Keithley Instruments Inc. - 半導体デバイスラボ

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概要

半導体デバイス／マイクロエレクトロニクスラボは、今日の電気工学教育のカリキュラムでは不可欠のものです。そこでは学部生がデバイス物理学やVLSIコースで学んだ事柄を実践できます。半導体デバイスラボコースでは、学生は、半導体のマイクロ／ナノ製造技術、加工、および電気的特性評価を実地の経験を通して学びます。教育を通しての経験には、プロセスの設計、シミュレーション、およびインテグレーションに精通することも含まれます。これらのコンセプトが理解できれば、学生は、ダイオード、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ、受動素子、さらに集積回路も含むさまざまな半導体デバイスを、作成、特性評価、および評価できるようになります。

ラボで研究されるすべての半導体デバイスについては、次の電気的特性評価方法が最も一般的です。

MOSFETの標準的なI-Vプロット

標準的なC-Vプロファイルプロット

1. 電子デバイス中を流れるDC電流とその端子間に加えられたDC電圧との関係を表すための電流対電圧（I-V）試験

2. 半導体材料および、界面トラップ密度、固定電荷、酸化物電荷などの構造的なパラメータの特性を評価するための容量対電圧（C-V）試験

測定例

半導体デバイス／マイクロエレクトロニクス教育用ラボで一般的にカバーされるトピックには、次のような各種デバイスの製造と特性評価が含まれます。

	1. MOSキャパシタ
	トピック

C-Vカーブ（高周波:100kHz）:
ドーピングタイプ – 酸化層の厚さ – フラットバンド電圧 – しきい値電圧 – バルクドーピング – 最大空乏層幅 – 反転層の平衡に対する感度:電圧スイープレートと方向 – 光と温度の影響。

I-Vカーブ：
蓄積される電荷（低電流を印加して電圧対時間のプロットを測定）。酸化物の容量の特定。C-Vカーブとの比較。

C-Vカーブと組み合わせたC-Vカーブ（準静的）：
印加電圧の関数としての表面電位Ψ_s – Si(111)と比較したSi(100)の界面準位密度D_it = f(Ψ_s) of Si (100) compared to Si(111): 方位測定および後処理のアニールの影響。

C-Vカーブ（高周波:100kHz）：
酸化物の可動電荷密度（バイアス温度ストレス:200°C、10分間、±10V）

	2. バイポーラ接合型トランジスタ
	トピック

エミッタ接地順バイアス出力特性：
Ic = f(Vce>0,Ib)、Iceo(f)の測定。

エミッタ接地順バイアス入力特性：
数種類の正のVce値に対するIb = f(Vbe)。

順方向ガンメルプロット： log Ic, log Ib = f(Vbe >0).

増幅率βf = Ic/Ibおよびafの特定。

log(Ic)の関数としてのβf：電荷注入量の高低による影響。

非理想特性：アーリー電圧。

エミッタ接地逆バイアス出力特性：I = f(Vce<0,Ib)、Iceo(r)。

エミッタ接地逆バイアス転送特性：数種類の負のVce値に対するIb = f(Vbe)。

逆方向ガンメルプロット：log Ie、logIb = f(Vbc>0)。

増幅率βr = Ie/Ibおよびarの特定。

log(Ie)のβr関数： l電荷注入量の高低による影響。

任意のIb電流に対するVce(sat) = Vbe(on) – Vbc(on)の特定。

エバースモルモデルの構築および実験との比較。

BE接合とCE接合のC-V特性。ベースのドーピング濃度。

	3. サブミクロンの集積MOSFET
	トピック

出力特性： IDS = f(V_DS,V_GS):
p-MOSFETのタイプ（エンハンスメント型またはデプレッション型）、チャンネル長変調係数（λ）、飽和領域 (V_DS<–3V) 内の V_DSの関数としての実効チャンネル長。

伝送特性：
I_DS = f(V_GS) and Transconductance g_m = f(V_GS) in the linear region (V_DS = –0.1V): Determination of the threshold voltage V_T and of the transconductance factor k. Derivation of the effective channel mobility μ_eff as function of V_GS.

ボディバイアス特性：
I_DS = f(V_GS,V_BS>0), determination of the γ factor in the linear region (V_DS = –0.1V). Doping concentration substrate.

サブスレッショルド特性：
log (I_DS) = f(V_GS) for several high V_DS values: Drain Induced Barrier Lowering (V_T shift) effect.

サブストレート電流特性：
log (I_bs) = f(V_GS) for several high V_DS values: Hot carrier injection effects. Incidence on output characteristics at high drain levels.

長チャンネルと短チャンネルの式を使用した出力特性のモデル：
実験との比較。

ACS Basicエディションの紹介

ACS Basicエディションは、工学部生が基本的な電子デバイスを学習する過程の効果を最大限に高めるとともに、次世代半導体またはナノスケールデバイスの特性評価を行う大学院生の研究を促進します。ACS Basicエディションは1台または複数台のケースレー2600Aシリーズシステムソースメータ®測定器と組み合わせることで、パワフルでありつつも操作が容易な、部品特性評価およびカーブトレースツールとして機能します。このソフトウェアは、パラメトリック特性評価のための総合的なスイートを完備して納入されるため、基本電子デバイスの動作または新しいデバイスや材料の電気的性質を理解するために必要な測定結果をすばやく容易に得ることが可能になります。


電子デバイスやパッケージ部品上のデータをすばやく収集する必要がある場合は、ACS Basicエディション用に開発されたウィザードベースのユーザインタフェースにより、この一般的なFETカーブトレース試験のような希望する試験を容易に見つけて実行できます。	ACS Basicエディションは、従来のアナログカーブトレーサと同様に電子デバイスやパッケージ部品について一連のカーブをすばやく生成できますが、それに加えてデータを容易に格納、比較し、結果の相関をとる柔軟性を備えています。

主な特長と利点：

最初の測定をすぐに – 単純なインストール、直感的な試験選択ウィザード、および内蔵の試験
コーディング不要 – ACSの直感的なGUIでI-V試験、解析を簡素化して結果をすばやく入手
部品の試験、検証、解析に最適
ハードウェアの柔軟性 – 個々の試験ニーズに応じて測定器を動的に増減可能
アプリケーションライブラリ – 非常に豊富な、すばやく簡単にアクセスできる試験ライブラリを用意
柔軟なモジュールソフトウェア構造なので、新規の試験ニーズが生じても、システム拡張によって容易に対応可能
無償のオフラインソフトウェアライセンスにより、他のPC上で新たな試験シーケンスを簡単に作成可能 – 作業継続中のシステムへの接続は不要

詳細はこちら

試験ソリューション

半導体デバイスラボの心臓部には、パラメータアナライザがあります。操作が容易な Model 4200-SCS 型半導体特性評価システムは、高精度でフェムトアンペア以下の分解能で、DCおよびパルスによる研究室グレードのデバイス特性評価、リアルタイムプロット、解析を実行します。 the 4200-CVU Integrated Option 型統合オプションを4200-SCSと組み合わせることで、同じ省スペース筐体内に1つの統合された試験環境として、DC、パルス、C-V試験機能をすべて統合するソリューションを生み出す柔軟性が提供されます。

ダイオード、トランジスタ、オペアンプ、および最新の構造の半導体デバイスなどの能動部品に対するシンプルですばやい測定のため、ケースレーの2400シリーズソースメータ®および2600シリーズシステムソースメータでは、複数の試験機能を、精密電源、真の電流源、およびDMMを含む1台の装置に組み合わせました。2600Aシリーズではさらに任意波形発生器、測定機能付V/Iパルス発生器、電子負荷、トリガコントローラを集約しています。

低抵抗、低電力の半導体デバイスの設計と実験では、デバイスを破壊しないように電力を制御することが課題になります。新素材および半導体やナノ電子部品の抵抗値の特性評価には、微小電流を印加し微小電圧を測定する能力が必要になります。ケースレーのデルタモード（電流反転）抵抗測定法は、6220型または6221型の低電流DC印加機能と2182A型の低電圧測定精度を組み合わせたもので、オン抵抗パラメータ、相互接続、および低電力半導体の特性評価のための低抵抗測定（10nΩまで）に理想的です。

無償でダウンロードできるLabTracer® 2.0ソフトウェアを使用すると、最大8台までの2600Aまたは2400Aシリーズソースメータチャンネルを、カーブトレース、デバイス特性評価用にすばやく容易に設定し制御できます。設定、制御、データ収集、ソースメータ測定器からDUTデータのグラフ作成を行うための分かりやすいグラフィカルユーザインタフェースが提供されます。LabTracerとソースメータ測定器を組み合わせて使用すれば、筐体ベースのソリューションに対して強力で使いやすく経済的な代替手段となります。

3400シリーズパルス／パターンジェネレータは、パターンジェネレート機能と、パルス振幅、立上がり／立下がり時間、パルス幅、デューティサイクル機能など広範なパルスパラメータを制御する機能を備えているため、ナノエレクトロニクス研究者、半導体デバイス研究者、RFデバイス設計者、および教育者など広範囲のユーザのニーズに適応可能です。

よく使用される製品

以下のリンクをクリックすると、各製品のWebページにジャンプします。製品Webページには、マニュアル、ソフトウェア、およびドライバにアクセスできるリンクがあります。

4200型半導体特性評価システム

ソースメータ測定器

パルスジェネレータ

電流源／ナノボルトメータ

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