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制以實(shí)現(xiàn)測試自動(dòng)化。Keithley外部控制接口 (KXCI) 支持通過計(jì)算機(jī)發(fā)送命令遠(yuǎn)程控制4200A-SCS中的儀器模塊。控制計(jì)算機(jī)可通過GPIB或以太網(wǎng)連接到4200A-SCS，使用編程環(huán)境遠(yuǎn)程發(fā)送KXCI命令。另一篇應(yīng)用說明《使用Keithley 4225-PMU脈沖測量單元進(jìn)行脈沖IV測試自動(dòng)化》介紹了如何遠(yuǎn)程使用PMU，并包含示例代碼。

總之，Clarius軟件與4200A-SCS參數(shù)分析儀的4225-PMU超快I-V模塊的脈沖功能相結(jié)合，支持多達(dá)8個(gè)通道（四個(gè) PMU）的Segment Arb輸出。Segment Arb功能可通過Clarius軟件或使用KXCI遠(yuǎn)程控制進(jìn)行配置。Segment Arb是半導(dǎo)體測試的強(qiáng)大工具，為廣泛的應(yīng)用提供高速、時(shí)間控制的脈沖功能。