Diplomkolloquium Stefan Polzin

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Diplomkolloquium

Stefan Polzin

Charge Pumping Messplatz

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Überblick

Aufgabenstellung

Konzept Charge Pumping

Messplatz

Zusammenfassung & Ausblick

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Einführung

Warum Charge Pumping?

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Einführung

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Einführung

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Überblick

Aufgabenstellung

Messplatz

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1. Aufgabenstellung

„Aufbau eines rechnergestützten Messplatzes

zur Charakterisierung von MOSFETs

durch Charge Pumping“

Einarbeitung in die Theorie

Auswahl der Messgeräte

Software schreiben

Messungen

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Überblick

Aufgabenstellung

Messplatz

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3. Konzept des Charge Pumping

Aufbau Signale

Rechteck (Trapez)

Sägezahn (Dreieck)

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Arbeitsbereiche

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Arbeitsbereiche

(1) Vbase, Vtop<Vfb; ICP=0

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Arbeitsbereiche

(2) Vbase<Vfb<Vtop<Vt; 0<ICP<ICP,max

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Arbeitsbereiche

(3) Vbase<Vfb<Vt<Vtop; ICP=ICP,max

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Arbeitsbereiche

(4) Vfb<Vbase<Vt<Vtop; 0<ICP<ICP,max

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Arbeitsbereiche

(4) Vfb<Vbase<Vt<Vtop; 0<ICP<ICP,max

(5) Vbase, Vtop>Vt; ICP=0

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Auftretende Ströme

(1) Minoritätsladungsträger zurück nach Source / Drain

(2) Minoritätsladungsträger in das Substrat

(3) Interface Trapped Charges, nahe Emin, werden emittiert

und nehmen an (1) und (2) teil

(4) Eingefangende Minoritätsladungsträger mit

Majoritätsladungsträgern an Grenzschicht rekombinieren

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Auftretende Ströme

(1) Minoritätsladungsträger zurück nach Source / Drain

(2) Minoritätsladungsträger in das Substrat

(3) Interface Trapped Charges, nahe Emin, werden emittiert

und nehmen an (1) und (2) teil

(4) Eingefangende Minoritätsladungsträger mit

Majoritätsladungsträgern an Grenzschicht rekombinieren

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Charge Pumping Kurve

Kurve des Charge Pumping Stromes - ZCHRGPUMP1 deltaVA = 2V -Vrev = 0V - T=85°C - fGate = 100kHz - 100ns slope / \

0,00E+00

2,00E-11

4,00E-11

6,00E-11

8,00E-11

1,00E-10

1,20E-10

1,40E-10

-4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1

VG (Base Level) / V

I CP /

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Formeln

Allg. CP G it th i n p em,e em,hI 2qkTA fD ln υ n σ σ ln t t

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Formeln

Allg. CP G it em,eth i n em hp ,I 2qkTA fD ln υ n σ σ t tln

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Formeln

Rechteck

CP G it em,eth i n em hp ,I 2qkTA fD ln υ n σ σ t tln

fb tf r

V Vt t

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Formeln

Rechteck

Sägezahn

fb tf r

V Vt t

V V 1α 1 α

f2 ΔV

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Formeln

Rechteck

Sägezahn

fb tf r

V Vt t

V V 1α 1 α

f2 ΔV

fb 0 t 01 1

2 V V 2 V VZ sin sin

ΔV ΔV

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Vorteil

Standardequipment

Kurze Messzeiten

Direktes Messverfahren

Anwendung

Bestimmung Interface Trap Density Dit

Qualitäts- und Prozesskontrolle

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Überblick

Aufgabenstellung

Messplatz

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4. Messplatz

Struktur

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4. Messplatz

Struktur

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4. Messplatz

Struktur

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4. Messplatz

Struktur

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4. Messplatz

Struktur

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4. Messplatz

Struktur

Source

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4. Messplatz

Aufbau

P rec is ionS em iconduc tor

P aram eterA nalyzer

S M U/P ulseGeneratorE xpander

P rober

S teuerungChuck -Heizung

Tr iax ia lkabel

Koax ia lkabel Steuer le itung

S M U/P ulseGeneratorS elec tor

S witchM ainfram e

G P I B gebündelteKoax ia lkabel

Variante 2

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4. Messplatz

Software

Teilprogramme und Hauptprogramm

Parametereingabe über

- Panel

- Code

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4. Messplatz

PAP Hauptprogramm

Star ten desMes s programms

A barbeitung desUnterprogramms

bz w .mehrerer

Mes s ung beendet

Unterprogramm 1

Unterprogramm n

In itia lis ieren derGPIB-Karte

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4. Messplatz

Programm Code Aufruf

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4. Messplatz

PAP Unterprogramm

A uf ruf Unterprogramm inc l.Parameterübergabe

A llg . Eins te llungen Dreiec k

A llg . Eins te llungen Frequenz

Berec hnung v onf 0 und

Dit (A ns tieg / Ic p,max )

Mes s ung näc hs te Chip

Star t Sc hle if e Frequenz

Sc hle if e A mplitudeW eiter

s pez ie lle Eins te llungenFrequenz

Star t Sc hle if e A mplitude

s peiz ile ll Eins te llungenA mplitude

Sc hle if e FrequenzW eiter

A bs peic herung v onDaten

W elc he?

Mes s ung

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4. Messplatz

Vorteile dieser Programmstruktur

Nur einmal Aufsetzen

Keine unterschiedlichen Kontaktbedingungen

Mehrere Messungen mit unterschiedlichen Parametern

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4. Messplatz

Messdateien Überblick

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4. Messplatz

Messdatei Frequenz

Wafer-Nr. ZA 209129#25. 100 kHz

Charge Pumping - Dreieck - ZCHRGPUMP1delta VA=2V - Vref=-0.1V - T=85°C - Long

lfd. Nummer x y Vg(Base)/V -2,3 -2,2 -2,1 -21 4 3 Icp/A 5,298E-12 5,187E-12 5,723E-12 7,763E-122 5 3 Icp/A 5,193E-12 5,131E-12 5,837E-12 8,198E-123 6 3 Icp/A 5,157E-12 5,137E-12 5,644E-12 7,566E-124 7 4 Icp/A 5,33E-12 5,328E-12 5,669E-12 6,954E-125 6 4 Icp/A 4,552E-12 4,504E-12 5,082E-12 6,841E-126 5 4 Icp/A 7,189E-12 7,534E-12 8,665E-12 1,2059E-117 4 4 Icp/A 5,13E-12 5,24E-12 5,746E-12 7,828E-128 3 4 Icp/A 5,339E-12 5,321E-12 5,912E-12 7,706E-129 2 5 Icp/A 5,249E-12 5,363E-12 5,894E-12 7,698E-12

10 3 5 Icp/A 5,473E-12 5,474E-12 6,009E-12 7,913E-12

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4. Messplatz

Messdatei All

Wafer-Nr. ZA 209129#25

Charge Pumping - DitZCHRGPUMP1 - T=85 °C - Long

lfd. Nummer x y f0/Hz rDit(Anstieg)/cm-2eV-1

Dit(Icp,max)/cm-2eV-1

1 4 3 1309,04008 0,98035914 7,66E+09 2,75E+092 5 3 155,871394 0,98719168 3,25E+09 1,10E+093 6 3 576,203222 0,97868003 3,56E+09 1,36E+094 7 4 1487,58011 0,99157959 4,52E+09 2,10E+095 6 4 582,751351 0,98942364 3,25E+09 1,19E+096 5 4 756,42055 0,95586451 2,21E+09 6,82E+097 4 4 634,911651 0,98172682 3,58E+09 1,32E+098 3 4 818,408619 0,98687933 3,34E+09 1,29E+099 2 5 4401,08558 0,98367406 3,75E+09 1,48E+09

10 3 5 582,873718 0,98539938 3,75E+09 1,43E+09

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4. Messplatz

Emailbestätigung

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4. Messplatz

Beispielmessungen

Charge Pumping - Rechteckdelta VA=2V - fGate= 100000Hz - Vref=0V - T=85°C - Slope=0.0000001s

-5E-12

1,5E-11

2,5E-11

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

Vg (Base) / V

CHRGPUMP1

CHRGPUMP2

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4. Messplatz

Beispielmessungen

Charge Pumping - Dreieck - ZCHRGPUMP1delta VA=2V - Vref=0V - T=85°C - Short

-5E-12

1,5E-11

2,5E-11

-4,5 -3,5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5

Vg (Base) / V

100 kHz

50 kHz

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4. Messplatz

Beispielmessungen

Charge Pumping - CHRGPUMP 1delta VA=2V - fGate= 100000Hz - Vref=0V - T=85°C - Slope=0.0000001s

-5E-12

1,5E-11

2,5E-11

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

Vg (Base) / V

Rechteck

Dreieck

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4. Messplatz

Probleme

Selector

Nadelkarte

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Überblick

Aufgabenstellung

Grundlagen Charge Pumping

Messplatz

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5. Zusammenfassung & Ausblick

andere Nadelkarte

Software

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