4200-SCS 半导体特性分析系统
4200-SCS产品介绍
半导体材料和器件的研发—传统的半导体和微电子专业 器件和工艺的参数监控—半导体工艺线，生产单位
• 器件的建模（Modeling)—半导体器件的设计，集成电路的设计 • 可靠性和寿命测试—半导体器件可靠性研究 • 高功率MOSFET，BJT和III-V族器件（GaN，GaAs)的特性分析 • 纳米器件研究； • 光电子器件的研究（LED，OLED等）； • 非易挥发性存储器测试—Flash闪存，相变存储器（PRAM），铁电存储器（ FeRAM)，阻变存储器（RRAM)等； • 有机半导体特性分析—化学专业涉及较多； • 太阳能电池及光伏电池特性分析
KEITHLEY CONFIDENTIAL–PROPRIETARY
4200-SCS半导体特性分析系统介绍及销售指导
• • • 4200-SCS系统介绍
4200-SCS产品主要应用领域
• 与4200-SCS系统一起联用的合作产品
• 如何找到典型用户
• 报备及下单
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A
G R E A T E R
• 4200-SCS/F半导体特性分析系统的前面板具有一个12英寸的超清晰分辨率（ 1024×768）的液晶显示器，具有可刻录的DVD光驱，磁盘驱动器，USB接口，键 盘和鼠标。 • 具有工业级，基于GUI的Windows视窗界面，将系统设置集成时间降低到了最小； • 将工业级控制器和另外的RAM集成在一起，确保了高的测试速度，加强了系统的坚 固性，稳定性和安全性；2000年年底推向市场，全球第一家将Windows GUI界面和 测量仪器有机地结合在仪器
M E A S U R E
OF
C O N F I D E N C E
© Copyright 2004 Keithley Instruments, Inc.
半导体特性分析实验
半导体特性分析实验（PN结I-V特性测试）在微电子和固态电子学领域，半导体PN结几乎是构成一切有源器件以及像二极管一些无源器件的最基本单元。
本实验的目的是了解PN结的基本I-V特性，包括有非线性、整流性质，学习曲线拟合方法，求出波尔兹曼常数。
一、实验目的了解PN结的基本特性，掌握PN结的伏安特性，学习曲线拟合方法，求出波尔兹曼常数。
二、实验内容测试未封装PN结的I-V特性曲线，进行曲线拟合，求出波尔兹曼常数。
三、仪器设备4200-SCS半导体特性测试系统，二极管，探针台四、实验原理1、PN结的伏安特性在半导体材料中，P型区域与N型区域的交界处附近会形成一个特殊的区域，这个区域叫PN结。
PN结是半导体器件的核心，检测半导体器件实际上就是通过外部引脚测量内部PN结。
PN结具有三个重要参数：单向导电；正向导通压降；反向击穿电压，它们是判断PN结好坏、识别无标识的半导体器件类型和各引脚电极的主要依据。
二极管就是一个单独封装的PN结。
在未封装前检测PN结，进行实时监控，可以更及时迅速发现质量问题，减少浪费。
单向导电：当给PN结施加正向电压时，即正极（连接到P区）接正、负极接负（联结到N区）接负。
PN结呈现为导通状态，有正向电流流过，并且该电流将随着正向电压的增加，急剧增大。
当给PN结施加相反的电压时，二极管呈现为截止状态，只有少量的穿透电流I BO（µA级以下）流过。
正向导通压降：PN结上加上正向电压导通后，会保持一个相对固定的端电压VF，VF称为“正向导通压降”，其数值依选用的半导体基材不同而有别，锗半导体约为0.3V；硅半导体约为0.7V。
反向击穿电压：当给PN 结施加的反向电压值达到其所能承受的极限值（反向击穿电压VZ ，大小因不同的PN 结有别）时，二极管呈现为导通状态，且在允许的反向电流范围内，其端电压会基本保持为VZ ，即PN 结反向击穿后具有“稳压特性”。
这些参数都可以在伏安特性曲线也就是PN 结的I-V 特性曲线上可以得到。
4200-中文样本
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AGILENT 4200 MP-AES
因空气而发生改变
Agilent 4200 MP-AES 是久经考验的 MP-AES 技术的新一代产品，大大降低了运行成本， 可实现安全的无人值守分析，无需使用易燃或昂贵的气体。
使用成本最低
可信赖的安全性
气体成本是元素分析中最高的成本之一。由于 4200 MP-AES 使用 空气运行，大大降低了运行成本，并且无需持续购买易燃或昂贵 的气体。
地区实验室的理想选择
• 无需订购、连接或更换气瓶，从而减少持续的操作和维护成本 • 无需运输或人工搬运钢瓶，也避免了寒冷条件下钢瓶气阀冻结
的风险
• 无温室气体排放 — Agilent 4200 MP-AES 实现零燃料碳排放
• Agilent 4200 MP-AES 关闭时，无气体和电能的消耗。分析时， 仅需打开开关即可投入使用，消除了待机的成本
干扰
• 采用干扰元素校正技术 (IEC) 或快速线性干扰校正 (FLIC) 技术， 可轻松校正光谱干扰
• 屏幕将清晰显示结果，对当前谱线结果以大号数字实时显示， 即使在繁忙的实验室中也便于进行观察跟踪
• 仪器状态显示栏可提供当前仪器状态和全面诊断摘要，便于进 行故障排除
• 在任何时刻，即使分析正在进行中，也可轻松调用和审核先前 存储的数据
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加载样品并运 行分析
/chem/runsonair
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工作原理
4200 MP-AES 采用独有的微波磁致激发技术，形成微波等离子体。
耐用、可靠
等离子体发生系统的核心是耐用且可靠的工业级磁控管 — 该项 技术已在全世界范围内数以百万计的微波炉中得到充分验证。 Agilent 4200 MP-AES 通过使用磁场而非电场来耦合微波能量并激 发等离子体，使等离子体更加稳定，从而扩展您的应用范围。
4200 MPAES WPC 2014 Agilent function翻译版
对于挑战性的应用
– OneNeb 雾化器
• 强力 PFA 及 PEEK 结构设计 - 惰性 – 耐受强酸，如：HF - 不易破损 - 模制塑料设计，提高雾化器的重现性 • 雾化器喷头恒定尺寸孔径设计 - 高盐/微粒性样品的理想应用 - 增强耐盐能力，适用于高TDS 样品 • 窄气溶胶粒径分布，提高雾化器精度 • 宽范围应用流速0.1 到 2 ml/min. - 低流速状态下不损失灵敏度
Agilent Confidential March 11, 2015 14
扩展分析应用范围
为确保最佳的分析结果，应采用适宜的样品引入系统 • 橙色/绿色样品泵管 • 惰性的 OneNeb 雾化器 • 双路旋流雾室 • 新型设计的 4200 炬管
Agilent Confidential March 11, 2015 15
1.2 1.1 Normalized Conc 1
0.9
0.8
0.7
0.6 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 Time (h:mm) Fe 259.940 nm Cu 327.395 nm Ni 305.081 nm Mg 285.213 nm Ag 328.068 nm Al 396.152 nm Pb 283.305 nm 5:00 6:00 7:00 8:00
1.4 normalised concentration 1.2 Cu MP Ag MP
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0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 mins
Ni MP
Fe MP
Pb MP
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简洁实用软件
OneNeb
吉时利4200产品说明书
吉时利(Keithley) 仪器公司在其4200型半导体特性分析系统中新增加了脉冲信号发生和测量功能，支持脉冲式的半导体特性分析功能。
新的PIV（脉冲I-V）子系统，更便于进行高介电（High－k）材料、热敏感器件和先进存储芯片等的前沿技术研究，使其测量更加准确，产品投入市场更加快速。
据称这是第一款商用化的集成了精确、可重复的脉冲和DC测量于一体的解决方案，而且使用非常方便。
脉冲I-V （简称PIV）子系统是吉时利公司Model 4200-SCS系统的一个新增选项。
Model 4200-SCS系统适用于实验室级别的精准DC特性测量和分析，具有亚飞安级的微电流分辨率和实时绘图、数据分析和处理能力。
该系统集成了目前最先进的半导体特性分析性能，包括一台带有Windows XP操作系统和大容量存储器的嵌入式PC机。
脉冲I-V （PIV）子系统建立在一个新的双通道脉冲发生器卡上，该卡的特点是拥有两个独立的通道，频率范围从1Hz到50MHz。
它能够产生短到10纳秒的脉冲，允许对SOI和其他65nm以及更小尺寸的器件和过程进行真实的等温脉冲测量。
精细的脉冲边缘的缓慢控制允许对界面态、AC Stress测试和存储器测试进行精确的源和测量。
用户能够控制几个脉冲参数，例如：脉冲宽度、占空比、升降时间、幅度和偏移量。
把脉冲式的功能和测量同Model 4200-SCS世界领先的DC特性结合起来，这在市场上尚是唯一的。
与脉冲I-V （PIV）子系统捆绑在一起的新的、正在申请专利的软件，无论在准确度还是在可重复性方面都带来了更好的效果。
集成的软件和面向用户的友好界面都是很容易学习和使用的，所以即使是非专业的用户都能快速上手并且得到很好的脉冲I-V测量结果。
PIV软件控制着脉冲发生器和测量，设置和驱动双通道脉冲发生器的脉冲产生、触发、进行脉冲测量，并收集和提交数据。
新的PIV软件套装，具有为保证测量完整性而设置的电缆补偿算法和为精确的脉冲极限电压提取设置的Load-line校正方案。
半导体参数分析仪-苏州大学纳米材料与技术试验教学中心
厂商
参考单价
（万元）
数量
总价
（万元）
4200-SCS
Keithley
24
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主要技术指标（含仪器设备的详细配置）
一、系统配置清单：
1、半导体参数分析仪（4200-SCS/F）主机（1台）
（1）含两个高分辨率中功率SMU（源测量单元）
（2）内置12英寸液晶显示器
（3）主机含以太网（LAN）,GPIB, 3个USB接口，RS-232接口，并行接口，250G大容量硬盘，可刻录DVD光驱
10、提供纳米技术工具包；
11、软件终身免费升级。
经费来源
专项经费
用途
教学□科研■其它□
安装（放）地点
功能纳米与软物质（材料）实验室
管理人
唐建新
注：“经费来源”指教学设备经费、示范中心建设经费、中央与地方共建经费、重点学科建设经费、科研项目经费、211工程建设费、专项经费等。
二、安装使用的环境及设施条件
功能纳米与软物质（材料）实验室已被省科技厅批准为“江苏省碳基功能材料与器件重点实验室”。按照重点实验室建设规划，实验室将重点研发高效率、长寿命有机光电器件，特别是致力于有机发光显示(OLED)和有机薄膜晶体管（OTFT）的前沿性基础和应用研发，近期主要面向单色显示、小尺寸的全彩PM-OLED显示原型机，白光固体照明及软屏点阵技术的攻关。
苏州大学申购大型精密仪器设备
可行性论证报告
(10万元～40万元)
仪器名称吉时利4200-SCS型半导体特性分析系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
申请单位功能纳米与软物质（材料）实验室
负责人李述汤
填表时间2009年11月23日
一、申购仪器设备概况
使用吉时利4200SCS系统进行太阳能电池IVCV测试
Making I‑V and C‑V Measurements on Solar/ Photovoltaic Cells Using the Model 4200‑SCS Semiconductor Characterization SystemIntroductionBecause of the increasing demand for energy and the limited supply of fossil fuels, the search for alternative sources of power is imperative. Given that there is a vast amount of energy avail-able from the sun, devices that convert light energy into elec-trical energy are becoming increasingly important. Solar or photovoltaic (PV) cells convert light energy into useful electrical power. These cells are produced from light-absorbing materials. When the cell is illuminated, optically generated carriers produce an electric current when the cell is connected to a load.A variety of measurements are made to determine the elec-trical characteristics of PV cells. Characterizing the cells often involves measuring the current and capacitance as a func-tion of an applied DC voltage. The measurements are usually done at different light intensities and temperature conditions. Important device parameters can be extracted from the current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements, such as the conversion efficiency and the maximum power output. Electrical characterization is also important to determine losses in the PV cell. Essentially, electrical characterization is neededto determine ways to make the cells as efficient as possible with minimal losses.To make these important electrical measurements, using a tool such as the Model 4200-SCS Semiconductor Characterization System can simplify testing and analysis. The 4200-SCS is a meas-urement system that includes instruments for both I-V and C-V measurements, as well as software, graphics, and mathematical analysis capability. The software includes tests for making I-V and C-V measurements specifically on solar cells and deriving common PV cell parameters from the test data. This application note describes how to use the Model 4200-SCS to make electrical measurements on PV Cells. Topics include the basic principlesof PV cells, connections of the cell in the measurement circuits, forward and reverse I-V measurements, C-V measurements, meas-urement considerations, and sources of error.Basic Photovoltaic Cell Circuitand Device ParametersA photovoltaic cell may be represented by the equivalent cir-cuit model shown in Figure 1. This model consists of current due to optical generation (I L), a diode that generates a current [I s(e qV/kT)], a series resistance (r s), and shunt resistance (r sh). The series resistance is due to the resistance of the metal contacts, ohmic losses in the front surface of the cell, impurity concentra-tions, and junction depth. The series resistance is an important parameter because it reduces both the short-circuit current and the maximum power output of the cell. Ideally, the series resis-tance should be 0Ω (r s = 0). The shunt resistance represents the loss due to surface leakage along the edge of the cell or due to crystal defects. Ideally, the shunt resistance should be infinite (r sh = ∞).Photon hυRLFigure 1. Idealized equivalent circuit of a photovoltaic cellIf a load resistor (R L) is connected to an illuminated PV cell, then the total current becomes:I = I S(e qV/kT – 1) – I Lwhere: I S = current due to diode saturationI L = current due to optical generationSeveral factors determine the efficiency of the solar cell,including the maximum power point (P max), the energy conver-sion efficiency (η), and the fill factor (FF). These points are illus-trated in Figure 2, which shows a typical forward bias I-V curve of an illuminated PV cell. The maximum power point (P max)is the product of the maximum cell current (I max) and voltage (V max) where the power output of the cell is greatest. This point is located at the “knee” of the curve.Imaxmax oc Figure 2. Typical forward bias I‑V characteristics of a PV cellNumber 2876 Application NoteSe r iesThe fill factor is a measure of how far the I-V characteristics of an actual PV cell differ from those of an ideal cell. The fill factoris defined as:I max V max FF = ___________ I sc V ocwhere: I max = the current at the maximum power outputV max = the voltage at the maximum power outputI sc = the short-circuit currentV oc = the open-circuit voltageAnother important parameter is the conversion efficiency (η), which is defined as the ratio of the maximum power output tothe power input to the cell:P max η = ______ P in where: P max = the maximum power output P in = the power input to the cell defined as the total radiant energy incident on the surface of the cell These described parameters of the solar cell can be deter-mined through electrical characterization of the device.Using the 4200-SCS to Make I-V and C-V Measurements on the Solar CellTo simplify testing, a project has been created for the 4200-SCS that makes both I-V and C-V measurements on a solar cell and also extracts common measurement parameters such as maxi-mum power, short-circuit current, open-circuit voltage, etc. The project is called “CVU_Pvcell” and is included with all 4200-SCS systems running KITE version 7.0 or later. A screen shot of the project is shown in Figure 3. This project has five tests, called ITMs (Interactive Test Modules), that perform a forward bias I-V sweep (fwd-ivsweep ), reverse bias I-V sweep (rev-ivsweep ), C-V sweep (cvsweep ), 1/C 2 vs. V plot (C-2vsV ) and C-f sweep (cfsweep).Figure 3. Screen Shot of PV Cell Project for the 4200I-V Measurements Using the 4200-SMU As described previously, many important device parameters can be determined from current-voltage (I-V) measurementsof the solar cell. The I-V characteristics are measured using one of the Model 4200-SCS’s Source Measure Units (SMUs), which can source and measure both current and voltage. Twotypes of SMUs are available for the 4200-SCS: the Model 4200-SMU, which can source/sink up to 100mA, and the 4210-SMU,which can source/sink up to 1A. If the output current of the cellexceeds these current levels, then the output current may have tobe reduced. One way of reducing the output is to reduce the areaof the cell. If this is not possible, then the Keithley Series 2400 SourceMeter ® instruments, which are capable of sourcing/sinking higher currents, may be used.Making connections to the PV Cell A solar cell connected to the 4200-SCS’s SMU for I-V measure-ments is shown in Figure 4. A four-wire connection is made toeliminate the lead resistance that could otherwise affect the measurement accuracy. With the four-wire method, a voltage is sourced across the PV cell using one pair of leads (Force HI and Force LO), and the voltage drop across the cell is measured across a second set of leads (Sense HI and Sense LO). The sense leads ensure that the voltage developed across the cell is the pro-grammed output value and compensates for the lead resistance.4200-SMU or 4210-SMU Figure 4. Connections of 4200‑SCS’s SMU to Solar CellForward Bias I-V MeasurementsForward bias I-V measurements of the PV cell are generated under controlled illumination. The SMU is set up to source a voltage sweep and measure the resulting current. This forward bias sweep can be accomplished using the “fwd-ivsweep ” ITM. The user can adjust the sweep voltage to the desired values. As illustrated in Figure 2, the voltage source is swept from V 1 = 0 to V 2 = V OC . When the voltage source is 0 (V 1 = 0), the current is equal to the short-circuit current (I SC ). When the voltage source is an open circuit (V 2 = V OC ), then the current is equal to zero (I 2 = 0). The parameters V OC and I SC can easily be derived from the sweep data using the Model 4200-SCS’s built-in mathematicalanalysis tool, the Formulator. For convenience, the “CVU_Pvcell” project has the common parameters already calculated and the values automatically appear in the Sheet tab every time the test is executed. Figure 5 shows some of the derived parameters in the Sheet tab. These parameters include the short-circuit current (I SC ), the open circuit voltage (V OC ), the maximum power point (P max ), the maximum cell current (I max ), the maximum cell volt-age (V max), and the fill factor (FF).Figure 5. Results of Calculated Parameters Shown in Sheet TabUsing the Formulator, the conversion efficiency (η) can also be calculated if the power input to the cell is known. The current density (J) can also be derived using the area of the cell.Figure 6 shows an actual I-V sweep of an illuminated silicon PV cell generated by the 4200-SCS using the “fwd-ivsweep ” ITM. Because the system’s SMUs can sink current, the curve can pass through the fourth quadrant and allow power to be extracted from the device (I –, V +). Sometimes it may be desirable to plot log I vs. V. The Graph tab options support an easy transition betweengraphically displaying data on either a linear or a log scale.Figure 6. I‑V Sweep of Silicon PV Cell Generated with the 4200‑SMUThe series resistance, (r s ), can be determined from the for-ward I-V sweep at two or more light intensities. First, make I-V curves at two different intensities. Knowing the magnitudes of the intensities is not important. Measure the slope of this curve from the far forward characteristics where the curve becomes linear. The inverse of this slope yields the series resistance: ∆V r s = ____∆IUsing additional light intensities, this technique can beextended using multiple points located near the knee of the curves. As illustrated in Figure 7, a line is generated from which the series resistance can be calculated from the slope.C u r r e n t (m A )Figure 7. Slope Method Used to Calculate the Series ResistanceAn important measurement feature of the system’s SMU as an ammeter is that it has very low voltage burden. The voltage burden is the voltage drop across the ammeter during the meas-urement. Most conventional digital multimeters (DMMs) will have a voltage burden of at least 200mV at full scale. Given that only millivolts may be sourced to the sample, this can cause large errors. The 4200-SCS’s SMU never produces more than a few hundred microvolts of voltage burden, or voltage drop, in the measurement circuit.Reverse Bias I-V MeasurementsThe leakage current and shunt resistance (r sh ) can be derived from the reverse bias I-V data. Typically, the test is performed in the dark. The voltage is sourced from 0V to a voltage level where the device begins to break down. The resulting current is measured and plotted as a function of the voltage. Depending on the size of the cell, the leakage current can be as small as in the picoamp region. The Model 4200-SCS has a preamp option that allows making accurate measurements well below a picoamp. When making very sensitive low current measurements (nano-amps and smaller), use low noise cables and place the device in a shielded enclosure to shield the device electrostatically. This conductive shield is connected to the Force LO terminal of the 4200-SCS. The Force LO terminal connection can be made from the outside shell of the triax connectors, the black binding poston the ground unit (GNDU), or from the Force LO triax connec-tor on the GNDU.One method for determining the shunt resistance of the PV cell is from the slope of the reverse bias I-V curve, as shown in Figure 8. From the linear region of this curve, the shunt resist-ance can be calculated as: ∆V Reverse Bias r s = ______________∆I Reverse BiasFigure 8. Typical Reverse‑Bias Characteristics of a PV CellAn actual curve of a reverse-biased PV cell is shown in Figure 9. This curve was generated using the ITM “rev-ivsweep ”. In this semi-log graph, the absolute value of the current is plotted as a function of the reverse bias voltage that is on an inverted x-axis.Figure 9. Actual Reverse Bias Measurement of Silicon PV Cell Using4200‑SMUCapacitance Measurements Using the 4200-CVUIn addition to determining the I-V characteristics of a PV cell, capacitance-voltage measurements are also useful in deriv-ing particular parameters about the device. Depending on the type of PV cell, the AC capacitance can be used to derive such parameters as doping concentration and the built-in voltage of the junction. A capacitance-frequency sweep can be used to pro-vide information about the existence of traps in the depletion region. The Model 4200-CVU, the Model 4200-SCS’s optionalCapacitance-Voltage Unit, can measure the capacitance as a func-tion of an applied DC voltage (C-V), a function of frequency (C-f),or a function of time (C-t).To make a C-V measurement, a solar cell is connected to the 4200-CVU as shown in Figure 10. Like I-V measurements made with the SMU, the C-V measurement also involves a four-wire connection to compensate for lead resistance. The HPOT/HCUR terminals are connected to the anode and the LPOT/LCUR ter-minals are connected to the cathode. This connects the high DC voltage source terminal of the CVU to the anode.Not shown in the simplified diagram are the shields of the coax cables. The shields from the coax cables need to be con-nected together as close as possible to the solar cell. Connecting the shields together is necessary for obtaining the highestaccuracy because it reduces the effects of the inductance in the measurement circuit. This is especially important for capacitance measurements made at the higher test frequencies.To reduce the effects of cable capacitance, it is also important to perform a SHORT cal, OPEN cal, and Cable Correction. These simple procedures are discussed in Section 15 of the 4200-SCS Complete Reference Manual.Given that the capacitance of the cell is directly related to the area of the device, it may be necessary to reduce the area, if possible, to avoid capacitances that may be too high to measure. Also, setting the 4200-CVU to measure capacitance at a lower test frequency (10kHz) and/or lower AC drive voltage will allow mak-ing higher capacitance measurements.4200-CVUFigure 10. Connecting the 4200‑CVU to a Solar CellC-V SweepC-V measurements can be made either forward-biased or reverse-biased. However, when the cell is forward-biased, the applied DC voltage must be limited; otherwise, the conductance may get too high. The maximum DC current cannot be greater than 10mA; otherwise, the DC voltage output will not be at the desired level.Figure 11 illustrates a C-V curve of a silicon solar cell gener-ated by the 4200-CVU using the “cvsweep ” ITM. This test wasperformed in the dark while the cell was reverse-biased.Figure 11. C‑V Sweep of Silicon Solar CellInstead of plotting dC/dV, it is sometimes desirable to view the data as 1/C 2 vs. V. The doping density (N) can be derived from the slope of this curve because N is related to the capaci-tance by: 2N(a) =______________________qE S A 2[d(1/C 2)/dV]where: N(a) = the doping density (1/cm 3) q = the electron charge (1.60219 × 10–19C) E s = semiconductor permittivity (1.034 × 10–12F/cm for silicon) A = area (cm 2)C = measured capacitance (F)V = applied DC voltage (V)The built-in voltage of the cell junction can be derived from the intersection of the 1/C 2 curve and the horizontal axis. This plot should be a fairly straight line. An actual curve taken with the 4200-CVU is shown in Figure 12. This graph was generated using the “C-2vsV ” ITM. The “Linear Line Fits” graph option can be used to derive both the doping density (N) and the built-in voltage on the x-axis. The doping density is calculated as a func-tion of voltage in the Formulator and appears in the Sheet tab in the ITM. The user must input the Area of the device in theConstants area of the Formulator.Figure 12. 1/C2 vs. Voltage of a Silicon Solar CellC-f SweepThe 4200-CVU can also measure capacitance as a function offrequency. The curve in Figure 13 was generated by using the “cfsweep ” ITM. The user can adjust the range of sweep frequencyas well as the bias voltage.Figure 13. C‑f Sweep of Solar CellConclusionMeasuring the electrical characteristics of a solar cell is critical for determining the device’s output performance and efficiency. The Model 4200-SCS simplifies cell testing by automating the I-V and C-V measurements and provides graphics and analysis capa-bility. In addition to the tests described here, the 4200-SCS can also be used to make resistivity measurements on the materials used for the PV cells, a process that is described in a separate Application Note, #2475, “Four-Probe Resistivity and Hall Voltage Measurements with the Model 4200-SCS,” which is available for download from .Specifications are subject to change without notice.All Keithley trademarks and trade names are the property of Keithley Instruments, Inc.All other trademarks and trade names are the property of their respective companies.A G R E A T E R M E A S U R E O F C O N F I D E N C EKeIThley InSTRUMenTS, InC.■ 28775 AurorA roAd ■ ClevelAnd, ohio 44139-1891 ■ 440-248-0400 ■ Fax: 440-248-6168 ■ 1-888-KeiThleY ■ BelGIUMSint-Pieters-leeuw Ph: 02-363 00 40 Fax: 02-363 00 64 www.keithley.nl ChInABeijingPh: 8610-82255010Fax: 8610-82255018FInlAndespooPh: 09-88171661Fax: 09-88171662FRAnCeSaint-AubinPh: 01-64 53 20 20Fax: 01-60-11-77-26www.keithley.frGeRMAnyGermeringPh: 089-84 93 07-40Fax: 089-84 93 07-34www.keithley.deIndIABangalorePh: 080-26771071-73Fax: 080-26771076ITAlyMilanoPh: 02-553842.1 Fax: 02-55384228 www.keithley.it jAPAnTokyoPh: 81-3-5733-7555Fax: 81-3-5733-7556www.keithley.jpKoReASeoulPh: 82-2-574-7778Fax: 82-2-574-7838www.keithley.co.krMAlAySIAPenangPh: 60-4-656-2592Fax: 60-4-656-3794neTheRlAndSGorinchemPh: 0183-63 53 33Fax: 0183-63 08 21www.keithley.nlSInGAPoReSingaporePh: 65-6747-9077Fax: 65-6747-2991.sgSwedenSolnaPh: 08-50 90 46 00Fax: 08-655 26 10SwITzeRlAndZürichPh: 044-821 94 44Fax: 41-44-820 30 81www.keithley.chTAIwAnhsinchuPh: 886-3-572-9077Fax: 886-3-572-9031UnITed KInGdoMThealePh: 0118-929 75 00Fax: 0118-929 75 19© Copyright 2007 Keithley Instruments, Inc.Printed in the U.S.A.No. 2876Oct. 07 2k。
半导体CV测量基础
半导体Ｃ—ｖ测量基础ＬｅｅＳｔａｕｆｆｅｒ（吉时利仪器公司）通用测试电容一电压（Ｃ—Ｖ）测试广泛用于测量半导体参数，尤其是ＭＯＳＣＡＰ和ＭＯＳＦＥＴ结构。
此外，利用Ｃ—Ｖ测量还可以对其他类型的半导体器件和工艺进行特征分析，包括双极结型品体管（ＢＪＴ）、ＪＦＥＴ、ＩＩＩ—Ｖ族化合物器件、光伏电池、ＭＥＭＳ器件、有机Ｔ盯显示器、光电二极管、碳纳米管（ＣＮＴ）和多种其他半导体器件。
这类测量的基本特征非常适用于各种应用和培训。
大学的研究实验事和半导体厂商利用这类测量评测新材料、新工艺、新器件和新电路。
Ｃ—Ｖ测虽埘于产品和良率增强。
Ｔ：程师也是极其重要的，他们负责提高工艺和器件的性能。
可靠性Ｔ程师利用这类测量评估材料供货，监测工艺参数，分析失效机制。
采用一定的方法、仪器和软件，ｈＴ以得到多种半导体器件和材料的参数。
从评测外延生长的多晶开始，这些信息在整个生产链中都会用到，包括诸如平均掺杂浓度、掺杂分布和载流子寿命等参数。
在圆片Ｔ艺中，Ｃ—Ｖ测量ｎＴ用于分析栅氧厚度、栅氧电荷、游离子（杂质）和界面阱密度。
在后续的工艺步骤中也会用到这类测量，例如光刻、刻蚀、清洗、电介质和多晶硅沉积、金属化等。
当在圆片上完全制造出器件之后，在ｎｒ靠性和基本器件测试过程中可以利用Ｃ—Ｖ测量对阂值电压和其他一些参数进行特征分析，对器件性能进行建模。
半导体电容的物理特性ＭＯＳＣＡＰ结构足在半导体制造过程中形成的一种基本器件结构（如图ｌ所示）。
尽管这类器件町以用于真实电路中，但是人们通常将其作为一种测试结构集成在制造工艺中。
由于这种结构比较简单而且制造过程容易控制，因此它们足评测底层工艺的一种方便的方法。
图１Ｐ型衬底上形成的ＭＯＳＣＡＰ结构的Ｃ—Ｖ测量电路图１中的金属／多晶层是电容的一极，二氧化硅是绝缘囵鼋哥詹｛层。
由于绝缘层下面的衬底是一种半导体材料，因此它本身并不是电容的另一极。
实际上，其中的多数载流子是电容的另一极。
物理Ｉ：而言，电容ｃ町以通过下列公式中的变量计算出来：Ｃ＝Ａ（Ｋ，ｄ），其中Ａ是电容的面积；Ｋ是绝缘体的介电常数；ｄ是两极的Ｉ’日Ｊ距。
keithley(吉时利)4200A-SCS中文技术手册
I-V 扫描测量。
4200A-SCS 参数分析仪可以配置最多 9 个 SMU。有两种 SMU 型号：中等功率 SMU，范围高达 210 V/100 mA；高功 率 SMU，范围高达 210 V/1 A。每个 4200-SMU 中等功率 SMU 或 4210-SMU 高功率 SMU 占用主机的一个插槽，在 4200A-SCS 系统中可以一起使用。
±210V
4200A-CVIV I-V/C-V 多开关模块 DC I-V 和 C-V 自动切换
-
-
4225-PMU
超快速脉冲测量单元
- 脉冲式 I-V - SegmentARBR® 多电平 脉冲 - 瞬态波形捕获
±40 V (80 V p-p), ±800 mA 200 MSa/s 同时测量电流和电压 2048 个唯一段 20 ns 脉宽仅输出时 60 ns 脉宽输出同时测流时
脉冲式 I-V 超快速脉冲测量单元 (PMU) ●● 两个独立的或同步的高速脉冲 I-V 源和测量通道 ●● 200 MSa/s，5 ns 采样率 ●● ±40 V (80 V p-p)，±800 mA ●● 瞬态波形捕获模式 ●● 任意波形发生器 Segment ARB® 模式，支持多电平脉冲 波形，10 ns 可编程分辨率
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4200A-SCS 参数分析仪
1. Clarius Software
全新 Clarius Software 用户界面，您可以把对科研的理解提 升到全新水平。4200A-SCS 包括 Clarius+ 软件包，可以执 行几乎任何类型的 I-V、C-V 和脉冲式 I-V 特性分析测试。 Clarius Software 用户界面提供了触滑或点击控制功能，为现 代半导体、材料和工艺特性分析提供高级测试定义、参数分析、 图表绘制和自动化功能。
物理学测试仪器4200
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产品介绍—典型配置
•
4个高分辨率SMU单元；（可测试4端口MOSFET器件）
固性，稳定性和安全性；2000年年底推向市场，全球第一家将Windows GUI界面和 测量仪器有机地结合在仪器
• 具有计算机大容量硬盘，可立即存储测试过程和数据结果；
• 可刻录的DVD光驱可以进行大容量的数据备份和传输； • 带有4个USB接口可迅速地与外围设备进行通信。
2
A
G R E A T E R
•MOSFET：对一个MOSFET器件进行一个C-V扫描。提取参数包括：氧化层厚度，氧化层电容，平带电容 ，平带电压，阈值电压，掺杂浓度与耗尽深度的函数关系； •寿命：确定产生速度并进行寿命测试（Zerbst图）； •可动离子：使用BTS方法确定并提取平带电压参数确定可动电荷。包括对Hot Chuck热吸盘的控制。在室 温下测试样品，然后加热后测试，然后再恢复至室温下以确定平带漂移电压，从而确定可动电荷； •电容：在金属-绝缘-金属（MIM）电容器上进行C-V扫描和C-f扫描，并计算出标准偏差； •PN结：测量P-N结或肖特及二极管的电容与其尖端片置电压的函数关系；
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4H-SiC MESFET的反应离子刻蚀和牺牲氧化工艺
4H-SiC MESFET的反应离子刻蚀和牺牲氧化工艺研究柏松，韩春林，陈刚（南京电子器件研究所，南京 210016）摘要：对于栅挖槽的4H-SiC MESFET，栅肖特基接触的界面经过反应离子刻蚀（RIE），界面特性对于肖特基特性和器件性能至关重要。
反应离子刻蚀的SiC表面平滑度不是很好，刻蚀损伤严重，选择合适的RIE刻蚀条件减小刻蚀对半导体表面的损伤；利用牺牲氧化改善刻蚀后的表面形貌，进一步减小表面的刻蚀损伤。
工艺优化后栅的肖特基特性有了明显改善，理想因子接近于1。
制成的4H-SiC MESFET直流夹断特性良好，饱和电流密度达到350mA/mm。
关键词：4H-SiC；MESFET；反应离子刻蚀；牺牲氧化；肖特基势垒Reactive Ion Etching and Sacrificial Oxidation Processes in the Fabrication of4H-SiC MESFETsBAI Song，HAN Chun-lin，ChEN Gang（Nanjing Electronic Devices Institute，Nanjing 210016, China）Abstract: For gate recessed 4H-SiC MESFETs, the Schottky gate is formed on a plasma etched surface. The quality of the surface is crucial to the Schottky contact properties and the device performance. In this study, sacrificial oxidation is used as a post-etch treatment to reduce surface roughness and etch damage. Etch damage is also reduced by using proper RIE settings. Optimized etch conditions and surface treatment result in improved Schottky-contact characteristics and excellent DC performance of the 4H-SiC MESFETs.Key words: 4H-SiC; MESFET；reactive ion etching；sacrificial oxidation；Schottky contact1 引言SiC是一种高稳定性的半导体材料，无法对其进行常规的湿法刻蚀，只能采用干法刻蚀的方法。
分析系统优化小电流测量
分析系统优化小电流测量小电流小电流小电流的能力——比如pA级或更小。
这些应用包括确定FET的栅极漏流、测试敏感的纳米电子器件，以及测量绝缘体或电容的漏流。
4200-SCS型半导体特性分析系统配备可选的4200-PA型远程前置放大器时，可提供非常卓越的小电流测量能力，分辨率达1E–16A。
成功测量小电流不仅依赖于使用非常灵敏的安培计，例如4200-SCS型，而且还取决于系统的交互测试环境(KITE)软件进行正确设置、使用低噪声夹具和电缆连接、留有足够的建立时间，以及采用能够防止不希望的电流降低测量准确度的技术。
本文介绍利用吉时利4200-SCS型优化小电流测量的最佳解决方案。
测量系统中的偏移电流将系统配置为进行超低电流测量的前几步之中有一步是确定整个测量系统的偏移和漏泄电流，包括4200-SCS本身、连接电缆、开关矩阵、测试夹具和探针。
这可确定整个系统的噪底限值，并设置一个开始点，如果可能的话则进行改进。
从测量源测量单元(SMU)的偏移开始，然后继续增加测量电路组件，直到连接了除被测装置(DUT)之外的全部组件。
直接由带有4200-PA远程前置放大器的4200-SMU利用KITE软件进行测量。
II分析系统优化小电流测量——内部偏移对于理想的安培计，当其输入端子保持开路时，其读数应为零。
然而，现实中的安培计在输入开路时确实存在小电流。
这一电流被称为输入偏移电流，是由于有源器件的偏置电流以及流过仪器中绝缘体的漏泄电流产生的。
SMU内产生的偏移电流已包括在吉时利4200-SCS型的技术指标中。
，输入偏移电流增加至被测电流，所以仪表测量的是两个电流之和。
图1. SMU的输入偏移电流测量每个带有4200-PA前置放大器的4200-SMU的偏移时，Force HI和Sense HI端子上除金属帽外不连接任何东西。
LPCVD制备多晶Si薄膜的工艺和性能分析
LPCVD制备多晶Si薄膜的工艺和性能分析胡佳宝;何晓雄;杨旭【摘要】文章利用低压化学气相沉积法(LPCVD)，在单晶Si衬底上制备多晶Si薄膜。
利用原子力显微镜观察薄膜厚度和镀膜温度对多晶Si薄膜表面形貌的影响，并利用XRD研究退火温度对多晶Si薄膜结晶性能的影响。
结果表明：镀膜温度越高、薄膜越厚，薄膜的晶粒尺寸越大；退火温度越高，薄膜的结晶越好。
%10.3969/j.issn.1003-5060.2012.11.014【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】5页(P1496-1499,1540)【关键词】多晶硅薄膜;低压化学气相沉积;表面形貌;X射线衍射【作者】胡佳宝;何晓雄;杨旭【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TN305.8随着设备的发展和制备工艺的改进，多晶硅薄膜被广泛应用于微机电系统、半导体桥、大规模集成电路、晶体管、太阳能电池火工品等产品上［1－3］。
多晶硅薄膜具有很多特点，如生长温度低、对衬底选择不苛刻、适合半导体工艺加工、同单晶硅有相近的敏感特性和机械特性等［4］。
多晶硅薄膜的制备主要有真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜和化学气相沉积（CVD）等方法［5］。
本文利用低压化学气相沉积法（LPCVD），在单晶Si（100）衬底上制备能用于半导体火工桥的多晶硅薄膜。
首先按照不同的气压、温度、沉积时间、退火温度等工艺参数制备出多晶硅薄膜；然后用原子力显微镜（AFM）观察其表面形貌，用X射线衍射（XRD）研究退火温度对薄膜结晶性能的影响，用半导体特性测试仪测试其I－V曲线，用XP－100型台阶仪测量薄膜的厚度，最后对工艺参数与薄膜性能间的关系进行了分析。
在P型（100）晶面单晶硅衬底上氧化一层二氧化硅（SiO2），厚度大约为300nm。
用吉时利4200-SCS和590+CV分析仪测试MOS结构的界面态
用吉时利4200-SCS和590 CV分析仪测试MOS结构的界面态
作者：董金珠， 刘海涛， 张建新， 江美玲， 梁平治
作者单位：董金珠,刘海涛,张建新(中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083;中国科学院研究生院,北京,100049)， 江美玲,梁平治(中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083)
1.娄绍昆发热一例(肠伤寒)[会议论文]-2006
2.吉时利公司用低噪声4200-SCS半导体特性分析系统进行超低电流测试[期刊论文]-电子质量2003(2)
3.赵亮清.张志利.颜宁模糊神经网络在导弹控制系统故障诊断中的应用[会议论文]-2006
4.冯健峰糖尿病胃轻瘫的半夏泻心汤治验[会议论文]-2006
5.楼曹鑫.丁澜.马锡英.黄仕华锗/硅量子点形貌随退火温度的变化与电学特性研究[期刊论文]-苏州科技学院学报：自然科学版2011,28(4)
6.曾仁宏以四诊合参之法用小柴胡汤治少阳郁热证[会议论文]-2006
7.关彤浅谈《金匮要略》理论在大肠癌防治中的运用[会议论文]-2006
8.谈恩民.李秀真位存储器向字存储器的march测试转换方法[会议论文]-2006
9.杨占坤.徐嘉东.李建明.张秀兰对N型InP注入氦离子的电特性研究[会议论文]-2001
10.吉时利推出4200-SCS型半导体以及KTEI 5.0软件[期刊论文]-电子与电脑2004(1)
本文链接：/Conference_6203301.aspx。
半导体CV测量基础
半导体CV测量基础发布: 2009-12-07 19:28 | 作者: mickey1999 | 来源: EETOP 赛灵思（Xilinx）社区半导体C-V测量基础----C-V测量为人们提供了有关器件和材料特征的大量信息通用测试电容-电压（C-V）测试广泛用于测量半导体参数，尤其是MOSCAP和MOSFET结构。
此外，利用C-V测量还可以对其他类型的半导体器件和工艺进行特征分析，包括双极结型晶体管（BJT）、JFET、III-V族化合物器件、光伏电池、MEMS器件、有机TFT显示器、光电二极管、碳纳米管（CNT）和多种其他半导体器件。
这类测量的基本特征非常适用于各种应用和培训。
大学的研究实验室和半导体厂商利用这类测量评测新材料、新工艺、新器件和新电路。
C-V测量对于产品和良率增强工程师也是极其重要的，他们负责提高工艺和器件的性能。
可靠性工程师利用这类测量评估材料供货，监测工艺参数，分析失效机制。
采用一定的方法、仪器和软件，可以得到多种半导体器件和材料的参数。
从评测外延生长的多晶开始，这些信息在整个生产链中都会用到，包括诸如平均掺杂浓度、掺杂分布和载流子寿命等参数。
在圆片工艺中，C-V测量可用于分析栅氧厚度、栅氧电荷、游离子（杂质）和界面阱密度。
在后续的工艺步骤中也会用到这类测量，例如光刻、刻蚀、清洗、电介质和多晶硅沉积、金属化等。
当在圆片上完全制造出器件之后，在可靠性和基本器件测试过程中可以利用C-V测量对阈值电压和其他一些参数进行特征分析，对器件性能进行建模。
半导体电容的物理特性MOSCAP结构是在半导体制造过程中形成的一种基本器件结构（如图1所示）。
尽管这类器件可以用于真实电路中，但是人们通常将其作为一种测试结构集成在制造工艺中。
由于这种结构比较简单而且制造过程容易控制，因此它们是评测底层工艺的一种方便的方法。
金属二氧化硅电容计（交流信号）P型图1. P型衬底上形成的MOSCAP结构的C-V测量电路图1中的金属/多晶层是电容的一极，二氧化硅是绝缘层。
半导体论证体系
半导体论证体系1、设备名称、功能及主要技术规格指标根据目前先进半导体纳米材料和器件研发平台的技术要求和实现方案，需要配置一台半导体特性分析仪，应用于半导体纳米材料和器件的电学性能测试，完成材料和器件的电性能分析。
该设备的主要技术信息如下：仪表名称：半导体特性分析系统仪表型号：4200-SCS生产厂家：美国泰克公司1）直流电流测量最高分辨率：0.1fA；电流测量精度10fA；2）最大电压源210V；电压源设定分辨率5μV；3）电压测量分辨率 1μV，电压测量精度 100μV；4） C-V 测试带宽 1KHz-10MHz；5） C-V 测试偏置电压范围：±30V（差分模式下：±60V）；6）系统具C-V参数分析能力，可提取氧化层厚度、栅面积、串联电阻、平带电压、开启电压、体掺杂、金属-半导体功函数、德拜长度、体电势等参数；上述参数根据测量的C和V的值，通过机器自带软件计算得出，软件计算公式用户可以修改。
7）预留脉冲模块测试接口；8）数据存储格式： Excel 表格，文本格式，位图等；9）主机配置：CPU主频>2GHz，硬盘容量>120GB，带刻录DVD光驱，内置 100/10MB以太网络接口，12 英寸液晶显示器，Win 7 操作系统，KITE9.0 版操作软件。
2、建设必要性说明目前我们正在进行有关先进纳米材料和器件等研究。
这些材料和器件目前作为一个重要的研究领域，已经在电子器件、材料、以及其他诸多应用中展示出了重要的先进性能，对于测试和评价这些器件和材料的电学性能参数对于研究人员是一项非常重要的工作。
对于我们目前研究的材料和器件，引进的设备要具备以下的必要功能：（1）要求具有非常高的灵敏度和测量精度，要求设备提供的测试数据能够很好地了解新型材料、新型纳米器件的电学性能。
仪器的灵敏度必须是非常高，因为纳米材料和器件的电流是非常地低。
被测电流的量级会在亚fA量级，因此测量系统必须要最大程度地减少影响被测信号的噪声和其他误差因素。
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4200-SCS 半导体特性分析系统
主要特点及优点:
• 直观的、点击式Windows 操作环境
• 独特的远端前置放大器，将SMU的分辨率扩展至0.1fA
• 内置PC提供快速的测试设置、强大的数据分析、制图与打印、以及测试结果的大容量存储
• 独特的浏览器风格的软件界面，根据器件的类型来安排测试，可以执行多项测试并提供测试序列与循环控制功能
• 支持Keithley590 型与Agilent 4284 型C-V 仪、Keithley 开关矩阵与Agilent 81110 脉冲发生器等多种外围设备
• 硬件由Keithley 交互式测试环境（KITE）来控制
• 用户测试模块功能，可用于外接仪表控制与测试平台集成，是KITE功能的扩充• 包括驱动软件，支持Cascade Microtech Summit12K 系列、Karl Suss PA-200、micromanipulator 的8860 自动和手动探针台
容易使用的4200-SCS型半导体特性分析系统用于实验室级的器件直流参数测试、实时绘图与分析，具有高精度和亚fA级的分辨率。
它提供了最先进的系统集成能力，包括完整的嵌入式PC机，Windows NT操作系统与大容量存储器。
其自动记录、点击式接口加速并简化了获取数据的过程，这样用户可以更快地开始分析测试结果。
4200-SCS 提供了很大的灵活性，其硬件选项包括开关矩阵、Keithley 与Agilent C-V 仪以及脉冲发生器等多种选择。
4200-SCS为模块化结构配置非常灵活。
系统最多可支持八个源－测量单元，包括最多四个具有1A/20W能力的大功率SMU。
远端前置放大器选件4200-PA，可以有效地减少长电缆所贡献的噪声，且使SMU扩大五个小电流量程，使其测量能力扩展到0.1fA。
前置放大器模块同系统有机地组合成一体，从使用者看来，相当于扩充了SMU的测量分辨率。
*欲了解更详细信息（英文）-您可以在搜索栏中输入型号的号码进行查询。