“芯片级IC参数测试与提取”实验报告(空).doc

电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 学生姓名： 杨 江 学 号： 2803201014 指导教师： 杜 江 锋 日 期： 2011年10月27日 一、实验室名称：微电子技术实验室 二、实验项目名称：芯片级IC参数测试与提取 三、实验原理 1、芯片级IC参数测试原理 芯片级IC参数测试主要基于探针台构建器件电路参数的测试系统，其实验样品为未封装的裸芯片，可直接在显微镜下识别不同的测试图形，观测没有封装的情况下器件电路的电学性能，其原理框图如图1所示。 图1 芯片级IC参数测试原理框图 在测试图形中选定某宽长比的NMOSFET（或PMOSFET），确定其漏、栅、源、衬各电极，仔细地将探针分别压接在对应的电极，并通过连接线引出，连到晶体管图示仪，进行测试。 本实验中选用晶体管图示仪进行参数测量，其特点是操作简便、迅速、结果直观，但其精度不高，只可用于学生实验，要对芯片参数进行精确测试提取，应采用计算机控制的数据采集测试系统。实验所用的测试样品应是G、D、S和B端互相独立，并能引出的M0SFET，一般应是专门用于测试的单管或IC芯片中的陪测管。以下实验均以N沟MOSFET为例。 2、主要参数的测试与提取原理 2.1 MOSFET直流输入特性（或称为转移特性）——IDS-VGS关系曲线 MOSFET是用栅电压控制源漏电流的器件，固定一个漏源电压VDS可测得一条IDS—VGS关系曲线，对应一组阶梯漏源电压可测得—簇直流输入特性曲线如图2所示。每条曲线均有三个区域，即截止区、饱和区和非饱和区。曲线与VGS轴交点处VGS=VT。曲线中各点切线的斜率即为相应点的跨导gm，切线斜率越大，跨导越大。三个区域中IDS—VGS关系分别为 (1)截止区：VT＞VGS，IDS=0特性曲线与VGS轴重合，跨导gm=0。 (2)饱和区：0＜VGS-VT(VDS，IDS-VGS为平方律关系，跨导gm=2k（VGS-VT）。 (3)非饱和区：VGS-VT VDS，IDS-VGS特性曲线为一直线，所以也叫线性区，跨导gm=2kVDS。 用直流输入特性曲线可测定MOSFET在各工作点上的跨导。 图2 MOSFET直流输入特性曲线 2.2 直流输出特性——IDS(VDS关系曲线 MOSFET在其一固定的栅源电压下所得IDS(VDS关系即为直流输出特性，对应一组阶梯栅源电压可测得—簇直流输出特性曲线如图3所示。每条曲线分三个区域： (1) VGS-VT VDS，非饱和区曲线斜率逐渐变小。 (2) VGS-VT(VDS(BVDS 饱和区, 为斜率很小的直线。 (3)VDS＞BVDS。击穿区,为陡直上升的曲线。 从这族曲线中可测得MOSFET的直流导通电阻RON、动态电阻rd、平均跨导及源漏击穿电压BVDS。 图3 MOSFET直流输出特性曲线 直流导通电阻RON=VDS/IDS，曲线中每点(即每工作状态)的导通电阻为这点所对应的VDS与IDS的比值。在VDS很小时，特性曲线呈线性，RON即为直线斜率的倒数，即 （1） 在临界饱和点 （2） 实际上，导通电阻是VGS和VDS变化的可变电阻。 MOSFET动态电阻，曲线中各状态点的动态电阻即为各点切线斜率的倒数。在非饱和区VDS很小时rd=RON非，在饱和区rd是一个阻值很大的常数。 MOSFET的源漏击穿电压可从特性曲线中直接测取。 M0SFET在某一VGS范围内的跨导平均值可在特性曲线中直接测出 （3） 2.3 开启电压VT 使MOSFET开始强反型导通时所加的栅源电压叫开启电压，它是受衬底电压VBS调制的，当VBS=0时开启电压为VTO。开启电压测量方法有 (1)最简单的方法是测量IDS-VGS关系曲线，曲线与VGS轴交点处即为VTO。由于亚开启和漏电流问题，这种方法不够准确。 (2)拟合直线法可以测得较准确的开启电压。在非饱和区关系式 （4） 在VDS很小时测IDS-VGS关系数据，作IDS／VDS(VGS关系的直线，直线在VGS轴的截距即为开启电压 VT。 (3)饱和1(A法测量开启电压是—种很简单的方法。把MOSFET漏栅短接，即使其工作在饱和区，将IDS=1(A的VGS值定为MOSFET的开启电压。这种方法所测的值比实际开启电压值略大。 四、实验目的 本实验是基于微电子技术应用背景和《集成电路测试与封装》课程设置及其特点而设置，目的在于： 学生在显微镜下识别