納米器件電學(xué)性能的測量技術(shù)

　　隨著納米技術(shù)日新月異的發(fā)展，研究已深入到原子挨原子的分子級，構(gòu)造具有全新特性的新結(jié)構(gòu)。特別地，納米電子領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速，其潛在影響涉及非常寬的行業(yè)領(lǐng)域。目前的納米電子研究的內(nèi)容主要是如何開發(fā)利用碳納米管、半導(dǎo)體納米線、分子有機電子和單電子器件。

　　不過，由于多方面的原因，這些微小器件無法采用標(biāo)準(zhǔn)的測試技術(shù)進行測試。其中一個主要原因在于這類器件的物理尺寸。某些新型“超CMOS”器件的納米級尺寸很小，很容易受到測量過程使用的甚至很小電流的損壞。此外，傳統(tǒng)直流測試技術(shù)也不總是能夠揭示器件實際工作的情況。

　　脈沖式電測試是一種能夠減少器件總能耗的測量技術(shù)。它通過減少焦耳熱效應(yīng)(例如I2R和V2/R)，避免對小型納米器件可能造成的損壞。脈沖測試采用足夠高的電源對待測器件(DUT)施加間隔很短的脈沖，產(chǎn)生高品質(zhì)的可測信號，然后去掉信號源。

　　通過脈沖測試，工程技術(shù)人員可以獲得更多的器件信息，更準(zhǔn)確地分析和掌握器件的行為特征。例如，利用脈沖測試技術(shù)可以對納米器件進行瞬態(tài)測試，確定其轉(zhuǎn)移函數(shù)，從而分析待測材料的特征。脈沖測試測量對于具有恒溫限制的器件也是必需的，例如SOI器件、FinFET和納米器件，可以避免自熱效應(yīng)，防止自熱效應(yīng)掩蓋研究人員所關(guān)心的響應(yīng)特征。器件工程師還可以利用脈沖測試技術(shù)分析電荷俘獲效應(yīng)。在晶體管開啟后電荷俘獲效應(yīng)會降低漏極電流。隨著電荷逐漸被俘獲到柵介質(zhì)中，晶體管的閾值電壓由于柵電容內(nèi)建電壓的升高而增大;從而漏極電流就降低了。

　　脈沖測試有兩種不同的類型：加電壓脈沖和加電流脈沖。

　　電壓脈沖測試產(chǎn)生的脈沖寬度比電流脈沖測試窄得多。這一特性使得電壓脈沖測試更適合于熱傳輸實驗，其中我們所關(guān)心的時間窗口只有幾百納秒。通過高精度的幅值和可編程的上升與下降時間能夠控制納米器件上的能耗大小。電壓脈沖測試可用于可靠性測試中的瞬態(tài)分析、電荷俘獲和交流應(yīng)力測試，也可用于產(chǎn)生時鐘信號，模擬重復(fù)控制線，例如存儲器讀寫周期。

　　電流脈沖測試與電壓脈沖測試非常相似。其中，將指定的電流脈沖加載到DUT上，然后測量器件兩端產(chǎn)生的電壓。電流脈沖測試常用于測量較低的電阻，或者獲取器件的I-V特征曲線，而不會使DUT產(chǎn)生大量的能耗，避免對納米器件的損害或破壞。

　　電壓和電流脈沖測試都有很多優(yōu)點，但是它們的缺點卻不盡相同。例如，超短電壓脈沖的速度特征分析屬于射頻(RF)的范疇，因此如果測試系統(tǒng)沒有針對高帶寬進行優(yōu)化，那么測量過程中很容易產(chǎn)生誤差。其中主要有三種誤差來源：由于線纜和連接器造成的信號損耗、由于器件寄生效應(yīng)造成的損耗以及接觸電阻。

　　電流脈沖測試的主要問題是上升時間較慢，可能長達幾百納秒。這主要受限于實驗配置中的電感和電容。