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源表=电源+数字表?一文看懂SMU源表

2021-07-14 来源: YIQIFUWU宜器服务网 阅读量 :

源表(Source Meter Unit, SMU)广泛应用于半导体器件、材料、医疗、发光器件、光通信等行业测量的伏安 (I-V) 特性曲线,绝缘材料的电阻值 (电阻率),电容绝缘电阻 (漏电流),光电器件或L-I-V等的暗电流。


源表的名称已经清晰的告诉我们,它包含了高精度电源输出和测量,但它仅仅是电源和万用表的简单拼凑吗?为了简要说明这个问题,我列出了源表的以下几个典型的应用场景

测量绝缘材料的电阻值 (GΩ/TΩ) 或二极管的反向漏电流时,电压激励通常应用于被测件的DUT并测量相应的电流;

当测量传统的小电阻或驱动LED发光二极管时,通常对DUT施加电流激励来测量相应的电压值;

当测量电容器和锂电池等具有储能特性的装置时,在充电和放电的同时,会持续记录电压和电流。


普通电源仪表有四个功能: 电压源Vs、电流源Is、电流表IM电压表VM、并可与激励源和测量功能一起使用,根据被测DUT特性选择相应的模式。如下图所示:

源表功能.png


与直流电源的输出端子V + 和V-不同,源表SMU通常是指源的输出端子为High Force、Lower Force。因此,源和测量的组合包括: VFIM、VFVM、IFVM、IFIM(V/I激励F + V/I测量M)。

在由电压和电流形成的直角坐标系中,根据电压V的正负和电流I的正负,可以得到下图中V/I的四个象限,大多数源表可以在任何象限中工作。

象限.png

DC直流电源— 第一象限;

DC直流电阻负载— 第四象限;

AC交流电源阻性负载— 第一、三象限;

FG函数发生器— 第一、三象限。


通常源表SMU使用恒定的直流电压并同时测量电流。例如绝缘材料高电阻,测量电容器的绝缘电阻等。

然而,许多被测部件的DUT测量需要应用特定的激励波形,例如二极管的IV特性测量,需要在规定的电压或电流范围内,逐点改变电压V或电流I的值,测量相应的I或V,并绘制曲线; 在测量VSCEL、MOSFETs等励磁电流较大的器件时,为了避免器件特性的改变甚至熔断,通常使用脉冲代替直流励磁,等等。为了测量锂电池的交流内阻ACR,有必要将特定频率和振幅的电流正弦波注入电池;


激励波形.png
激励波形1.png


红直角.gif
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是德科技的B2900、M9600等系列源表,内置波形发生器功能,配合强大的触发机制、可轻松实现直流、脉冲、扫描以及任意自定义波形激励。

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请注意,源表SMU的最小脉冲宽度、脉冲电压和电流的上/下边缘的典型指标,以B2900系列源表为例,可以电流脉冲达到10A/100US级,或电压脉冲达到210V/1ms级; 而M9603A PXI高速源表可以输出10A/10US级的电流脉冲。


脉冲电压和电流.png


尽管源表的精度非常高,但是如果在脉冲激励或IV扫描期间测量件的特性不清晰,很可能在测量结果和实际值之间有很大的偏差。如下图所示,当测量点为蓝圈 ● 区域时,测量结果偏离实际响应点;


脉冲激励或IV扫描.png


再看下图时,响应随机波动或存在噪声,需要增大测量积分时间消去波动或噪声影响。


波动.png


因此,准确测量被测DUT在激励下的电压和电流响应波形是非常重要的。然而,在传统示波器的帮助下,在源仪表测量领域观察电压或电流波形是非常重要的,然而,由于分辨率、示波器的灵敏度和噪声,这样的努力往往是徒劳的!

B2900、M9600和其他系列源表内置高分辨率数字化仪,采样率高达15MSa/s,灵活的源,测量触发机制和Quick IV软件,您可以轻松自定义测量的起始位置和测量窗口的长度。


波形.png
波形1.png


以上描述了源表SMU的功能单元,包括四象限电压源或电流源、电压表或电流表、脉冲或任意波形发生器、精密电压和电流示波器、电压或电流扫描仪等。

二极管、三极管、光电传感器、金属氧化物半导体场效应晶体管等半导体器件或材料,由于绝缘体和导体的特性,电流范围非常大,并且不能覆盖固定范围。许多源表smu具有自动范围功能。源表根据测量信号大小自动改变其范围,以覆盖大范围挑战。最新的M9603A和M9615A PXI SMU源表采用了获得专利的无缝量程切换技术,以进一步节省量程切换时间和量程切换对信号的影响。

多通道源表的应用也非常典型。是德科技提供单/双通道桌面源表B2900和M9600 PXI源表模块,M9018B(18插槽机箱) 可构建多达85通道源表系统,或B1500半导体参数分析,支持多达10个模块。

B2900B 精密源表.png

B2900B 精密源表

M9600A PXI 源表模块.png

M9600A PXI 源表模块

B1500A 半导体参数分析仪.png

B1500A 半导体参数分析仪


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Quick IV Measurement Software 软件,易于操作,清晰的图形,支持一键式I-V伏安特性扫描,支持B2900系列桌面源表和M9600 PXI模块化SMU。


Quick IV Measurement Software.png

 
视频一:

了解源表和测量应用


视频二:
Quick-IV 控制软件和PXI模块化源表

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