超越規格：更高電流的供給與測量

圖2 使用一臺SMU產生10A脈沖的實驗結果

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（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的相關性。從而，工程師將可實現的I-V曲線擴展至40A。

圖3 I-V曲線

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

使用多臺SMU的脈沖掃描方法時，以下幾種實施因素對于最大程度提高測試結果的準確度和精度來說至關重要。

● 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值。源電壓的設置值與施加到DUT的實際電壓不一定相等；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際的源電平，而不僅僅是設置電壓。

● 四線測量：四線（Kelvin）測量在進行大電流測試時非常必要，因為此技術通過將兩條極高阻抗的電壓感測（SENSE）線接至DUT，避開了測試線壓降。由于SENSE線上的電流非常小，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，即便測試線纜有極低的電阻，如10mΩ，都會產生0.4V的壓降。所以，如果SMU在40A電流條件下施加1V電壓并且線纜電阻為10mΩ并采用兩條測試線，那么DUT可能僅得到0.2V的電壓，其中測試線纜上有0.8V的壓降。

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

● 每個DUT節點只放置一個電壓源：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。在一臺以上的SMU并行連接至器件一個端子的情況下，就將全部SMU置為電壓源模式并測量電流。但是，必須考慮以下三個因素：

① 輸出電壓的SMU處于極低阻抗狀態。

② DUT的阻抗可能高于處在電壓源模式下SMU的阻抗。DUT的阻抗可以是靜態或動態的，并且在測試序列期間會改變。

③ 即使當全部并行的SMU都設置輸出同等電壓時，SMU之間存在著與儀器電壓源準確度有關的微小變化，這意味著SMU通道之一會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，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的一個端子時，必須僅一臺SMU輸出電壓。參見圖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節點時，一臺SMU必須能吸收另一臺SMU輸出的全部電流。例如，當其中一條測試線斷開與器件的連接時（例如，當測試線突然斷開或接觸不當時），有可能出現這種情況。這意味著，在一小段時間內，一臺SMU必須吸收另一臺SMU的電流。但是，當兩臺以上的SMU并聯至一個電路節點時，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，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進入高阻狀態，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來說不可能出現。這會使輸出電流的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，現在有多個并行的電壓源。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。