脈衝測試

脈衝測試是一種能夠減少器件總能耗的測量技術。它通過減少焦耳熱效應（例如I2R和V2/R），避免對小型納米器件可能造成的損壞。脈衝測試採用足夠高的電源對待測器件（DUT）施加間隔很短的脈衝，產生高品質的可測信號，然後去掉信號源。

基本介紹

• 中文名：脈衝測試
• 外文名：Pulse Test
• 定義：能夠減少器件總能耗的測量技術
• 類型分類：電壓脈衝測試、電流脈衝測試

作用

通過脈衝測試，工程技術人員可以獲得更多的器件信息，更準確地分析和掌握器件的行為特徵。例如，利用脈衝測試技術可以對納米器件進行瞬態測試，確定其轉移函式，從而分析待測材料的特徵。脈衝測試測量對於具有恆溫限制的器件也是必需的，例如SOI器件、FinFET和納米器件，可以避免自熱效應，防止自熱效應掩蓋研究人員所關心的回響特徵。器件工程師還可以利用脈衝測試技術分析電荷俘獲效應。在電晶體開啟後電荷俘獲效應會降低漏極電流。隨著電荷逐漸被俘獲到柵介質中，電晶體的閾值電壓由於柵電容內建電壓的升高而增大；從而漏極電流就降低了。

脈衝測試為人們和研究納米材料、納米電子和目前的半導體器件提供了一種重要手段。

類型

脈衝測試有兩種不同的類型：加電壓脈衝和加電流脈衝。

電壓脈衝測試產生的脈衝寬度比電流脈衝測試窄得多。這一特性使得電壓脈衝測試更適合於熱傳輸實驗，其中我們所關心的時間視窗只有幾百納秒。通過高精度的幅值和可程式的上升與下降時間能夠控制納米器件上的能耗大小。電壓脈衝測試可用於可靠性測試中的瞬態分析、電荷俘獲和交流應力測試，也可用於產生時鐘信號，模擬重複控制線，例如存儲器讀寫周期。

電流脈衝測試與電壓脈衝測試非常相似。其中，將指定的電流脈衝載入到DUT上，然後測量器件兩端產生的電壓。電流脈衝測試常用於測量較低的電阻，或者獲取器件的I-V特徵曲線，而不會使DUT產生大量的能耗，避免對納米器件的損害或破壞。

術語

脈衝：電壓(V)或電流(A)的波形象心電圖上的脈搏跳動的波形 但現在聽到的什麼電源脈衝、聲脈衝……又作何解釋呢——脈衝的原意被延伸出來得： 隔一段相同的時間發出的波等機械形式，學術上把脈衝定義為：在短時間內突變，隨後又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈衝。

脈衝信號：瞬間突然變化，作用時間極短的電壓或電流稱為脈衝信號。可以是周期性重複的，也可以是非周期性的或單次的。脈衝信號是一種離散信號，形狀多種多樣，與普通模擬信號（如正弦波）相比，波形之間在時間軸不連續（波形與波形之間有明顯的間隔）但具有一定的周期性是它的特點。最常見的脈衝波是矩形波（也就是方波）。脈衝信號可以用來表示信息，也可以用來作為載波，比如脈衝調製中的脈衝編碼調製（PCM），脈衝寬度調製（PWM）等等，還可以作為各種數字電路、高性能晶片的時鐘信號。所謂脈衝信號表現在平面坐標上就是一條有無數斷點的曲線,也就是說在周期性的一些地方點的極限不存在,比如鋸齒波,也有電腦里用到的數字電路的信號,0,1。脈衝信號,也就是像脈搏跳動這樣的信號，相對於直流，斷續的信號，如果用水流形容，直流就是把龍頭一直開著淌水，脈衝就是不停的開關龍頭形成水脈衝。你把手電打開燈亮，這是直流，你不停的開關燈亮、熄，就形成了脈衝，開關速度的快慢就是脈衝頻率的高低。

脈衝電源：用戶的負載需要斷續加電，即按照一定的時間規律，向負載加電一定的時間，然後又斷電一定的時間，通斷一次形成一個周期。如此反覆執行，便構成脈衝電源。例如對於無極性電解電容器的老練工藝中，需要給電容器正向充電一段時間，然後放電，然後反向給電容器充電一段時間，然後放電，如此便形成正向→放電（斷電）→反向→放電→正向……，如此反覆。

脈衝寬度：就是高電平持續的時間。常用來作為採樣信號或者晶閘管等元件的觸發信號。

脈衝電路：就是脈衝波形的產生，整形和變換的電路。脈衝電路是由兩部分組成：惰性電路和開關。開關的作用是破壞穩態，使電路出現暫態。

脈衝撥號：是一種時域處理方法，它用脈衝的個數來表示號碼數字。脈衝撥號方式對脈衝的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴格的要求，如果由於線路的干擾或其他原因而使得這些參數發生了變化，則可能引起號碼接收的錯誤。另一方面，由於每個脈衝都占有一定的時間(一般每個脈衝占用的時間為100ms)，而使得這種撥號方式比較慢。

脈衝加熱：是利用各種波形的脈衝電流，以時斷時續的方式來加熱來達到一些特殊工藝要求。

脈衝波：就是以衝擊形式產生的信號波形。

舉例

電壓和電流脈衝測試都有很多優點，但是它們的缺點卻不盡相同。例如，超短電壓脈衝的速度特徵分析屬於射頻（RF）的範疇，因此如果測試系統沒有針對高頻寬進行最佳化，那么測量過程中很容易產生誤差。其中主要有三種誤差來源：由於線纜和連線器造成的信號損耗、由於器件寄生效應造成的損耗以及接觸電阻。

電流脈衝測試的主要問題是上升時間較慢，可能長達幾百納秒。這主要受限於實驗配置中的電感和電容。

吉時利的4200脈衝I-V測試解決方案提供了一種系統互連箱——RBT（Remote Bias-Tee），為連線脈衝發生器提供了AC/DC耦合，該直流測試儀器的原理結構如圖1所示。

圖1. 吉時利4200-PIV測試系統的原理圖利用這種工具套件，研究人員可以同時進行直流和脈衝IV測試以掌握器件特性，例如如圖2所示的FET器件系列特徵曲線。

一系列FET曲線的脈衝I-V與直流I-V特徵分析對於具有較大電阻幅值變化的各種導電材料或器件，用戶利用吉時利的6221/2182A組合可以設定最佳的脈衝電流幅值、脈衝間隔、脈衝寬度和其它一些脈衝參數，從而最大限度降低了DUT上的功耗。6221能夠在全量程上產生具有微秒級上升時間的短脈衝（減少了熱功耗）。6221/2182A組合能夠實現脈衝和測量同步——可以在6221載入脈衝之後的16μs內開始測量。整個脈衝，包括一次完整的納伏測量一起，可以短達50μs。6221和2182A之間的行同步也消除了與電源線相關的噪聲。

最後，吉時利的3400系列脈衝/碼型發生器為廣大納米技術研究者提供了處理各種套用需求的靈活性。用戶可以設定脈衝參數，例如幅值、上升和下降時間、脈衝寬度和占空比，可以選擇多種操作模式，包括用於材料和器件特徵分析的脈衝與猝發模式。其簡潔的用戶界面加快了學習曲線的建立過程，相比同類產品能夠使用戶更快地設定和執行測試操作。

在加電壓脈衝的同時測量直流電流是電荷泵的基本原理，這對於測量半導體和納米材料的固有電荷俘獲特性是很重要的。施加電流脈衝同時測量電壓使研究人員能夠對下一代器件進行低電阻測量或者進行I-V特徵分析，同時保護這些寶貴的器件不受損壞。