微电子器件测试实验

1. 手动探针台
Keithley Model 82WIN 同步 C-V测试仪
测试 软件
测试步骤
第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 漏电流和杂散电容修正 导线效应修正 配置测量系统 进行C-V测量 分析C-V数据
配置测量系统
点击菜单行的Instruments按 钮 ，出 来一个下拉式菜单。 点击其中的GPIB按钮，会出现一个对 话框
随着栅压的不同， MOS电容将处于 不同的工作区： 积累区、耗尽区 和反型区 。
实验内容
1． 掌握MOS电容的C-V特性测试原理 和测试方法 2． 学习Keithley Model 82-WIN 同步CV测量仪的使用方法 学习Model 82-WIN 同步C-V库的使用， 并利用它提取界面陷阱电荷密度、可动 离子浓度、掺杂浓度分布、平带电容、 电压等
实验仪器
实验四 MOSFET模型参数的提取
计算机辅助电路分析（CAA）在LSI和VLSI设计中已成为 必不可少的手段。为了优化电路，提高性能，希望CAA的结果 尽量与实际电路相接近。因此，程序采用的模型要精确。 SPICE-II是目前国内外最为流行的电路分析程序，它的 MOSFET模型虽然尚不完善，但已有分级的MOS 1到3三种具 一定精度且较实用的模型。确定模型后，提取模型参数十分重 要，它和器件工艺及尺寸密切相关。
实验仪器
1. 手动探针台 2. Keithley Model 82-WIN 同步C-V测试仪 Keithley 595 Quasistatic CV Meter (595准 静态 CV仪) Keithley 590 CV Analyzer (590 CV分析仪) Keithley 230 Programmable Voltage Source (230可编程电压源) 3. Metrics ICS
实验二 MOSFET的I-V特性测试
MOSFET的直流输入（转移）特性、 直流输出特性、阈值电压、直流导通电 阻、源漏击穿电压、跨导和动态电阻是 通常主要的测试项目。
实验原理
直流输入特性 MOSFET是用栅电压控制源漏电流的器件，固定一个漏源电压Vds： 可测得一条Ids~Vgs 关系曲线，对应一组阶梯漏源电压可测得一 簇直流输入特性曲线。每条曲线均有三个区域，即截止区、饱和 区和线性区。曲线与Vgs轴交点处Vgs=Vth。曲线中各点切线的斜 率即为相应点的跨导gm 切线斜率越大，跨导越大。三个区域中 Ids~Vgs关系分别为: (1)截止区：0≥Vgs，Ids=0特性曲线与Vgs轴重合，跨导gm=0。 (2)饱和区：0＜Vgs－Vt≤Vds，Ids=k(Vgs－Vt)2特性曲线为二次曲 线，跨导gm=2k(Vgs－Vt)。 (3)线性区：Vg－Vt＞Vds，Ids=k[2(Vgs－Vt)Vds－Vds2]特性曲线为 一直线，所以也叫线性区，跨导gm=2kVds。用直流输入（转移） 特性曲线可测定MOSFET在各工作点上的跨导。
输出特性
0.0022 0.0020 0.0018 0.0016 0.0014
Id(A)
0.0012 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0.0000 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Vd(V)
实验内容
1、掌握MOSFET的输入（转移）特性曲线和 输出特性曲线测试原理和测试方法。 2、学习Agilent4156C半导体参数分析仪的 使用方法。 3、利用MOSFET的输入（转移）特性曲线求 跨导和阈值电压等。 4、利用绘图软件处理和分析实验数据。
实验内容和方法
1. 准备好按实际工艺制成的提取芯片或封成各 种待测管种，普通MOS管只能进行MOS1参数提取 练习。 2. 行设计测取方案，用实验测试分别提取： 3. MOS1的直流模型参数数提取 4. MOS1的电容参数提取 5. MOS2的参数数提取 6. MOS2的参数数提取
数据处理和分析
微电子器件测试实验
实验目的和意义
微电子技术: 模型模拟技术 设计技术 工艺技术 测试技术
实验内容:
☺MOS电容的C-V特性测试 ☺MOSFET的 I-V特性测试 ☺芯片解剖 ☺MOSFET模型参数的提取
实验一、MOS电容的C-V特性测试
MOS电容是最简单的MOS结构，也是所有MOS器件的核 心。 MOS电容是研究硅表面性质非常有用的工具，它 得出的结果可直接用于MOS晶体管。 C-V测量常用于定期监控集成电路制造工艺。 通过测量MOS电容高频和低频时的C-V曲线，可以得 到栅氧化层厚度tox、氧化层电荷和界面态密度Dit、平 带电压Vfb、硅衬底中的掺杂浓度等参数。
1. 由测得数据，作成所需关系图。 2．求关系图上直线段（或渐进线）的斜率和结 局。也可以不作图，直接用程序在计算机上求取。 3．根据需要作SPECE-II模拟有关特征，使之与 实测关系相拟合来确定有关参数。 4．最优化程序提取所得电容参数代入公式，得 到模拟的特征关系，并与实测结果对比，分析误 差原因。 5. 对实验分段提取引入的误差，进行讨论分析。
分析C-V数据
9.00E-011 8.00E-011 7.00E-011 6.00E-011
Cg(F)
5.00E-011 4.00E-011 3.00E-011 2.00E-011 -4 -2 0 2
CH CQ
4
Vg(V)
Model 82-WIN 同步C-V库的使用
Keithley Model 8Baidu Nhomakorabea-WIN提供了一个C-V库， 利用它用户可以方便地提取出许多有用 的参数，重要的有界面陷阱电荷密度、 可动离子浓度、掺杂剖面（根据高频C-V 曲线得到）等，另外还提供了一个用于 确定平衡态（同时也能确定最佳延迟时 间）的库文件。
实验安排
实验仪器
实验三 芯 片 解 剖
芯片解剖，是研究半导体器件或集成电 路的产品版图及工艺、设计新品以及对 产品进行失效分析等的重耍手段。
实验原理和内容
（1）开壳前的性能检测： （2）打开管壳。 （3）芯片拍照并放大。 （4）由芯片照片和显微观察，识别集成元器件并由它们的布 局布线，提取出线路图和逻辑图。 （5）测读芯片表面（版图）尺寸——横向工艺解剖。 （6）测量集成电路上元器件参数。 （7）纵向工艺解剖——磨角测量芯片纵向结构。 （8）分析，总结。写出包括被分析产品的线路图、逻辑图、 版图和工艺的解剖报告。
实验步骤
1、根据实验要求连接实验仪器 Agilent4156C和实验样品。 2、按照实验要求设置实验参数。 3、测量MOSFET的输入（转移）特性曲 线和输出特性曲线 4、利用计算机处理和分析实验数据。
数据处理和分析
1、将测试的数据进行整理，列表比较。。 2、根据测量的数据绘制MOBFET直流通 输入、输出特性曲线。 3、利用MOSFET的输入（转移）特性曲 线求跨导和阈值电压等。
实验原理
MOS电容如图1所示，它类似于 金属和介质形成的平板电容器。 但是，由于半导体中的电荷密 度比金属中的小得多，所以充 电电荷在半导体表面形式的空 间电荷区有一定的厚度（~微米 量级），而不象金属中那样， 只集中在一薄层中（~0.1nm） 内。半导体表面空间电荷区的 厚度随偏压VG而变化，所以 MOS电容是微分电容。
输入特性
0.0011 0.0010 0.0009 0.0008 0.0007 0.0006
Id(V)
0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0.0000 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Vg(V)
直流输出特性 MOSFET在某一固定的栅源电压下所得Ids~Vds关系即为直流输 出特性，对应一组阶梯栅源电压可测得一簇输出特性曲线。每条 曲线分四个区域： (1)线性区：对于给定的Vg（＞Vth），线性区的Ids随Vds线性增 加。 (2)饱和区：在饱和区，Ids不再随Vds的增加而增加，它达到了饱 和值。 (3)击穿区：饱和区之后，若Vds进一步增加，晶体管将进 入击穿区，在该区，随Vds增加Ids迅速增大，直至引起漏-衬pn结 击穿，这是由漏端的高电场引起的。 (4)截止区：在该区中，Vgs＜Vth，因此源漏之间不存在导电沟 道，即Ids=0。但在实际的器件中，漏源电流并不为0，通常称此 电流为弱反型电流或亚阈值电流。
实验原理
程序含三种MOS模型，总共模型参数42个。标 记LEVEL指明选用级别。一级模型即常用的平 方律特性描述的Shichman-Hodges模型，考虑 了衬垫调制效率和沟道长度调制效应。二级模 型考虑了短沟、窄沟对阈电压的影响，迁移率 随表面电场的变化，载流子极限速度引起的电 流饱和调制以及弱反型电流等二级效应，给出 了完整的漏电流表达式。三级模型是半经验模 型，采用一些经验参数来描述类似于MOS2的 二级效应。