利用半导体特性分析仪和脉冲发生器测量电荷泵

电荷泵测量方法广泛应用于MOSFET器件的界面态密度测量。随着高介电常数(高)栅材料的发展，已证明电荷泵对高薄栅薄膜中电荷陷阱现象的测量极为有效。由于载流子穿透栅极的量子隧穿效应存在，薄栅薄膜中的漏电流较高。这导致无法继续使用传统的提取界面陷阱密度的技术，即同时收集准静态和高频C-V测量数据并比较其差异，因为在高漏电流水平下，很难获得准静态C-V。但是仍然可以采用电荷泵测量方法来提取界面陷阱密度，栅漏电流的影响可以通过以下方法来解决：即测量较低频率上的电荷泵电流并在更高频率下获得的测量结果中减去这一数据。

基本的电荷泵测量方法需要在测量衬底电流的同时，向源极、漏极和基极都接地的晶体管的栅极施加一个幅值、上升时间、下降时间和频率固定的电压脉冲。施加脉冲的扫描方式可以是幅值固定情况下的电压基扫描，或是电压基固定而让幅值扫描。

图1：电荷泵测量技术概述。

在电压基扫描模式下，脉冲的幅值和周期(宽度)固定，而让脉冲的基础电压扫描(图1a）。对应每个基电压，测量相应的体电流并绘制出其随基电压变化的曲线。基于如下公式，可以获得界面陷阱密度(Dit)随能带弯曲变化的函数关系：

公式1

公式中，Icp是测量到的电荷泵电流，q是基本电子电荷，A是面积，f是频率，ΔE是逆费米能级(inversion Fermi level)和累积费米能级(accumulation Fermi level)的差值。

固定电压基、幅值扫描方法则是让基电压和脉冲频率固定，而让电压幅值进行步进变化(图1b)。所获得的信息类似于从电压基扫描中提取出的信息。这些测量也可以在不同频率下执行，以获得界面陷阱的频率响应特性。

硬件设置

结合吉时利4200-SCS半导体特性测试系统和吉时利3400系列脉冲/模式发生器，可以让电荷泵测量和数据分析变得简单易行。借助简单的C编程经GPIB，在4200-SCS上运行吉时利交互式平台测试软件(KITE)可以同时控制系统内置的信号源－测量单元(SMU)和外部仪器。请参阅吉时利4200-SCS的参考手册和吉时利应用指南，以获得关于使用4200-SCS和KTE交互软件的指导。图2a示出了在不使用开关阵列的情况下，4200-SCS的某个SMU和3402型脉冲发生器与待测器件(DUT)间的连接关系；在图2b中，配置中包含了一个半导体开关阵列。下面将介绍如何利用吉时利4200－SCS和3400系列脉冲/模式发生器执行电荷泵测量。

图2：DUT与4200-SCS和脉冲发生器的连接。