简介

高速IV脉冲和测量是某些半导体应用（如功率器件测试或减少直流测量引起的自热效应）的常见需求。4200A-SCS参数分析仪的双通道4225-PMU超快I-V模块（PMU）支持多种高速源/测量应用。PMU有三种超快IV源和测量模式：脉冲IV、波形捕获和Segment Arb波形。这三种模式如图1所示。

图1. 4225-PMU脉冲测量仪的超快IV模式

脉冲IV是一种脉冲源和相应的高速、基于时间的测量，提供类似直流的结果。每个脉冲在预定义的“点均值”窗口中读取平均值。波形捕获模式输出高速电压脉冲，并在时域中测量电流和电压响应。Segment Arb功能可用于在可靠性循环中使用交流信号对器件进行压力测试，或在多电平波形模式下编程/擦除存储器器件。这种脉冲源涉及使用内置的Segment Arb波形功能输出用户定义的两电平或多电平脉冲。4200A-SCS Clarius软件支持多达8通道的Segment Arb波形。

从Clarius V1.14开始，Clarius测试库包含PMU Segment Arb波形测试，支持多达8通道的多电平脉冲。除了Segment Arb测试外，该库还包括许多PMU应用的测试，如 MOSFET、二极管和存储器器件的脉冲IV和波形捕获测量。从Clarius V1.13开始，PMU测量可以通过命令和外部计算机远程控制。

本应用说明介绍了PMU的Segment Arb波形功能，以及如何使用内置库测试进行高速、时间控制的脉冲应用。

Segment Arb波形

Clarius软件中的Segment Arb波形功能是一种线段波形生成器，可用于4225-PMU或4220-PGU脉冲生成单元（无测量功能）。通过输入表格值，可以配置PMU的每个通道输出由用户定义的线段组成的波形，最多支持2048个线段。每个线段可单独设置时间间隔、起始和停止电压值、起始和停止测量窗口值、输出触发和输出继电器状态 ( 打开或关闭 )。每个线段支持点均值和采样模式测量。Segment Arb™波形功能的具体细节见附录A中的表格。

图2. 由9个线段组成的Segment Arb波形

图2展示了一个PMU Segment Arb波形的示例。该序列包含9个线段，生成一个 35V脉冲持续1e-3秒，然后是一个-35V脉冲持续1e-3秒。上升和下降时间为10e-6秒。（注：时间轴未按比例绘制。）每个线段的起始电压、停止电压和时间如下：

起始电压 (V)：0, 0, 35, 35, 0, 0, -35, -35, 0

停止电压 (V)：0, 35, 35, 0, 0, -35, -35, 0, 0

线段时间 (s)：10e-6, 10e-6, 1e-3, 10e-6, 1e-3, 10e-6, 1e-3, 10e-6, 10e-6

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利用Segment Arb波形进行高速IV测量

将脉冲技术引入先进 CMOS 技术的可靠性测试

用于沟道有效迁移的超快速单脉冲（UFSP）技术测量

减少 HCI 和电迁移的测试时间

基于 4200A 和 70xB 的多器件并行测试沟道热载流子（CHC）退化测试方案

使用波形库测试

4200A-SCS内置库包含丰富的测试和项目，可轻松配

置和输出Segment Arb波形和序列。其中一个库项目pmu-segarb-examples的项目树如图3所示。该项目包含用于输出（并测量I和V）用户定义波形的测试，最多支持8个通道。部分测试支持波形序列化，即重复输出线段。以下是这些测试的描述：

图3. pmu-segarb-examples项目的项目树

Segment Arb的示例库测试提供相同的基本控制，但通道数量、测量模式（波形、点均值或两者）和序列化能力有所不同。每个测试中所有通道共有的输入参数包括：

•  线段数量

•  线段时间

•  触发控制

•  测量类型 ( 波形或点均值 )

•  测量窗口 ( 线段内的测量起始和停止时间 )

每个通道单独定义的输入参数：

•  电压幅度

•  电压源范围

•  电流测量范围

•  固态输出继电器控制（所有通道同时打开或关闭）

以下段落描述了每个测试的功能：

pmu-segarb：该测试在单个PMU的两个通道上生成多线段波形 (Segment Arb)，并测量和返回波形数据 （V和I随时间变化，无点均值）。默认配置为使用 Segment Arb脉冲模式输出和测量幅度扫描，并测量波形（V和I，无点均值）。

pmu-segarb-b：与pmu-segarb测试类似，但用户可以选择返回波形捕获数据或点均值数据。

pmu-segarb-complete：在单个PMU的两个通道上配置多序列、多线段波形 (Segment Arb)，并测量和返回波形（V和I随时间变化）或每个启用测量的线段的点均值数据。该测试支持多达2048个线段，每个序列可以循环以生成更复杂的Segment Arb波形。

pmu-segarb-complete-4ch：pmu-segarb-complete 测试相同，但支持4个通道（使用两个 PMU）。

pmu-segarb-complete-8ch：与pmu-segarb-complete 测试相同，但支持8个通道（使用四个 PMU）。

pmu-segarb-complete-multi-ch：与其他pmu-segarb-complete测试类似，但增加了灵活性，支持 1至8个通道的任意组合。通过通道控制复选框选择需要使用的通道。

使用Segment Arb库测试示例

本节介绍如何使用Segment Arb库测试，包括 Segment Arb配置表和结果输出。以三个测试为例：pmu-segarb、pmu-segarb-complete-4ch和pmu-segarb-complete-multi-ch。

pmu-segarb测试

双通道pmu-segarb测试具有基本的Segment Arb功能，包括配置多线段波形、测量波形的I和V并将数据返回到分析视图的表格和图表中。测试在配置视图中设置，如图4所示。

图4. pmu-segarb测试配置视图

Segment Arb配置表通过“Ch1或Ch2 Segment ARB Definition”访问。选择“输入值”后，通道2的Segment Arb配置表将打开，如图5所示。在此表中，可以配置通道2的起始电压 (StartVCh2)、停止电压 (StopVCh2)、线段时间 (SegTime)、固态继电器状态 (SSRCtrlCh2) 和触发输出 (SegTrigOut)。SegTrigOut用于控制TTL电平触发输出脉冲的开关 (1/0)，以同步脉冲输出与外部仪器的操作。

配置菜单底部显示定义的电压随时间变化的波形预览窗口。

图5. pmu-segarb测试的Ch2分段Arb配置表

测试执行后，每个通道的电流和电压（仅波形模式） 以及时间输出将返回到分析视图的表格中。图6显示了pmu-segarb测试中通道1和通道2的电压随时间变化的图表。

图6. 在pmu-segarb测试的分析视图中，Ch1和Ch2的电压随时间变化的图表

pmu-segarb-complete-4ch测试

pmu-segarb-complete-4ch测试是一个四通道测试，需要两个PMU。与pmu-segarb和pmu-segarb-b测试相比，所有pmu-segarb-complete测试增加了更多测量控制和序列化能力。扩展的Segment Arb配置菜单如图7所示。

图7. 用于pmu-segarb-complete-4ch测试的Segment Arb配置菜单

每个通道的Segment Arb配置菜单包含三个部分：

■ 1. 线段和序列：可配置每个Segment Arb变量，包括起始电压、停止电压、线段时间、启用测量、高耐久输出继电器控制、触发值、测量类型、测量起始时间（脉冲百分比）和测量停止时间（脉冲百分比）。底部的选项卡用于切换不同序列。

■  2. 波形序列列表：右上部分显示波形的序列列表，指示选定序列的输出顺序。最左侧列是序列顺序，最右侧列显示循环次数。

■  3. 预览窗口：底部显示电压随时间变化的波形预览窗口，用户可选择查看选定序列或整个波形。

执行测试后，四个通道的测量电流和电压以及时间输出将返回到分析视图的表格中。图8显示了四个通道的测量电压图表。

图8. pmu-segarb-complete-4ch测试结果在分析视图中以图表形式显示

如果将四个PMU通道的输出连接到Tektronix 5系列 MSO示波器的四个输入通道，测试执行结果如图9所示。

图9. Tektronix 5系列MSO示波器上pmu-segarb-complete-4ch测试的输出

pmu-segarb-complete-multi-ch测试

该测试与pmu-segarb-complete-4ch测试类似，但增加了额外的灵活性。该模块支持运行1至8个通道的任意组合，通过通道控制复选框选择通道。图10显示了该测试的配置视图及额外的复选框。

图10. pmu-segarb-complete-multi-ch测试，带有单个通道控制复选框

用户可以选择任意数量的通道（包括奇数通道），共有255种通道组合可供配置。图11显示了该测试中五个通道的电压随时间变化输出图表。

图11. 在pmu-segarb-complete-multi-ch测试中配置的五个通道的Analyze视图中的电压与时间输出图表

PMU Segment Arb功能的远程控制

除了使用Clarius交互软件控制PMU Segment Arb功能外，4200A-SCS参数分析仪和4225-PMU还可以通过外部计算机远程控制以实现测试自动化。Keithley外部控制接口 (KXCI) 支持通过计算机发送命令远程控制4200A-SCS中的仪器模块。控制计算机可通过GPIB或以太网连接到4200A-SCS，使用编程环境远程发送KXCI命令。另一篇应用说明《使用Keithley 4225-PMU脉冲测量单元进行脉冲IV测试自动化》介绍了如何远程使用PMU，并包含示例代码。

结论

总之，Clarius软件与4200A-SCS参数分析仪的4225-PMU超快I-V模块的脉冲功能相结合，支持多达8个通道（四个 PMU）的Segment Arb输出。Segment Arb功能可通过Clarius软件或使用KXCI远程控制进行配置。Segment Arb是半导体测试的强大工具，为广泛的应用提供高速、时间控制的脉冲功能。

附录A：Segment Arb库测试详情

附录B：Segment Arb 测试错误代码