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Diplomkolloquium Stefan Polzin. Charge Pumping Messplatz. Überblick. Aufgabenstellung Konzept Charge Pumping Messplatz Zusammenfassung & Ausblick. Einführung. Warum Charge Pumping?. Einführung. Warum Charge Pumping?. Einführung. Warum Charge Pumping?. Überblick. Aufgabenstellung - PowerPoint PPT Presentation
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Diplomkolloquium
Stefan Polzin
Charge Pumping Messplatz
16.08.2002Seite 2
© Copyright byStefan Polzin
Überblick
Aufgabenstellung
Konzept Charge Pumping
Messplatz
Zusammenfassung & Ausblick
16.08.2002Seite 3
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Einführung
Warum Charge Pumping?
16.08.2002Seite 4
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Einführung
Warum Charge Pumping?
16.08.2002Seite 5
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Einführung
Warum Charge Pumping?
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Überblick
Aufgabenstellung
Konzept Charge Pumping
Messplatz
Zusammenfassung & Ausblick
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1. Aufgabenstellung
„Aufbau eines rechnergestützten Messplatzes
zur Charakterisierung von MOSFETs
durch Charge Pumping“
d.h.
Einarbeitung in die Theorie
Auswahl der Messgeräte
Software schreiben
Messungen
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Überblick
Aufgabenstellung
Konzept Charge Pumping
Messplatz
Zusammenfassung & Ausblick
16.08.2002Seite 9
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3. Konzept des Charge Pumping
Aufbau Signale
Rechteck (Trapez)
Sägezahn (Dreieck)
Sinus
16.08.2002Seite 10
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3. Konzept des Charge Pumping
Arbeitsbereiche
16.08.2002Seite 11
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3. Konzept des Charge Pumping
Arbeitsbereiche
(1) Vbase, Vtop<Vfb; ICP=0
16.08.2002Seite 12
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3. Konzept des Charge Pumping
Arbeitsbereiche
(1) Vbase, Vtop<Vfb; ICP=0
(2) Vbase<Vfb<Vtop<Vt; 0<ICP<ICP,max
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3. Konzept des Charge Pumping
Arbeitsbereiche
(1) Vbase, Vtop<Vfb; ICP=0
(2) Vbase<Vfb<Vtop<Vt; 0<ICP<ICP,max
(3) Vbase<Vfb<Vt<Vtop; ICP=ICP,max
16.08.2002Seite 14
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3. Konzept des Charge Pumping
Arbeitsbereiche
(1) Vbase, Vtop<Vfb; ICP=0
(2) Vbase<Vfb<Vtop<Vt; 0<ICP<ICP,max
(3) Vbase<Vfb<Vt<Vtop; ICP=ICP,max
(4) Vfb<Vbase<Vt<Vtop; 0<ICP<ICP,max
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3. Konzept des Charge Pumping
Arbeitsbereiche
(1) Vbase, Vtop<Vfb; ICP=0
(2) Vbase<Vfb<Vtop<Vt; 0<ICP<ICP,max
(3) Vbase<Vfb<Vt<Vtop; ICP=ICP,max
(4) Vfb<Vbase<Vt<Vtop; 0<ICP<ICP,max
(5) Vbase, Vtop>Vt; ICP=0
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3. Konzept des Charge Pumping
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
16.08.2002Seite 17
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3. Konzept des Charge Pumping
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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3. Konzept des Charge Pumping
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 /
A
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3. Konzept des Charge Pumping
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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3. Konzept des Charge Pumping
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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3. Konzept des Charge Pumping
Formeln
Allg.
Rechteck
CP G it em,eth i n em hp ,I 2qkTA fD ln υ n σ σ t tln
fb tf r
g
V Vt t
ΔV
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3. Konzept des Charge Pumping
Formeln
Allg.
Rechteck
Sägezahn
CP G it em,eth i n em hp ,I 2qkTA fD ln υ n σ σ t tln
fb tf r
g
V Vt t
ΔV
fb t
g
V V 1α 1 α
f2 ΔV
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3. Konzept des Charge Pumping
Formeln
Allg.
Rechteck
Sägezahn
Sinus
CP G it em,eth i n em hp ,I 2qkTA fD ln υ n σ σ t tln
fb tf r
g
V Vt t
ΔV
fb t
g
V V 1α 1 α
f2 ΔV
Z
2πf
fb 0 t 01 1
G G
2 V V 2 V VZ sin sin
ΔV ΔV
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3. Konzept des Charge Pumping
Vorteil
Standardequipment
Kurze Messzeiten
Direktes Messverfahren
Anwendung
Bestimmung Interface Trap Density Dit
Qualitäts- und Prozesskontrolle
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Überblick
Aufgabenstellung
Konzept Charge Pumping
Messplatz
Zusammenfassung & Ausblick
16.08.2002Seite 26
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4. Messplatz
Struktur
16.08.2002Seite 27
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4. Messplatz
Struktur
16.08.2002Seite 28
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4. Messplatz
Struktur
16.08.2002Seite 29
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4. Messplatz
Struktur
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4. Messplatz
Struktur
16.08.2002Seite 31
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4. Messplatz
Struktur
Source
Drain
Gate
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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
SMU 2
SMU 1
S M U/P ulseGeneratorS elec tor
SMU 4
SMU 3
PGU 1
S witchM ainfram e
P C
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
16.08.2002Seite 35
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4. Messplatz
Programm Code Aufruf
16.08.2002Seite 36
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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
A bs peic herung v onDaten
W elc he?
Mes s ung
16.08.2002Seite 37
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4. Messplatz
Vorteile dieser Programmstruktur
Nur einmal Aufsetzen
Keine unterschiedlichen Kontaktbedingungen
Mehrere Messungen mit unterschiedlichen Parametern
16.08.2002Seite 38
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4. Messplatz
Messdateien Überblick
16.08.2002Seite 39
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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
16.08.2002Seite 40
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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
16.08.2002Seite 42
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4. Messplatz
Beispielmessungen
Charge Pumping - Rechteckdelta VA=2V - fGate= 100000Hz - Vref=0V - T=85°C - Slope=0.0000001s
-5E-12
0
5E-12
1E-11
1,5E-11
2E-11
2,5E-11
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Vg (Base) / V
Icp
/ A
CHRGPUMP1
CHRGPUMP2
16.08.2002Seite 43
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4. Messplatz
Beispielmessungen
Charge Pumping - Dreieck - ZCHRGPUMP1delta VA=2V - Vref=0V - T=85°C - Short
-5E-12
0
5E-12
1E-11
1,5E-11
2E-11
2,5E-11
-4,5 -3,5 -2,5 -1,5 -0,5 0,5 1,5
Vg (Base) / V
Icp
/ A
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
0
5E-12
1E-11
1,5E-11
2E-11
2,5E-11
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Vg (Base) / V
Icp
/ A
Rechteck
Dreieck
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4. Messplatz
Probleme
Selector
Nadelkarte
16.08.2002Seite 46
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Überblick
Aufgabenstellung
Grundlagen Charge Pumping
Konzept Charge Pumping
Messplatz
Zusammenfassung & Ausblick
16.08.2002Seite 47
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5. Zusammenfassung & Ausblick
andere Nadelkarte
Software
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