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优化电缆连接技术改善晶圆上测量结果 作者：Dave Rose，吉时利仪器公司高级应用工程师 完全分析所有材料和器件需要进行精密直流、交流阻抗以及超快I-V 或脉冲I-V 测量。将测试设备连接 到半自动或手动探测台的复杂性会使晶圆上的准确测量变得更为复杂。本文分析了直流、多频电容、超 快I-V 和脉冲测试以及正确接地和屏蔽的重要性，为特定测量选择正确的互连方式，并排除常见的互连 故障。 直流测量的电缆连接 了解预计的测量电平可以轻松地评估潜在误差源。为简单起见，我们假定所有被测信号既不是高电压 （即，高于100V ）也不是大电流（高于200mA ）信号。我们可以将误差源分为3 类：漏电流、静电干 扰和力学作用。 漏电流 漏电流是有用信号传输通道之外的电流，例如流过互连绝缘体的电流。当DUT 的阻抗接近于电路中各 种绝缘体的阻抗时，漏电流可能是个问题。减少漏电流最简单的方法是采用带有高阻绝缘体（例如 Teflon®或聚乙烯）的高质量电缆。质量较好的电缆通常能更好地降低介电吸收的影响，这也是绝缘材 料的作用之一。 虽然使用高质量电缆对降低漏电流很有帮助，但这种方法有时候不能令人满意。非常重要的是要明白将 源测量单元（SMU ）等典型直流仪器用同轴电缆连接至DUT 时发生了什么。在图1 中，值得注意的是漏 电流（I ）如何流过电缆的绝缘电阻（R ）。这使SMU 将测量流过DUT 的电流（I ）与漏电流的和， L L DUT 而不仅仅是流过器件的电流。 图1 防护能消除绝缘体漏电流的影响。防护是电路的低阻抗点，其电位与电路中高阻抗导线的电位相等。在 带防护的测量中，因为屏蔽被驱动到与SMU 强制高端的电位相等，所以绝缘电阻上没有电流经过，近 而消除了漏电流的影响。 除了屏蔽和信号导体的连接外，防护与仪器建立了第三路连接。虽然理论上同轴电缆可以使用防护连接， 但是因为屏蔽的电位可能与强制端的电位相等，所以可能不安全。因而，禁止将SMU 的防护连至同轴 电缆的屏蔽。但是，使用三同轴电缆可以解决这个问题，因为它有两层屏蔽：内层屏蔽连接至防护，外 层屏蔽连接至低端（图2 ）。 图2 静电干扰和磁力干扰 这两种干扰类型出现在带电（或带磁）物体干扰被测电路的情况。虽然低阻抗条件下由于电荷消失很快 可以忽略这些影响，但在高阻抗条件下不能忽略。通常，静电干扰源存在于周围环境中，例如荧光灯、 电机，甚至人。静电干扰引起的误差通常缘于某些类型的电容耦合到电路中，这会产生额外的电流，此 电流由以下公式决定： dV dC i C +V dt dt 由于静电耦合产生的误差可以用两种方法消除：首先是使用带屏蔽的三同轴电缆。另一种降低静电干扰 很有效的方法是将探针的顶板、黑盒子或金属外壳接地，使感应电流噪声经过屏蔽接地而不通过DUT。 虽然将探针外壳或顶板接地是降低静电干扰的好方法，但如果接地不良会使问题更糟糕。通常，探针和 仪器被分别接到两个电源线的地，因为它们通常接到不同的电源插座。在这种设置中，仪器和探测台之 间存在波动电流，从而导致仪器的接地单元或低连接移动并产生误差。这些被称为地环路；为了防止地 环路，探针外壳和屏蔽应当被连接到一个公共点。 力学作用 摩擦起电和压电效应也是直流测量的重要误差源。当从导体上擦掉自由电子时，导体和绝缘体摩擦产生 的电荷形成摩擦电流，因电流负载不平衡而产生电流。这种影