(57)【要約】【課題】  電力デバイスを分析するための、デバイスアナライザを提供する。【解決手段】  デバイスアナライザは、選択された電圧または電流レベル、および高電流容量における電源信号パルス幅を有する複数の電源信号パルスを生成するように構成されるコレクタ電源と、被試験対象（「ＤＵＴ」）がコレクタ電源ソース端子とコレクタ電源共通端子との間に電流路を形成するように接続されるときに、複数の電源信号パルスがコレクタ電源ソース端子において印加されるコレクタ電源ソース端子に接続される電源スイッチとを備え、電源スイッチは、コレクタ電源電流の高電流容量を有する複数の狭くなったスイープ信号パルスとして複数の電源信号パルスを伝えるように、又は、電流路中の電流を選択された定電流レベルに調節して動作するように、構成される。【選択図】図２
2013231724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験対象（「ＤＵＴ」）がコレクタ電源ソース端子とコレクタ電源共通端子との間に電流路を形成するように接続されるとき、選択された電圧または電流レベルと、前記コレクタ電源ソース端子において高電流容量の電源信号パルス幅とを有する、複数の電源信号パルスを生成するように構成される、コレクタ電源と、
前記コレクタ電源ソース端子に接続される電源スイッチであって、前記コレクタ電源電流の前記高電流容量を有する、複数の狭くなったスイープ信号パルスとして、前記複数の電源信号パルスを伝えるために、前記電源信号パルス幅よりも狭い狭パルス幅で、前記電流路の閉成および開放をするように、または前記電流路中の前記電流を選択された定電流レベルに調節するように、状況に応じて作動される、電源スイッチと、
前記電源スイッチに接続するように構成される、第１のＤＵＴポートと、
前記コレクタ電源共通端子に接続するように構成される、第２のＤＵＴポートであって、前記ＤＵＴが前記第１および第２のＤＵＴポートに接続されるとき、前記複数の電源信号パルスが前記ＤＵＴに印加される、第２のＤＵＴポートと、
前記ＤＵＴにおける前記複数のスイープ信号パルスが前記複数の狭いスイープ信号パルスであるとき、前記狭くなったスイープ信号パルスの前記狭パルス幅内で、前記ＤＵＴにわたるＤＵＴ電圧を測定するように構成される、電圧計と、
前記ＤＵＴにおける前記複数のスイープ信号パルスが前記複数の狭いスイープ信号パルスであるとき、前記狭くなったスイープ信号パルスの前記狭パルス幅内で、前記ＤＵＴを通るＤＵＴ電流を測定するように構成される、電流計と、
を備える、デバイスアナライザ。
【請求項２】
前記コレクタ電源は、
最大でピーク定格電流の電流を生成する、電流源と、
前記電流源が電流源コンデンサを充電すること、およびコレクタ電源電流を前記電流路に供給することを可能にするように、前記電流源にわたって配置される、電流源コンデンサであって、前記電流源の前記ピーク定格電流よりも高い前記コレクタ電源の前記高電流容量を提供する、電流源コンデンサと、
前記電源信号パルス幅、および前記コレクタ電源ソース端子上の選択された電圧レベルを有する、複数の可変電圧パルスを生成する、電源電圧発生器と、
前記電源電圧発生器からの前記可変電圧パルスを緩衝増幅するように接続される、緩衝増幅器であって、前記コレクタ電源ソース端子において、前記電流源コンデンサからの前記コレクタ電源電流の実質的に全部を提供するように、前記電流源コンデンサによって電力供給される、緩衝増幅器と、
前記ＤＵＴが、端子がゲートＤＵＴポートに接続される、三端子デバイスであるとき、ゲート信号を前記ＤＵＴに提供するために、前記ゲートＤＵＴポートにおいて前記ゲート信号を生成するように構成される、ゲート信号発生器と、
前記デバイスアナライザが狭パルス電圧モードで動作しているとき、スイッチパルスが電源スイッチドライバによって生成される、狭パルス幅を有するスイッチ作動パルスを生成することにより狭パルス電圧モードに従って、かつ前記電流ループ中の電流レベルを調節することにより定電流源モードに従って、前記電源スイッチを制御するように構成される、電源スイッチドライバと、
コントローラであって、
電圧または電流を提供するために、可変電圧または電流で前記複数の狭くなったスイープ信号パルスを生成するように、前記電流源、前記電源電圧発生器、および前記電源スイッチドライバを制御することと、
異なる電圧を有するゲート信号を生成するように、前記ゲート信号発生器を制御することであって、前記複数の狭くなったスイープ信号パルスが、前記ゲート信号の前記異なる電圧に対して生成される、前記ゲート信号発生器を制御することと、
によって、前記狭パルス電圧モードで前記デバイスアナライザを動作させるように構成される、コントローラと、を備え、前記コントローラは、
前記電源スイッチを通じて出力電流レベルを設定するように、前記電源スイッチドライバを制御し、電流スイープを通じて前記出力電流レベルを調整することと、
前記電流スイープ中に前記複数の可変電圧を生成するように、前記電源電圧発生器を制御することと、
前記複数の可変電圧のそれぞれにおけるＤＵＴ電圧およびＤＵＴ電流を測定することと、
前記測定されたＤＵＴ電圧および電流に対するＤＵＴ抵抗値を含む、ＤＵＴ特性を計算することと、
によって、前記定電流源モードで前記デバイスアナライザを動作させるように構成される、
請求項１に記載のデバイスアナライザ。
【請求項３】
前記コントローラは、
低い電流レベルから所望の電流レベルに電流をスイープするために、定電圧および可変電流レベルで、前記複数の狭くなったスイープ信号パルスを生成するように、前記電流源、前記電源電圧発生器、および前記電源スイッチドライバを制御すること、
によって、定電流源モードで動作するようにさらに構成され、
前記電源スイッチは、
前記狭パルス電圧モードで動作中、前記第２のパルスによって作動させられるとき、閉成するように構成される、スイッチング要素と、
前記定電流源モードで動作中、前記第２のパルスによって作動させられるとき、選択された電流レベルを導びくように構成される、調節要素と、
を備える、
請求項２に記載のデバイスアナライザ。
【請求項４】
前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧中電流カーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧中電流カーブトレースモジュールは、
ブレークダウン電圧よりも大きい前記ＤＵＴの電圧レベルで、前記ＤＵＴを分析する高電圧ＤＣ電源として動作するように、かつ前記ＤＵＴのＩ−Ｖ特性を分析する可変電圧および狭パルス電源として動作するように構成される、第２のコレクタ電源であって、前記高電圧ＤＣ電源と前記可変電圧および狭パルス電源との間で切替可能である、第２のコレクタ電源と、
前記ＤＵＴが三端子デバイスであるとき、ゲート信号を前記ＤＵＴに生成するように構成される、第２のゲート信号発生器と、
前記ＤＵＴにわたる電圧を測定するように構成される、第２の電圧計と、
前記ＤＵＴを通る電流レベルを測定するように構成される、第２の電流計と、
を備え、
前記第１、第２、および第３のＤＵＴポートは、前記高電圧中電流トレースモジュールに接続するように切り替えられる、
請求項２に記載のデバイスアナライザ。
【請求項５】
前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧カーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧カーブトレースモジュールは、
可変パルス電圧源コンポーネントと、電圧計コンポーネントとを備える、高電圧多機能ユニットであって、ピーク定格電圧を有するパルス電源として動作するように構成される、高電圧多機能ユニットと、
前記高電圧多機能ユニットによって生成される電圧を増幅するように接続される、高電圧増幅器であって、低いレベルから、前記高電圧多機能ユニットによって決定される前記ピーク定格電圧およびパルス幅よりも大きい高レベルに及ぶ可変電圧レベルを有する、電圧スイープ信号を生成するように構成される、高電圧増幅器と、
分圧器の一方の端部で前記高電圧増幅器の出力に接続され、前記分圧器のもう一方の端部は、反対側の前記高電圧多機能ユニットに接続される、前記分圧器であって、前記分圧器は、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧計コンポーネントに接続される、分圧ノードを備える、分圧器と、
ピコアンペアレベルの電流まで測定するように構成される、第３の電流計であって、前記第３の電流計は、前記ＤＵＴにおける前記電流レベルを測定するために、前記高電圧多機能ユニットの前記可変パルス電圧源コンポーネントへの戻り電流路中に配置される、第３の電流計と、
を備え、
前記第１および第２のＤＵＴポートは、前記高電圧増幅器の出力および前記第３の電流計のそれぞれにおいて、前記高電圧カーブトレースモジュールに接続するように切り替えられ、前記高電圧多機能ユニット中の前記電圧計コンポーネントは、前記ＤＵＴにおける前記電圧を測定し、前記第３の電流計は、前記高電圧増幅器が変化するにつれて、前記ＤＵＴを通る前記電流を測定する、
請求項２に記載のデバイスアナライザ。
【請求項６】
前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールは、
可変パルス電圧源コンポーネントと、電圧計コンポーネントとを備える、高電圧多機能ユニットであって、前記高電圧多機能ユニットは、電圧ソース端子と、電圧共通端子とを備え、選択可能なパルス電圧を生成するように構成される、高電圧多機能ユニットと、
可変パルス電流源コンポーネントと、電流計コンポーネントとを備える、高電流多機能ユニットであって、前記高電流多機能ユニットは、電流ソース端子と、電流共通端子とを備え、電流源として動作するように構成され、前記高電流多機能ユニットは、前記高電圧多機能ユニットと並列に接続され、前記電圧共通端子は、前記電流共通端子に接続される、高電流多機能ユニットと、
前記ＤＵＴがオフであるとき、前記高電圧多機能ユニットからの電流が前記高電流多機能ユニットに流れることを阻止するように、かつ前記ＤＵＴがオンであるとき、電流が前記高電流多機能ユニットから流れることを可能にするように、前記電流ソース端子における前記高電流多機能ユニットと、前記電圧ソース端子における前記高電圧多機能ユニットとの間に接続される、電流源保護ダイオードと、
前記ＤＵＴが三端子デバイスであるとき、ゲート信号を前記ＤＵＴに生成するように構成される、第２のゲート信号発生器と、
をさらに備え、
前記第１、第２、および第３のＤＵＴポートはそれぞれ、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧ソース端子、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧共通端子、前記第２のゲート信号発生器において、前記高電圧高電流高速スイッチカーブトレースモジュールに接続するように切り替えられ、
前記高電圧多機能ユニット中の前記電圧計コンポーネントは、前記ＤＵＴにおける前記電圧を測定し、前記高電流多機能ユニット中の前記電流計コンポーネントは、前記ＤＵＴを通る前記電流を測定し、
前記高電圧多機能ユニットによって生成される、前記選択可能なパルス電圧は、前記ＤＵＴにわたって印加され、前記ゲート信号は、前記ＤＵＴをオンにするように切り替えられ、前記ＤＵＴにおける前記電圧および電流は、経時的な電流および電圧応答の分析を可能にするように、経時的にグラフ化される、
請求項２に記載のデバイスアナライザ。
【請求項７】
前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールをさらに備え、前記高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールは、
可変パルス電圧源コンポーネントと、電圧計コンポーネントとを備える、高電圧多機能ユニットであって、前記高電圧多機能ユニットは、電圧ソース端子と、電圧共通端子とを備え、選択可能なパルス電圧を生成するように構成される、高電圧多機能ユニットと、
可変パルス電流源コンポーネントと、電流計コンポーネントとを備える、高電流多機能ユニットであって、前記高電流多機能ユニットは、電流ソース端子と、電流共通端子とを備え、電流源として動作するように構成され、前記高電流多機能ユニットは、前記高電圧多機能ユニットと並列に接続され、前記電圧共通端子は、前記電流共通端子に接続される、高電流多機能ユニットと、
前記電流源保護スイッチがオフであるとき、前記高電圧多機能ユニットからの電流が前記高電流多機能ユニットに流れることを阻止するように、かつ前記電流源保護スイッチがオンであるとき、前記ＤＵＴに対する電流源として動作するように、前記電流ソース端子における前記高電流多機能ユニットと、前記電圧ソース端子における前記高電圧多機能ユニットとの間に接続される、電流源保護スイッチと、
ゲート信号を前記電流保護スイッチに生成するように構成される、スイッチゲート信号発生器と、
をさらに備え、
前記ＤＵＴは、二端子デバイスであり、前記第１および第２のＤＵＴポートはそれぞれ、前記高電圧多機能ユニットの前記電圧ソース端子、および前記高電圧多機能ユニットの前記電圧共通端子において、前記高電圧高電流高速スイッチカーブトレースモジュールに接続するように切り替えられ、
前記高電圧多機能ユニット中の前記電圧計コンポーネントは、前記ＤＵＴにおける前記電圧を測定し、前記高電流多機能ユニット中の前記電流計コンポーネントは、前記ＤＵＴを通る前記電流を測定し、
前記高電圧多機能ユニットによって生成される前記選択可能なパルス電圧は、前記ＤＵＴにわたって逆バイアスとして印加され、前記ゲート信号は、前記電流保護スイッチをオンにするように切り替えられ、前記ＤＵＴにおける前記電圧および電流は、経時的な電流および電圧応答の分析を可能にするように、経時的にグラフ化される、
請求項１に記載のデバイスアナライザ。
【請求項８】
電流−電圧（「Ｉ−Ｖ」）波形を含む、ユーザ側で構成可能なトレースにおいて電圧および電流測定を表示するように構成される、波形モニタと、
パルス波形アナライザであって、
前記電圧計および電流計が電圧および電流測定を行うことができる測定期間、ならびに前記狭くなったスイープ信号パルスの前記狭パルス期間の開始後、前記測定期間を開始するための待ち時間を示す、測定期間の開始の遅延を含む、選択可能なパルスパラメータのユーザ入力を容易にするための、ユーザ入力機能と、
前記狭くなったスイープ信号パルスのうちの１つに対応するパルス波形をグラフ化するように、前記測定期間および前記測定期間の開始の遅延を表示するように、前記狭くなったスイープ信号パルスの前記測定期間およびパルス期間に対する期間値を示すように、かつ前記波形モニタ上のＩ−Ｖ波形の表示に前記パルス波形トレースを重ね合わせるように構成される、パルスグラフ化機能と、
を備える、パルス波形アナライザと、
をさらに備える、請求項１、４、５、６、または７に記載のデバイスアナライザ。
【請求項９】
ＤＵＴに対するＩ−Ｖ波形特性を提供するために、前記ＤＵＴ測定を信号スイープ中の信号クリップ値と比較するように構成される、信号クリップ機能であって、前記信号クリップ値は、前記ＤＵＴにおける前記電圧または電流を制限するように選択される、ユーザ選択可能な電圧、電流、または電力値である、信号クリップ機能
をさらに備える、請求項１、４、５、６、または７に記載のデバイスアナライザ。
【請求項１０】
前記コレクタ電源、前記電源電圧発生器、前記電源スイッチ、前記電源スイッチドライバ、前記電圧計、および前記電流計は、高電流カーブトレースモジュールに実装され、前記デバイスアナライザは、
複数のモジュールベイを備える、アナライザ筐体であって、各モジュールベイは、前記高電流カーブトレースモジュールおよび少なくとももう１つのカーブトレースモジュールを支持するように構成され、デバイスを特性付けするための測定を実施するように構成される、ハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントを備える、アナライザ筐体と、
前記高電流カーブトレースモジュールおよび前記少なくとももう１つのカーブトレースモジュールに、電気および制御接続性を提供するように構成される、モジュール相互接続と、
ユーザ側で構成可能なトレースで、前記高電流カーブトレースモジュールおよび前記少なくとももう１つのカーブトレースモジュールからの電圧および電流測定を表示するように、前記モジュール相互接続に接続される、波形モニタと、
前記高電流カーブトレースモジュール、および前記少なくとももう１つのカーブトレースモジュール、ならびに前記波形モニタの動作を制御するように構成される、デバイスアナライザコントローラと、
前記高電流カーブトレースモジュールあるいは前記少なくとも１つの他のカーブトレースモジュールのうちの選択された１つからの接続を提供するように構成される、試験プローブモジュールであって、
前記第１のＤＵＴポートは、測定中、前記ＤＵＴの第１の端子に接触する第１のプローブとして実装され、
前記第２のＤＵＴポートは、測定中、前記ＤＵＴの第２の端子に接触する第２のプローブとして実装される、
試験プローブモジュールと、
をさらに備える、
請求項１に記載のデバイスアナライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、デバイスアナライザおよびカーブトレーサに関し、より具体的には、電力デバイスを特性付けするのに利用されるアナライザに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスは、典型的には、特定の用途に対してデバイスを選択するとき、設計者が参照する特定のパラメータに従って、評価(rate)または特性付け(characterize)される。ダイオード、トランジスタ、半導体(solid-state)スイッチ、および他のそのような種類のデバイス等の非線形デバイスは、多種多様な半導体技術を使用して、多種多様な環境および用途において動作するように開発されてきている。デバイスの静的特性は、特定の環境および用途に対するデバイスの適合性を決定する。
【０００３】
電子デバイス製造業者は、デバイスの静的特性を提供するために、電子デバイスを試験および特性付けするために、デバイスアナライザに依存する。デバイスアナライザは、デバイスに対し、電源から試験信号を印加し、被試験対象（「ＤＵＴ」：device-under-test）において選択されたパラメータを測定することができるツールを装備している。デバイスアナライザは、概して、カーブトレーサ(curve tracer)を使用し、それは、ＤＵＴにおける電圧および電流の両方を測定し、測定された値を電流−電圧（「Ｉ−Ｖ」）曲線（カーブ）のトレース（軌跡）としてプロットする。電源は、「スイープ」として知られている、一連の電圧および／または電流レベルとして、ＤＵＴに試験信号を印加する。スイープは、どのパラメータが電源において制御されるかに応じて、最小レベルから最大レベル（または最大レベルから最小レベル）の範囲にわたる、電圧スイープまたは電流スイープとすることができ、その電圧および電流は、ＤＵＴにおける試験信号の各レベルに対して、ＤＵＴにおいて測定される。各スイープに対して、測定された値を表す曲線（カーブ）が生成される。
【０００４】
例えば、ダイオード等の２つの端子を有するデバイスは、単一スイープ中の単一曲線によって特性付けすることができるが、スイープをする試験信号を伴わない他の試験も実施することができる。２つを超える端子を有するデバイスは、他の端子に印加される信号を伴う試験条件に対して複数の曲線トレースを生成するために、複数のスイープを必要とする場合がある。典型的には、デバイスは、ドレイン端子およびソース端子を備え、電力は、典型的には、ドレインおよびソース端子にわたって(across)印加される。デバイス上の他の端子は、他の端子に印加される電圧および／または電流レベルに従って、ドレインおよびソース端子における電圧および電流レベルに影響を及ぼすことによって、デバイスの動作を変化させるために使用することができる。三端子デバイスは、トランジスタ（バイポーラ接合、電界効果または「ＦＥＴ」等の多種多様な技術に基づき、かつ金属酸化物半導体または「ＭＯＳ」、ＦＥＴ等の多種多様な半導体材料および構成を伴う）ならびに他のスイッチ状デバイスを含み、三端子を使用して動作する。ゲート端子は、例えば、オン−オフスイッチとして、または電圧および／または電流レベルを調節するためのバイアスとして、ドレインおよびソース端子において電圧および電流に影響を及ぼすために使用される。三端子デバイスに対して生成されるＩ−Ｖ曲線のトレースは、典型的には、様々なゲート信号レベルにおいて生成される一連の曲線として表示される。曲線トレースおよび電子デバイスの特性付けにおけるそれらの有用性は、当該技術分野においてよく知られている。
【０００５】
デバイスアナライザは、デバイスの安全動作領域（「ＳＯＡ」：safe operating area）に近づくか、または越えさえもするという条件を伴う環境に対して、対象となるデバイスを必要とする試験および測定を実施することができる。近年まで、電子デバイスの大部分は、５ボルト、あるいは１２ボルトまたは２４ボルト等の比較的低いＤＣ電源を伴う用途のために設計されてきた。デバイスアナライザは、概して、そのような環境において試験することが可能である。
【０００６】
エネルギー資源を節約する必要性に対する認識の高まりは、高ブレークダウン電圧および高電流密度の能力を特徴とする電力デバイスに対する開発および需要の高まりをもたらした。例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）およびＳｉＣ（炭化ケイ素）で作られるデバイス等のワイドバンドギャップデバイスは、高温特性、耐電圧特性、伝導損失、および過渡損失を有する材料で作られるデバイスとして注目を集めている。高電圧および高電流を受けるそのようなデバイスの特性の正確な測定を実施する能力は、より重要かつ難易度の高いものになってきている。そのような新しい電力デバイスの試験要件は、現在のデバイスアナライザの電力能力を超えている。
【０００７】
電力デバイスの試験において生じる１つの問題は、デバイスを破壊する可能性がある高電圧および高電流にデバイスを供することを伴う。一部のデバイスアナライザは、パルスのスイープ(pulsed sweeps)を実施するように構成される。試験信号は、パルスで印加され、電圧／電流測定は、デバイスが過剰な電流レベルを受ける時間を最小限にするように、パルス期間内で行われる。既知のデバイスアナライザは、典型的には、ＤＵＴを自己発熱から適切に保護するには長過ぎるパルス幅を有する、パルス試験信号を使用する。また、パルス幅は、典型的には固定的であり、多くの場合、特定の試験またはデバイスの必要性に対してパルス幅を修正する能力を排除することは知られていない。また、既知のデバイスアナライザは、典型的には、それらのＳＯＡで、またはその付近で、高電力デバイスを試験するための十分な電力容量を欠いている。既知のデバイスアナライザの制限が、高電力デバイスの試験に対する需要の高まりによって明らかにされている一方で、既存のシリコンデバイスは、ますます低い損失を伴って開発されており、既知のデバイスアナライザの能力にさらに挑戦している。
【０００８】
また、デバイスは、ますます幅広い範囲での試験を必要とする新しい技術を使用して開発されている。例えば、トレンチ構造を有する横方向拡散金属酸化半導体（Ｌａｔｅｒａｌｌｙ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ；「ＬＤＭＯＳ」）のオン抵抗は、１ミリオーム未満であり得る。別の実施例では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；「ＩＧＢＴ」）の飽和電圧は、１Ｖ未満である。高電圧における信頼性試験は、動作点がデバイスのＳＯＡ（安全動作領域）に近いＩ−Ｖ特性を得ることを必要とする。また、新しいデバイス技術は、試験および特性付けするための新しい効果またはデバイス挙動をもたらす。例えば、ＧａＮデバイスは、「電流崩壊(current collapse)」として知られている現象を受ける。さらに、電力デバイスのオン抵抗は、そのような高電力レベルにおいては、正確に測定することがより困難になってきている。そのような効果または現象は、Ｉ−Ｖ曲線のトレースのみを介しては、効果的に測定または研究することができない。しかしながら、カーブトレーサを有するデバイスアナライザによって分析されるデバイスの多くは、集積回路の中にあり、試験は、典型的には、自動化され、ウエハ上で実施される。デバイスを特性付けするための異なる装置の追加または試験プロトコルの複雑化は、開発および製造サイクルに悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
上記を考慮して、Ｉ−Ｖ特性を生成するために、かつＤＵＴを損傷することなく、それらのＳＯＡにおいて、またはそれ以上で、高電力デバイスに対して他の種類の測定を効果的に実施するために十分な電力容量を有するデバイスアナライザに対する継続する必要性が存在する。
【００１０】
本発明は、以下の図面を参照することによってよりよく理解することができる。図面中のコンポーネントは、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を例示することに重点が置かれている。図面中、同様の参照番号は、異なる図を通して対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】デバイスアナライザの一実施例の概略図である。
【図２】高電流カーブトレースモジュールの一実施例の概略図である。
【図３】図２の高電流カーブトレースモジュールで使用されてもよい、電源スイッチの一実施例の概略図である。
【図４】デバイスアナライザで使用することができる、多機能ユニットの一実施例の概略図である。
【図５Ａ】狭パルス電圧モードで動作する、図２の高電流カーブトレースモジュールの実装によって生成される、Ｉ−Ｖ曲線のトレースの一実施例を示すグラフである。
【図５Ｂ】定電流源モードで動作する、図２の高電流カーブトレースモジュールの実装によって生成される、ＤＵＴのドレイン抵抗測定の一実施例を示すグラフである。
【図６】高電圧中電流カーブトレースモジュールの一実施例の概略図である。
【図７Ａ】可変電圧狭パルスモードで動作する、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュールの概略図である。
【図７Ｂ】高電圧ＤＣ電源モードで動作する、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュールの概略図である。
【図８】可変電圧狭パルスモードで動作する、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュールの実装によって生成される、Ｉ−Ｖ曲線のトレースの一実施例を示すグラフである。
【図９】高電圧カーブトレースモジュールの一実施例の概略図である。
【図１０】図９の高電圧カーブトレースモジュールの実装によって生成される、高電圧および電流測定の一実施例を示すグラフである。
【図１１Ａ】パルス波形を検査するための例示的な方法のフローチャートである。
【図１１Ｂ】パルス波形アナライザの例示的な実装のブロック図である。
【図１２Ａ】パルス波形アナライザの動作を示すグラフである。
【図１２Ｂ】パルス波形アナライザの動作を示す別のグラフである。
【図１３】Ｉ−Ｖ曲線のトレースに対する信号クリップを設定するための例示的な方法のフローチャートである。
【図１４】電圧クリップで実装される例示的なＩ−Ｖ曲線のトレースを示すグラフである。
【図１５Ａ】高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールの一実施例の概略図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールの動作を示すグラフである。
【図１５Ｃ】図１５Ａの高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールの動作を示す別のグラフである。
【図１６Ａ】高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールの別の実施例の概略図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールの動作を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで使用される「ＤＣ電源」という用語は、電圧レベルとして生成される非パルス信号として、直流を供給する、電圧源を指す。「ＤＣ」は、概して、電源の第１の端子から電源の反対側の端子に一方向に流れる直流を指すこと、およびそのような直流は、パルスとして生成される波形を形成するように、レベルが変化してもよいことは、当業者には既知である。「ＤＣ電源」という用語は、ここで、パルス状ではない電圧レベルで直流を生成する、電圧源を指すものとする。
【００１３】
ここで使用される「カーブトレーサ」という用語は、被試験対象（「ＤＵＴ」）に試験信号（所望の試験特性を有する電圧および／または電流）を印加するための、電圧および／または電流源と、ＤＵＴの選択された端子における電圧および／または電流を測定するための、計測器（電圧計および／または電流計）とを含む、デバイスを指す。カーブトレーサは、Ｉ−Ｖ曲線のトレースを生成するために、かつＤＵＴの静的またはＩ−Ｖ特性を決定するために、測定を実施するために使用される。
【００１４】
ここで使用される「ドレイン電圧」および「ドレイン電流」という用語は、それぞれ、ＤＵＴのドレイン−ソース端子にわたる、かつそれらの間の電圧および電流値を指す。「ドレイン」および「ソース」が、典型的には、電界効果トランジスタ、または「ＦＥＴ」の部分を指す一方で、「ドレイン電圧」および「ドレイン電流」という用語は、他の種類のデバイスに対して対応する信号値を指すものとする。例えば、ここで使用される「ドレイン電圧」という用語は、バイポーラ接合トランジスタ（「ＢＪＴ」）の文脈の中では「コレクタ電圧」を指すと理解されるものとする。同様に、「ドレイン電流」という用語は、「コレクタ電流」を指すと理解されるものとする。
【００１５】
ここで使用される「コレクタ電源」という用語は、ＤＵＴソース端子（またはＢＪＴに対するエミッタ端子）が電源の電流帰還路に接続される、ドレイン端子（またはＢＪＴに対するコレクタ端子）において、ＤＵＴに電力を供給するために使用される電源を指すものとする。
【００１６】
Ｉ．  電力デバイスアナライザ
図１は、デバイスアナライザ１００の一実施例の概略図である。図１のデバイスアナライザ１００は、アナライザ筐体１０２、複数のモジュールベイ１０４、モジュール相互接続１０６、波形モニタ１０８、デバイスアナライザコントローラ１２０、および試験プローブモジュール１３０を含む。図１のデバイスアナライザ１００は、高電力デバイスを分析するための種々のオプションを提供する、モジュールベイ１０４中のカーブトレースモジュールを選択的に含むことによって、ユーザ側で構成可能である。デバイスアナライザコントローラ１２０は、モジュールのうちの選択された１つが試験を実施することを可能にすることによって、デバイスアナライザ１００の全体的な動作を制御するように、かつ波形モニタ１０８および試験プローブモジュール１３０へのアクセスをモジュールに提供するようにプログラムすることができる。一実施例では、デバイスアナライザコントローラ１２０は、個々のカーブトレースモジュール中のプロセッサが、デバイス分析を実施するための処理を制御することを可能にする一方で、システム動作を制御することができる。別の実施において、デバイスアナライザコントローラ１２０は、デバイスアナライザ１００の中に含まれるモジュールのいずれかに対する処理リソース、ならびにシステム管理を提供することができる。
【００１７】
デバイスアナライザ１００は、単一の被試験対象（「ＤＵＴ」）１５０を試験することが可能であるものとして図１に示される。しかしながら、デバイスアナライザ１００は、好適な試験プローブモジュール１３０を含み、好適な試験環境を提供することによって、バッチでＤＵＴを測定するように構成することができる。以下の考察において単一のＤＵＴに言及することが、バッチ試験環境での使用からデバイスアナライザ１００を限定しないことが、当業者によって理解されるものとする。
【００１８】
図１に示すモジュールベイ１０４は、高電流カーブトレースモジュール１１０、高電圧中電流カーブトレースモジュール１１２、高電圧カーブトレースモジュール１１４、および高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール１１６を含む。図１のカーブトレースモジュール１１０、１１２、１１４、１１６は、図２〜１６を参照して以下に説明する。各カーブトレースモジュール１１０（以下参照）は、デバイスを特性付けするために測定を実施するように構成される、ハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントを含み、それは、Ｉ−Ｖ曲線のトレースを実施することを含むことができる。図１のモジュールベイ１０４は、カーブトレースモジュール１１０、１１２、１１４、１１６を含む。しかしながら、デバイスアナライザ１００は、カーブトレースモジュール１１０、１１２、１１４、１１６のうちの１つまたは任意の数で動作するように構成することができる。モジュールベイ１０４はまた、デバイスアナライザ１００に対するアクセサリ機能を提供するモジュールを実装することができる。例えば、モジュールは、コンピュータもしくはサーバへの接続性を可能にするように、または種々の入力もしくは出力デバイスを接続するために含むことができるまれてもよい。
【００１９】
モジュール相互接続１０６は、高電流カーブトレースモジュール１１０、デバイスアナライザ１００の中に含まれるいかなる他のカーブトレースモジュールへの電気および制御接続性を提供するように、複数のモジュールベイ１０４および他のリソースを電気的に接続する。モジュール相互接続１０６はまた、デバイスアナライザコントローラ１２０に対するバスとして動作することもでき、さらに、波形モニタ１０８および試験プローブモジュール１３０を接続することができる。
【００２０】
図１の波形モニタ１０８は、高電流カーブトレースモジュール１１０、およびデバイスアナライザ１００の中に含まれるいかなる他のカーブトレースモジュールからの電圧および電流測定をも表示するように、モジュール相互接続１０６に接続される。波形モニタ１０８は、試験結果および測定関連情報を表示するための出力として、ここで説明される。しかしながら、波形モニタ１０８はまた、ユーザからのデータおよび制御情報を入力するために、またはデバイスアナライザ１００の動作ならびに試験測定に関連する制御情報を表示するために、ユーザにグラフィカルユーザインターフェースを提供することができる。デバイスアナライザ１００は、ユーザが試験を開始し、デバイスアナライザ１００を構成および保持し、かつ試験結果を受信することを可能にするために、本明細書に図示または説明されていない他の入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）デバイスおよび好適なドライバを含むことができる。
【００２１】
デバイスアナライザコントローラ１２０は、デバイスアナライザ１００の動作を制御するために、処理リソースを提供する。デバイスアナライザコントローラ１２０は、中央処理装置、メモリ（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、磁気、もしくは光、または任意の他の好適な種類のメモリ）、Ｉ／Ｏ、およびデバイスアナライザ１００のために好適に構成される、任意の他のコンピューティングリソースを含む。デバイスアナライザコントローラ１２０は、高電流カーブトレースモジュール１１０、およびデバイスアナライザ１００中に含まれる任意の他のカーブトレースモジュールに対する、プロセッサ制御を提供することができる。
【００２２】
試験プローブモジュール１３０は、高電流カーブトレースモジュール１１０あるいは他のカーブトレースモジュールのいずれかのうちの選択された１つと、ＤＵＴ１５０との相互接続を提供する。ＤＵＴ１５０は、試験プローブモジュール１３０上の第１のＤＵＴポート１３２に接続される、第１のプローブ１４０を介して、および試験プローブモジュール１３０上の第２のＤＵＴポート１３４に接続される、第２のプローブ１４２を介して、接続することができる。測定中、第１のＤＵＴポート１３２は、ＤＵＴ１５０の第１の端子に接触するように構成することができ、第２のＤＵＴポート１３４は、ＤＵＴ１５０の第２の端子に接触するように構成することもできる。ＤＵＴ１５０が三端子デバイスである場合、試験プローブモジュール１３０上のゲートポート１３６は、ＤＵＴ１５０上の第３の端子に第３のプローブ１４４を接続するために使用することができる。
【００２３】
ＩＩ．  高電流カーブトレースモジュール
図２は、高電流カーブトレースモジュール２００の一実施例の概略図である。図２の高電流カーブトレースモジュール２００は、コレクタ電源２０２、電源スイッチ２０４、電流計２０６、および電圧計２０８を含む。高電流カーブトレースモジュール２００は、２つのモード：狭パルス電圧モードおよび定電流源モードのうちの１つで動作するように制御される。コントローラ２５０は、高電流カーブトレースモジュール２００の動作を制御するために提供される。
【００２４】
一実施例では、高電流カーブトレースモジュール２００は、高電流容量を有する複数の可変信号パルス（すなわち、可変電圧または可変電流パルス）を生成することによって、狭パルス電圧モードで動作する。複数の可変信号パルスは、電圧または電流信号スイープのいずれかでＤＵＴ１５０に印加される。信号パルスは、狭パルスであり、制御可能なパルス幅を有する。狭パルス幅を有する可変電圧または電流パルスが、ＤＵＴ１５０に印加される。狭パルス幅期間中、電流計２０６は、ＤＵＴ１５０を通る電流ＩＤを測定し、電圧計２０８は、ＤＵＴ１５０にわたる電圧ＶＤを測定する。定電流源モードでは、電源スイッチ２０４は、ＤＵＴ１５０の抵抗に関係なく、選択されたレベルで一定のままであるように、電流レベルＩＤを調節するように制御される。電圧または電流スイープは、ＤＵＴ１５０に印加することができ、ここで、ＤＵＴ１５０における電流ＩＤは、ＤＵＴ１５０における電圧ＶＤを測定するのに十分な期間にわたって、選択された一定レベルであるように、電源スイッチ２０４によって調節される。次いで、スイープ中の次の電圧および／または電流レベルは、スイープが完了するまで、次の測定のためにＤＵＴ１５０上に印加される。狭パルス電圧モードあるいは定電流源モードのいずれかで、コレクタ電源２０２および電源スイッチ２０４は、対応するモードと一致する任意の所望の測定を実施するように構成することができることに留意されたい。
【００２５】
図２のコレクタ電源２０２は、選択された電圧または電流レベルを有する複数の電源信号パルスを生成する。電源信号パルスは、高電流容量における電源信号パルス幅を有する。コレクタ電源２０２は、ＤＵＴ１５０が、コレクタ電源ソース端子２１４ａとコレクタ電源共通端子２１４ｂとの間に電流路を形成するように接続されるとき、コレクタ電源ソース端子２１４ａにおいて電源信号パルスを出力する。図２のコレクタ電源２０２は、最大でピーク定格電流の電流を生成する、電流源２２０を含む。
【００２６】
電流源コンデンサＣＣＳは、電流源２２０が電流源コンデンサＣＣＳを充電すること、および電流路にコレクタ電源電流を供給することを可能にするように、電流源２２０にわたって接続される。電流源コンデンサＣＣＳは、コレクタ電源２０２が電流源２２０のピーク定格電流よりも高い高電流容量を有することを可能にする、静電容量を有するようにサイズ決定される。
【００２７】
コレクタ電源２０２はまた、コレクタ電源ソース端子２１４ａ上で電源信号パルス幅および選択された電圧レベルを有する、複数の可変電圧パルスを生成するために、電源電圧発生器２２４も含む。電源電圧発生器２２４は、選択可能な電圧レベルおよび選択可能なパルス幅を生成するように、コントローラ２５０によって制御することができる。電圧レベルおよび電源信号パルス幅は、特定の動作モードおよび任意の事前設定のユーザ選択可能なパラメータ（例えば、コンプライアンスもしくは制限レベル、または任意の他のパラメータ）の必要性に従って、コントローラ２５０によって決定することができる。
【００２８】
コレクタ電源２０２は、電源電圧発生器２２４から可変電圧パルスを受信し、電流源コンデンサＣＣＳの電流容量を有するパルスを生成するように構成される、緩衝増幅器２２６を含む。緩衝増幅器２２６は、コレクタ電源ソース端子２１４ａにおいて、電流源コンデンサＣＣＳからのコレクタ電源電流の実質的に全部を提供するように、電流源コンデンサＣＣＳによって電力供給される。したがって、コレクタ電源２０２は、電流源２０２のピーク定格電流よりも高い、電流源コンデンサＣＣＳによって提供される高電流容量で動作するように構成される。
【００２９】
電源スイッチ２０４は、狭パルス幅を有するスイッチ作動パルスを生成するように構成される、電源スイッチドライバ２１６によって制御される。電源スイッチ２０４は、コレクタ電源ソース端子２１４ａに接続される。電源スイッチドライバ２１６は、コレクタ電源電流の高電流容量を有する複数の狭くなったスイープ信号パルスとして、複数の電源信号パルスを伝導するために、電源信号パルス幅よりも狭い狭パルス幅で、電流路を閉成および開放するように、電源スイッチ２０４を作動させる。
【００３０】
狭パルス電圧モードでは、第１のＤＵＴポート１３２は、電流計２０６を介して、電源スイッチ２０４に接続するように構成される。第２のＤＵＴポート１３４は、コレクタ電源共通端子２１４ｂに接続するように構成され、ここで、複数の狭くなった電源信号パルスは、ＤＵＴ１５０が第１および第２のＤＵＴポート１３２、１３４に接続されるとき、ＤＵＴ１５０に印加される。電圧計２０８は、ＤＵＴ１５０における複数のスイープ信号パルスが、複数の狭いスイープ信号パルスであるとき、狭くなったスイープ信号パルスの狭パルス幅内で、ＤＵＴ１５０にわたるＤＵＴ電圧ＶＤを測定するように構成される。電流計２０６は、ＤＵＴ１５０における複数のスイープ信号パルスが複数の狭いスイープ信号パルスであるとき、狭くなったスイープ信号パルスの狭パルス幅内で、ＤＵＴ１５０を通るＤＵＴ電流ＩＤを測定するように構成される。ゲート信号発生器２１０は、ＤＵＴ１５０がゲートＤＵＴポート１３６に接続される端子を有する三端子デバイスであるとき、ＤＵＴ１５０にゲート信号を提供するために、ゲートＤＵＴポート１３６においてゲート信号を生成するように構成される。
【００３１】
図２のコントローラ２５０は、変化する電圧または電流で複数の狭くなったスイープ信号パルスを生成するように、電流源２２０、電源電圧発生器２２４、および電源スイッチドライバ２１６を制御する、狭パルス電圧モードまたは定電流源モードで、デバイスアナライザ２００を制御するように構成される。ゲート信号発生器２１０は、ゲート信号の異なる電圧に対して、狭くなったスイープ信号パルスのスイープを提供するために、異なる電圧を有するゲート信号を生成するように構成される。
【００３２】
コントローラ２５０は、電流ループ中の他のデバイスの抵抗にかかわらず、設定値を維持できるように電流ループ中の電流レベルを調節するように、電源スイッチ２０４を構成することによって、定電流源モードで動作するように高電流トレースモジュール２００を切り替える。電源スイッチドライバ２１６は、電源スイッチ２０４を介して選択されたレベルに電流レベルを調節し、電流レベルを電流スイープ中で必要とされる他の電流レベルに調整するように制御される。電源電圧発生器２２４は、定電流源モードで電流スイープ中に複数の可変電圧を生成するか、または特定の試験プロトコルまたは測定の要件に従って、ほぼ同一の電圧レベルで複数の電圧パルスを生成するように制御される。ＤＵＴ電圧ＶＤおよびＤＵＴ電流ＩＤは、複数の電圧または電流レベルのそれぞれで測定される。実施される試験プロトコルまたは測定に応じて、測定されたＤＵＴ電圧および電流に対するＤＵＴ抵抗値を含むＤＵＴ特性等の、ＤＵＴのＤＵＴ特性を測定することができる。
【００３３】
図２の電流計２０６は、電流計差動増幅器２３０の入力において接続される可変出力抵抗器Ｒｏｕｔ、および第１の電圧計２３２を備える。電流計差動増幅器２３０の出力Ｖｍは、可変出力抵抗器Ｒｏｕｔにわたる電圧降下を示す。電圧Ｖｍは、電圧計２３２によって測定され、可変出力抵抗器Ｒｏｕｔの既知の値を介して電流ＩＤを決定するために使用される。
【００３４】
電圧計２０８は、ＤＵＴ１５０にわたって接続される入力を伴う電圧計差動増幅器２４０、および第２の電圧計２３６を含む。電圧計差動増幅器２４０の出力電圧Ｖｍは、ＤＵＴ１５０にわたる電圧を示す。電圧計２３６に電圧Ｖｍを印加することによって、ＤＵＴ１５０にわたる電圧降下測定を測定することができる。
【００３５】
図２の高電流カーブトレースモジュール２００は、コントローラ２５０によって決定されるように、狭パルス電圧モードまたは定電流源モードのいずれかで動作することができる。動作のデュアルモードは、電源スイッチ２０４の動作に大きく依存している。図３は、図２の高電流カーブトレースモジュールで使用することができる、電源スイッチ２０４の一実施例の概略図である。図３に示す電源スイッチ２０４は、オーバードライブ増幅器３００、バイアス増幅器３０２、スイッチング要素(element)３０４、調節要素３０６、および電源スイッチ差動増幅器３１０を含む。電源スイッチ２０４は、狭パルス電圧モードで狭パルスを提供することと、定電流源モードで電圧レベルを提供することとの間で、電源スイッチドライバ２１６から受信されるトリガー信号を切り替えるように、コントローラ２５０によって制御することができる、モードスイッチ３２０を含む。図３に示すように、狭パルス電圧モードは、モードスイッチ３２０が点線によって示される位置にあるとき、選択される。定電流源モードは、モードスイッチ３２０が実線によって示される位置にあるとき、選択される。
【００３６】
定電流検知抵抗器Ｒｓｓは、電源スイッチ差動増幅器３１０の入力において接続される。ＲＣブランチ（分岐）３１２は、バイアス増幅器３０２に対するフィードバックとして接続される。抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、電源スイッチ差動増幅器３１０の電流検知機能を支援するように接続される。ＲＣブランチ３１２における抵抗器Ｒ５およびコンデンサＣ１は、調節要素３０６のゲートにおいてバイアス電圧を印加するように、抵抗器Ｒ６およびＲ７、ならびにバイアス増幅器３０２と接続する。電源スイッチ差動増幅器３１０の出力は、定電流検知抵抗器Ｒｓｓを介して検知される電流を示す。電源スイッチ差動増幅器３１０の出力および電源スイッチドライバ２１６からの電圧レベルは、バイアス増幅器３０２を駆動してバイアス電圧を生成するように、ＲＣブランチ３１２ならびに抵抗器Ｒ６およびＲ７によって形成される、フィードバックネットワークに印加される。生成されたバイアス電圧は、一定レベルで、ＤＵＴ１５０を通る電流レベルを調節するように、調節要素３０６を制御する。
【００３７】
モードスイッチ３２０が狭パルス電圧モードを選択するとき、電源スイッチドライバ２１６によって生成されるパルス電圧は、パルス電圧の狭パルス幅の期間中、スイッチング要素３０４が閉成するように作動させるのに十分な電圧レベルを有するパルスを生成するために、オーバードライブ増幅器３００によって緩衝増幅される。パルス幅は、コントローラ２５０によって調整されてもよい。
【００３８】
Ａ．  多機能ユニット
図４は、図１のデバイスアナライザ１００の選択された機能に対して使用することができる、多機能ユニットの一実施例の概略図である。図４の多機能ユニット４００は、可変パルス電流源コンポーネント４０６、可変パルス電圧源コンポーネント４０４、電流計コンポーネント４０２、および電圧計コンポーネント４０８を含む。図４の多機能ユニット４００は、概略的に図示される。コンポーネント４０２、４０４、４０６、および４０８のそれぞれの動作を制御するために使用することができ、かつ特に電流計コンポーネント４０２および電圧計コンポーネント４０８によって提供することができる情報を得るために使用することができる、入力および出力信号は図示されていない。
【００３９】
図２のコントローラ２５０は、例えば、選択された電圧レベルおよび選択されたパルス幅を有する電圧信号を生成するように、可変パルス電圧源コンポーネント４０４を構成する、制御信号を生成することができる。選択されたパルス幅は、非パルスＤＣ電圧出力を提供するように無限大に設定することができる。可変パルス電流源コンポーネント４０６は、選択されたパルス幅を有するパルスで選択された電流レベルを生成するように、制御信号によって設定することができる。
【００４０】
多機能ユニット４００はまた、コンポーネント４０２、４０４、４０６、および４０８のより複雑な動作を可能にするために、処理要素を含むことができる。例えば、可変パルス電圧源コンポーネント４０４は、所定期間中に所定範囲内のレベルを有する一連のパルスを生成するように構成することができる。あるいは、各パルスは、コントローラ２５０の制御下で生成することができる。
【００４１】
図４の多機能ユニット４００は、概して、典型的なカーブトレーサで使用される主要機能コンポーネントを含む。多機能ユニット４００はまた、図２の高電流カーブトレースモジュール２００のコンポーネントの特定の機能を実施するように使用することができる。例えば、多機能ユニット４００を使用し、かつそれに応じて動作するように可変パルス電圧源コンポーネント４０４を構成し、図２の電源電圧発生器が実装することができる。電源スイッチドライバ２２４はまた、第２の多機能ユニットの可変パルス電圧源コンポーネント４０４または可変パルス電流源コンポーネント４０６を使用して同様に実装することができる。図２を参照すると、第１の多機能ユニット２６０は、電源電圧発生器２２４および第２の電圧計２３６の機能の両方を実施するように構成することができる。同様に、第２の多機能ユニット２６２は、電源スイッチドライバ２１６および第１の電圧計２３２の機能の両方を実施するように構成することができる。
【００４２】
Ｂ．  実施例結果
図５Ａは、狭パルス電圧モードで動作する図２の高電流カーブトレースモジュール２００の実装によって生成される、Ｉ−Ｖ曲線のトレース５００の一実施例を示すグラフである。Ｉ−Ｖ曲線のトレース５００は、ＩＧＢＴデバイスに対するＩｃ−ＶＣＥ特性を示す。図５Ｂは、定電流源モードで動作する図２の高電流カーブトレースモジュール２００の例示的な実装によって生成される、ＬＤＭＯＳデバイスのドレイン抵抗測定５５０の一実施例を示すグラフである。高電流カーブトレースモジュール２００の例示的な実装は、最大で１５００Ａのコレクタ電源２０２からのピーク電流、最大で２２．５ｋＷのピーク電力、最大で６０Ｖの出力開放電圧（ＤＵＴが存在しないときのＤＵＴポートにおける電圧）、および２μｓの分解能を有する１０μｓ〜１ｍｓの制御可能パルス幅が可能である。コレクタ電源２０２はまた、電圧パルスまたは電流パルスモードで動作することが可能である。狭パルス電圧モードまたは定電流源モードのいずれかで動作する、図２の高電流カーブトレースモジュール２００を使用して、他の種類の測定が実施することができることが、当業者によって理解されるものとする。
【００４３】
ＩＩＩ．  高電圧中電流カーブトレースモジュール
図６は、高電圧中電流カーブトレースモジュール６００の一実施例の概略図である。図６の高電圧中電流カーブトレースモジュール６００は、高電圧中電流（「ＨＶＭＣ」）コレクタ電源６０２、第２のゲート信号発生器６２０、第２の電圧計６４０、および第２の電流計６４２を含む。第１、第２、および第３のＤＵＴポート１３２、１３４、１３６は、高電圧、中電流トレースモジュール６００に接続するように切り替えられる。
【００４４】
ＨＶＭＣコレクタ電源６０２は、ブレークダウン電圧よりも大きいＤＵＴ１５０の電圧レベルでＤＵＴ１５０を分析するための、高電圧ＤＣ電源として動作するように構成される。ＨＶＭＣコレクタ電源６０２はまた、ＤＵＴ１５０のＩ−Ｖ特性を分析するための、可変電圧および狭パルス電源として動作するようにも構成される。ＨＶＭＣコレクタ電源６０２は、プロセッサ制御機構、もしくは手動のユーザ制御機構、または任意の他の好適なスイッチ機構を含む、スイッチ機構によって、高電圧ＤＣ電源としての動作と、可変電圧および狭パルス電源としての動作との間で切替可能である。
【００４５】
ＨＶＭＣコレクタ電源６０２は、ピーク定格電流を有する可変電圧電源６０４、電源スイッチコンポーネント６０８、および電流拡張コンポーネント６１０を備える。可変電圧電源６０４は、電源電流計６３０、ガード増幅器６３２、電源電圧計６３４、および可変ＤＣ電源６３６を含む。可変電圧電源６０４は、高ピーク電力定格を有する図４の多機能ユニット４００の一バージョンを使用して、実装することができる。可変電圧電源６０４は、図４の多機能ユニット４００の高電力版を使用して実装されるものとして、本明細書に記載される。例えば、一つの実施においては、可変電圧電源６０４は、以下の図９を参照して記載される「高電圧コレクタ電源９０２」として以下に特定される、コレクタ電源コンポーネントを使用して実装することができる。しかしながら、可変電圧電源６０４は、独立したコンポーネントとして提供される可変ＤＣ電源、ガード増幅器、電流計、および電圧計を使用して実装することができることが、当業者によって理解されるものとする。
【００４６】
高電力多機能ユニットの例示的な実装は、多機能ユニットの可変電圧コンポーネントを使用して実装することができる、可変ＤＣ電源６３６に接続される、ガード増幅器入力を有する、ガード増幅器６３２を追加することによって、図６の可変電圧電源６０４として動作するように実装することができる。ガード増幅器６３２は、可変電圧電源６０４または高電力多機能ユニットのガード出力として構成することができる。電源電流計６３０は、可変電圧電源６３６と高電力多機能ユニットのフォース端子との間で、直列の高電力多機能ユニットの電流計を使用して、実装することができる。電源電圧計６３４は、可変電圧電源６０４として使用されている高電力多機能ユニットの電圧計コンポーネントを使用して、実装することができる。
【００４７】
可変ＤＣ電源６３６は、高電圧中電流カーブトレーサモジュール６００が高電圧ＤＣ電源として動作しているとき、ＨＶＭＣコレクタ電源６０２に対して電力を提供する。電流レベルは、電源電流計６３０を使用して測定され、ＤＵＴ１５０にわたる電圧は、電源電圧計６３４を使用して測定される。ガード増幅器６３２は、ＨＶＭＣコレクタ電源が高電圧ＤＣ電源として動作するとき、ガードシールド６１２に接続され、電力は、ＤＵＴ１５０に直接印加される。
【００４８】
電流拡張コンポーネント６１０は、高電圧パルス電源６０４にわたって接続される、電流源コンデンサＣＣＳを備える。電流源コンデンサＣＣＳは、可変電圧電源６０４のピーク定格電流よりも高い高電流容量で電流を生成するように、電流源コンデンサＣＣＳを充電するように、可変電圧電源６０４から電流を受信する。
【００４９】
電流拡張コンポーネント６１０は、可変電圧電源６０４と電流源コンデンサＣＣＳとの間に接続される、第１の充電スイッチＳＷ２および第２の充電スイッチＳＷ３を含む。第１および第２の充電スイッチＳＷ２、ＳＷ３は、閉成されているとき、電流源コンデンサＣＣＳを選択的に充電する。第１および第２の充電スイッチＳＷ２、ＳＷ３は、第１および第２の充電スイッチＳＷ２、ＳＷ３が開放されているとき、電流源コンデンサＣＣＳをフローティングにする。スイープ信号スイッチＳＷ１は、電流源コンデンサＣＣＳの第１のリードに接続され、スイープ信号スイッチＳＷ１は、スイープ信号スイッチＳＷ１が閉成されているとき、可変出力抵抗器を介して、ＤＵＴ１５０においてスイープ信号パルスを生成するように構成される。
【００５０】
電源スイッチコンポーネント６０８は、可変電圧および狭パルス電源としてＨＶＭＣコレクタ電源６０２を動作させるように、電流拡張コンポーネント６１０に接続するように、あるいは、非パルス電圧源として動作するように、ＤＵＴ１５０に直接接続するように、可変電圧電源６０４を選択的に切り替える。ＤＵＴ１５０に接続されるとき、可変電圧電源６０４のガード出力へのガード増幅器６３２出力は、ＨＶＭＣコレクタ電源６０２が高電圧ＤＣ電源として動作するように構成されるとき、ガードシールド６１２に接続するように切り替えられる。ガードシールド６１２は、電源電流計６３０が最小でピコアンペアレベルの電流を測定することを可能にするように動作する。
【００５１】
図６の電源スイッチコンポーネント６０８は、スイッチＳＷＡ、ＳＷＢ、およびＳＷＣを含む。スイッチＳＷＡ、ＳＷＢ、およびＳＷＣにおいて点線によって示される状態で、ＨＶＭＣコレクタ電源６０２は、ＤＵＴ１５０に高電圧ＤＣ信号を提供するように、高電圧ＤＣ電源モードで動作する。スイッチＳＷＡは、可変電圧電源６０４から電流拡張コンポーネント６１０を接続解除するために開放される。スイッチＳＷＢは、可変電圧電源６０４を、ＤＵＴ１５０に直接接続するガードシールド６１２のケーブルに接続するように、点線で設定される。スイッチＳＷＣは、ガード増幅器６３２をガードシールド６１２に接続するように設定する点線で設定される。実線の設定におけるスイッチＳＷＡ、ＳＷＢ、およびＳＷＣの設定は、図７Ａを参照して以下に記載されるように動作するように、電流拡張コンポーネント６１０を可変電圧電源６０４およびＤＵＴ１５０に接続する。
【００５２】
第２のゲート信号発生器６２０は、ＤＵＴが三端子デバイスであるとき、ＤＵＴにゲート信号を生成するように構成される。第２の電圧計６４０は、ＤＵＴ１５０にわたる電圧を測定するように構成される。第２の電流計６４２は、ＤＵＴ１５０を通る電流レベルを測定するように構成される。第２の電圧計６４０および第２の電流計６４２は、ＨＶＭＣコレクタ電源６０２が可変電圧および狭パルス電源として動作するように構成されるとき、ＤＵＴ１５０における電圧および電流を測定する。
【００５３】
コントローラは、図２の高電流カーブトレースモジュール２００に示されるコントローラ２５０と同様に、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュール６００に含まれることができることに留意されたい。図６には図示しないが、以下の説明は、コントローラに言及し、それは、図２のコントローラ２５０と同様の方法で実装されることを理解されたい。
【００５４】
図７Ａは、可変電圧狭パルスモード７００で動作する、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュールの概略図である。図７Ａの高電圧中電流カーブトレースモジュールは、スイッチＳＷＡ、ＳＷＢ、およびＳＷＣの設定が図６に示す実線の設定である場合の、可変電圧狭パルスモードにおける動作を説明する。可変電圧狭パルスモード７００の高電圧中電流カーブトレースモジュールは、可変電圧電源６０４、第１および第２の充電スイッチ７０４および７０６、電流源コンデンサＣＣＳ、スイープ信号スイッチ７１０、可変出力抵抗器Ｒｏｕｔ、スイープ信号スイッチドライバ７２０、充電スイッチドライバ７２２、電圧計差動増幅器７２４、および電流計差動増幅器７２６を含む。
【００５５】
電圧計差動増幅器７２４は、ＤＵＴ１５０にわたって接続される入力を含む。電流計差動増幅器７２６は、ＤＵＴ１５０と直列に接続される電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅにわたって接続される、入力を含む。スイープ信号スイッチドライバ７２０および充電スイッチドライバ７２２は、図４を参照した上記の多機能ユニット４００と同様の多機能ユニットを使用して、実装することができる。スイープ信号スイッチドライバ７２０として動作するように実装される多機能ユニットの可変電圧源コンポーネントは、選択された狭パルス幅に対応する期間中、スイープ信号スイッチ７１０の閉成および開放をするように、制御信号を提供するように構成することができる。スイープ信号スイッチドライバ７２０に対して使用される同じ多機能ユニットは、電圧計差動増幅器７２４の出力電圧を測定し、それによって図６の第２の電圧計６４０を提供するように構成することができる。同様に、充電スイッチドライバ７２２は、充電スイッチ７０４、７０６の閉成または開放をするパルスを生成するように構成される、別の多機能ユニットの可変電圧源コンポーネントとすることができる。多機能ユニットの電圧計コンポーネントは、電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅの既知の抵抗値に基づき、ＤＵＴ７５０を通る電流を決定するために、電流計差動増幅器７２６の出力電圧を測定するように構成することができる。
【００５６】
可変電圧狭パルスモードにおいて、第１および第２の充電スイッチ７０４、７０６は、電流源コンデンサＣＣＳを充電するのに十分な時間にわたって閉成される。第１および第２の充電スイッチ７０４、７０６は、次いで、スイープ信号スイッチ７１０が、パルスに対する電源として電流源コンデンサＣＣＳを使用してパルスを生成するために閉成される前に、電流源コンデンサＣＣＳをフローティングにするように開放される。
【００５７】
図７Ｂは、高電圧ＤＣ電源モードで動作する、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュールの概略図である。図７Ｂの高電圧中電流カーブトレースモジュールの図は、ガードシールド６１２に接続されるガード増幅器６３２を有する、ＤＵＴ１５０に直接接続される可変電圧電源６０４を示す。高電圧ＤＣ電源モードでは、高電圧中電流カーブトレースモジュールは、ＤＵＴ１５０のブレークダウン電圧またはほぼブレークダウン電圧である、ＤＵＴ１５０への高電圧を印加するために使用することができる。ブレークダウン電圧またはほぼブレークダウン電圧のＤＵＴ１５０を通る電流は、最小でピコアンペアレベルまで分析することができる。
【００５８】
図８は、可変電圧狭パルスモードで動作する、図６の高電圧中電流カーブトレースモジュールの実装によって生成される、Ｉ−Ｖ曲線のトレース８００の一実施例を示すグラフである。図８のＩ−Ｖ曲線のトレース８００に示すように、ＤＵＴ１５０は、高電圧（１．５ｋＶ、または一実施例では、２．０ｋＶほどの高さ）で試験されてもよい。狭パルスで高電圧パルスおよび中電流レベルを印加することによって、ＤＵＴ１５０は、自己発熱による損傷から保護される。さらに、高電圧中カーブトレースモジュールを高ＤＣ電源モードに切り替えることによって、ＤＵＴ１５０は、ＤＵＴ１５０の試験環境の実質的および／または時間のかかる変更を必要とすることなく、ブレークダウン電圧レベルまたはほぼブレークダウン電圧レベルにおいて分析をすることができる。
【００５９】
ＩＶ．  高電圧カーブトレースモジュール
図９は、高電圧カーブトレースモジュール９００の一実施例の概略図である。高電圧カーブトレースモジュール９００は、高電圧コレクタ電源９０２、ならびに可変パルス電圧源コンポーネント９０４ａおよび電圧計コンポーネント９０４ｂを含む高電圧多機能ユニット９０４を含む。高電圧多機能ユニット９０４は、ピーク定格電圧(peak voltage rating)を有するパルス電源として動作するように構成される。高電圧多機能ユニット９０４はまた、高電圧多機能ユニット９０４によって生成される電圧を増幅するために接続される、高電圧増幅器９０６も含む。高電圧増幅器９０６は、低レベルから、高電圧多機能ユニット９０４のピーク定格電圧よりも高い高レベルに及ぶ可変電圧レベル、および高電圧多機能ユニット９０４によって決定されるパルス幅を有する、電圧スイープ信号を生成する。高電圧多機能ユニット９０４は、高電圧増幅器９０６の増幅率に従って増幅される、選択されたパルス幅および電圧レベルのパルスを生成するように、図２に示すコントローラ２５０と同様の方法で構成されるコントローラによって制御することができる。
【００６０】
高電圧多機能ユニット９０４は、図４の多機能ユニット４００の高電力版を使用して実装されるものとして、本明細書に記載されることに留意されたい。しかしながら、高電圧多機能ユニット９０４は、独立したコンポーネントとして提供される可変ＤＣ電源および電圧計を使用して実装できることが、当業者によって理解されるものとする。
【００６１】
高電圧コレクタ電源９０２はさらに、電流計９０８および分圧器９１０を含む。分圧器９１０は、分圧器９１０の一方の端部において高電圧増幅器９０２の出力に、および分圧器９１０の反対側の端部において高電圧多機能ユニット９０４に接続される。分圧器９１０は、高電圧多機能ユニット９０４の電圧計コンポーネント９０４ｂに接続される、分圧ノード９１２を含む。
【００６２】
電流計９０８は、ＤＵＴ１５０と直列に接続され、最小でピコアンペアレベルの電流を測定するように構成される。可能な限り低いレベルまで電流を測定することを助けるために、ガード増幅器およびガードシールドを追加することができる。第１および第２のＤＵＴポート１３２、１３４は、それぞれ、高電圧増幅器の出力および第３の電流計において、高電圧カーブトレースモジュール９００に接続するように切り替えられる。高電圧多機能ユニット９０４の電圧計コンポーネント９０４ｂは、ＤＵＴ１５０における電圧を測定し、第３の電流計９０８は、高電圧増幅器出力レベルが変化するにつれて、ＤＵＴ１５０を通る電流を測定する。
【００６３】
図９は、ＤＵＴ１５０が三端子デバイスであるとき、ＤＵＴ１５０のゲート端子にゲート信号を印加するための、ゲート信号発生器９２０を示す。したがって、図９は、高電圧カーブトレースモジュール９００が標準的なＩ−Ｖ曲線のトレースを生成するように実装することができることを示す。製造または開発環境において、ＤＵＴ１５０は、静的特性を決定するための試験に供され、次いで、異なる試験環境を使用する必要なく、高電圧におけるブレークダウン特性および他の挙動を決定するために、ＤＵＴ１５０を高電圧試験に供するように効果的に切り替えることができる。
【００６４】
図１０は、図９の高電圧カーブトレースモジュール９００の実装によって生成される、高電圧および電流測定１０００の一実施例を示すグラフである。図１０の高電圧および電流測定１０００で試験されるＤＵＴ１５０は、ダイオードのブレークダウン電圧を決定するために逆バイアスで試験されるダイオードである。図１０の高電圧および電流測定１０００を生成するための例示的なプロセスにおいて、ダイオードは、高電圧コレクタ電源９０２からの電圧が逆バイアスでダイオードに印加されるように、図９の第１および第２のＤＵＴポート１３２、１３４に接続することができる。低電圧から１０ｋＶほどの高電圧までの電圧レベルにおけるパルスのスイープがＤＵＴ１５０に印加することができる。電圧レベルが増加するにつれて、非常に低い電流レベルにおける電流測定は、どこで接合のブレークダウンが生じ始めるかを正確に判断することができる。さらなる測定および増加された電圧レベルにより、接合がブレークダウンするにつれての、デバイスの挙動についての有益な分析を提供する。
【００６５】
高電圧カーブトレースモジュール９００の高電圧および低電流測定能力を有利に活用することによって、他の種類の試験およびデバイス分析が実施することができることが、当業者によって理解されるものとする。
【００６６】
Ｖ．  パルス波形アナライザ
パルスＩ−Ｖ曲線のトレースは、自己発熱によってＤＵＴ１５０を破壊する可能性を低減する一方で、Ｉ−Ｖ特性の測定を可能にする。パルスＩ−Ｖ曲線のトレースが生成されるとき、スイープ信号のパルスの期間中、測定が行われる。しかしながら、パルスは、低レベルまで低下する前の一定期間にわたって安定しているレベルまで完全に上昇することはほとんどない。典型的には、パルスは、測定を行うために十分安定する前に、ある程度のセトリング時間を必要とする可能性がある。
【００６７】
カーブトレーサは、典型的には、固定パルス幅を有するパルスでパルスＩ−Ｖ分析を実施し、測定は、測定開始に対して固定の遅延後、固定測定アパーチャ内で行っていた。パルス波形アナライザは、パルス中の最適時間中に測定が行われるように、ユーザがパルス波形を構成することを可能にすることが提案される。
【００６８】
図１１Ａは、パルス波形アナライザ１１００を検査するための例示的な方法のフローチャートである。パルス波形アナライザ１１００は、パルスに対する、およびパルスパラメータの何らかの制御を得るためのツールを、ユーザに提供する。パルス波形アナライザ１１００はまた、デバイスの分析において生成されるパルスの挙動を分析するためのツールを、ユーザに提供する。図１２Ａおよび１２Ｂは、パルス波形アナライザの一実施例の動作を示すグラフである。パルス波形アナライザ１１００の以下の説明において、図１２Ａおよび１２Ｂのグラフが参照される。
【００６９】
パルス波形アナライザ１１００は、刺激としてパルスを伴ういかなる測定において使用されてもよい。パルス波形アナライザ１１００の説明は、Ｉ−Ｖ曲線のトレースと関連している。しかしながら、パルスを伴ういかなる種類の試験も、有利に、ツールとしてパルス波形アナライザ１１００を含むことができる。パルス波形アナライザ１１００は、図１のデバイスアナライザ１００のソフトウェアコンポーネントとして実装され、パルス試験刺激（例えば、パルスＩ−Ｖスイープ）を伴う試験測定を実施するために備えられる任意のカーブトレースモジュールによる動作に利用することができる。そのようなソフトウェアコンポーネントの例示的な実装を、図１１Ｂを参照して以下に記載する。あるいは、ソフトウェアコンポーネントは、特に、個々のカーブトレースモジュールのソフトウェアシステムに実装されてもよい。
【００７０】
図１１Ａを参照すると、パルス波形アナライザ１１００は、Ｉ−Ｖスイープのいかなる点における動作に対しても開始することができる。ステップ１１０２において、パルススイープが実施され、ユーザは、パルス波形アナライザ１１００を起動するためのオプションが与えられる。パルス波形アナライザ１１００は、ユーザインターフェース機構（例えば、画面上またはデバイスアナライザ１００のユーザインターフェースパネル上のボタン）を通して、ユーザによって起動することができる。あるいは、ユーザは、パルス波形アナライザ１１００がＩ−Ｖ曲線のトレースと連動して動作するように、Ｉ−Ｖスイープを事前設定することができる。
【００７１】
ステップ１１０４において、制御は、ソフトウェアプロセスとしてのパルス波形アナライザ１１００の動作に移される。例えば、ソフトウェアプロセスまたはコマンド「パルス波形を検査する」は、パルス波形アナライザ１１００の機能および分析デバイスへのアクセスを、ユーザに提供することができる。Ｉ−Ｖ曲線のトレースは、バックグラウンドで動作し続けることもでき、またはトレースは、停止されることもできる。いずれにしても、パルス波形の分析は、記憶された測定データを使用して進行することができる。
【００７２】
ユーザは、Ｉ−Ｖ曲線のトレース上のデータ点を選択することによって、パルス波形アナライザ１１００の動作を起動することができる。例えば、図１２Ａにおいて、ユーザは、Ｉ−Ｖ曲線のトレース１２００上の点１２０２を選択することができる。時間軸上の時間、および特定の曲線トレース上で所望のパルス波形がどこに位置するのかを示すための特定のゲート電圧レベル等のパラメータを規定することによって、選択を行うことができる。一実施例では、デバイスアナライザ１００は、検査のために選択されるパルスが曲線トレース上で見つかる点をユーザがクリックするかまたはつつく(poke)ことを可能にする、ＧＵＩツールを含むことができる。
【００７３】
ステップ１１０６において、パルス波形アナライザ１１００は、ドレイン電圧ＶＤの表示を生成することができる。ステップ１１０８において、ドレイン電流ＩＤもまた、波形モニタ１０８（図１中）上に表示することができる。図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、ドレイン電圧ＶＤおよびドレイン電流ＩＤは、経時的な信号レベルのグラフとして表示することができる。ｙ軸は、信号レベルを表すことができ、それは、表示されているパラメータに応じて、電圧または電流のいずれかである。ｘ軸は、時間を表すことができる。信号レベルグラフは、ｙ軸を共有し、図１２Ａのグラフ１２００に示すようなラベルで、または色識別によって、ドレイン電圧ＶＤをドレイン電流ＩＤと区別してもよい。信号グラフはまた、個々にパルスを示すように分割され、かつ図１２Ｂのグラフ１２５０に示すように経時的に整列することができる。
【００７４】
ステップ１１１０において、パルス波形アナライザ１１００は、電圧パルス（ＶＤ）および／または電流パルス（ＩＤ）を示すグラフ上の測定アパーチャを表示する。図１２Ａおよび１２Ｂに示すように、測定アパーチャは、ドレイン電圧（ＶＤ）、ドレイン電流（ＩＤ）、あるいは両方の測定が行われるウィンドウとして示される。示されたパラメータ（ＶＤまたはＩＤ）の測定値は、スイープに対するＩ−Ｖ曲線をプロットするのに使用される、対応するパラメータに対する値となる。
【００７５】
決定ブロック１１１２において、ユーザは、測定期間を調整するように指示することができる。プロンプトは、ユーザが調整したいかどうかに関する質問の直接表示の形態とすることができる。プロンプトはまた、間接的であってもよく、例えば、波形モニタ１０８の表示上にカーソルが配置され、調整期間値を入力するための位置を示してもよい。ユーザは、時間値を入力することができ、それは次いで、記憶され、後続のスイープで測定期間として使用することができる。測定期間は、測定アパーチャの期間または幅であり、それは、ドレイン電圧（ＶＤ）および／またはドレイン電流（ＩＤ）を測定することができる時間を表す。
【００７６】
ユーザが、測定期間が調整されるという指示を入力する場合、あるいは新しい測定期間が入力される場合、調整された測定期間のユーザ入力は、ステップ１１１４において使用可能になる。ステップ１１１６において、ユーザ入力された測定期間は、測定アパーチャの新しい期間として設定される。後続のスイープは、電圧および電流値をサンプリングするために、新しい測定期間を使用する。測定期間の調整は、測定アパーチャの幅の変化によって図示される。
【００７７】
決定ブロック１１１８において、ユーザは、パルス期間の開始後の電圧または電流の測定を遅延させる期間である、「測定開始遅延」を調整するように指示することができる。測定開始遅延は、測定アパーチャの左縁として図示される、測定期間の開始に対する開始点を提供する。パルスの表示は、パルスが安定していない場所を示すことができることに留意されたい。典型的には、パルスの安定性の欠如は、パルスの期間の開始時である。ユーザは、パルスがあるレベルにセトリングした後に始まるように、測定開始遅延パラメータを調整することができる。
【００７８】
ステップ１１２０（決定ブロック１１１８からの「ＹＥＳ」の経路）において、ユーザは、新しい測定開始遅延を入力するように指示(prompt)または許可される。新しい測定開始遅延の値の入力は、時間値の直接入力によって達成されてもよい。一実施例では、デバイスアナライザ１００は、ユーザが、測定アパーチャを時間軸に沿って選択およびスライドすることによって、表示上の測定アパーチャを移動させることを可能とすることができるＧＵＩツールを含む。ステップ１１２２において、ユーザ入力された期間は、新しい測定開始遅延の値として設定される。表示は、変更を反映するように調整される。測定開始遅延の調整は、パルス期間に対する測定アパーチャの位置の変更によって図示される。
【００７９】
ステップ１１２４において、パルス波形スイープは、ユーザによって入力される任意の新しいパラメータを使用して継続される。パルス波形アナライザは、ユーザがさらなる調整を行いたい場合、利用可能なままである。波形モニタ１０８は、Ｉ−Ｖスイープが継続する中、引き続きＩ−Ｖ曲線上の電流点１２０２においてパルスを引き直すことができる。ユーザは、Ｉ−Ｖ曲線のトレースの任意の位置でパルス波形を分析するために、任意の時点で別の点１２０２を選択することができる。
【００８０】
図１１Ｂは、パルス波形アナライザ１１００の例示的な実装のブロック図である。上記の通り、パルス波形アナライザ１１００は、デバイスアナライザ１００（図１中）のソフトウェアコンポーネントとして実装することができる。パルス波形アナライザ１１００は、パルス波形アナライザ１１５０、パルスグラフ化機能１１５２、モニタインターフェース１１５６、および好適なユーザ入力デバイス１１６０へのユーザ入力インターフェース１１５４を含む。パルス波形アナライザ１１００は、パルス波形アナライザ１１００をカーブトレースモジュールインターフェース１１７０に接続する、ハードウェアおよびソフトウェアドライバ１１８０を経由して、カーブトレースモジュールインターフェース１１７０を含むことができる。カーブトレースモジュールインターフェース１１７０は、図１のモジュール相互接続１０６に関する例示的な実装で実装することができる。
【００８１】
パルス波形アナライザ１１００は、電圧計および電流計が電圧および電流測定を行うことができる測定期間、ならびに狭くなったスイープ信号パルスの狭パルス期間の開始後、測定期間を開始するための待ち時間を示す、測定期間の開始の遅延を含む、選択可能なパルスパラメータのユーザ入力を容易にするために、ユーザ入力機能１１６０を含む。パルスグラフ化機能１１５２は、以下の機能を提供する。
１．狭くなったスイープ信号パルスのうちの１つに対応する、パルス波形をグラフ化すること。
２．測定期間および測定開始遅延期間を表示すること。
３．測定期間、および狭くなったスイープ信号パルスのパルス期間に対する期間値を示すこと。および、
４．波形モニタ上のＩ−Ｖ波形の表示上に、パルス波形トレースを重ね合わせること。
【００８２】
ＶＩ．  Ｉ−Ｖスイープに対する信号クリップ機能
カーブトレーサにおけるコレクタ電源は通常、典型的には可変抵抗器である、出力抵抗器を含む。出力抵抗器は、曲線トレース上の電力制限を設けるために使用することができる。所与の曲線トレース中の出力抵抗器の値は、負荷線としてＤＵＴの抵抗と共に曲線トレース上に現れる。負荷線は、各ゲート設定に対する各曲線トレースの端点、または二次スイープ電圧が結ばれる。すなわち、負荷線の傾斜は、出力抵抗およびＤＵＴの抵抗の合計値を示す。ユーザは、最大電力制限を設定するように、出力抵抗を調整することができる。電圧スイープの間、スイープは、最大電力制限に対応する電圧値までに制限される。電流スイープの間、スイープは、最大電力制限に対応する電流値までに制限される。
【００８３】
高電力デバイスのＩ−Ｖ曲線のトレースの間、コレクタ電源電圧は、高電圧における大電流を監視するために増加される。しかしながら、デバイスのブレークダウン電圧が、それをデバイスが試験される電圧範囲内に取り込む負荷線上にある場合、デバイスが試験中に破壊する危険性がある。破壊の危険性は、Ｉ−Ｖトレースから得ることができる情報を制限する。デバイスブレークダウン電圧が負荷線によって示される最大電力制限内にある場合、デバイスは、後続の二次電圧スイープにおいてブレークダウン電圧未満である電圧に達する前に、破壊する可能性がある。
【００８４】
所望の電圧および電流レベルで試験を実施することができることを確実にするために、信号クリップ(clip)は、破壊に接近することを回避するように設計される、スイープ中の制限として、ユーザにより規定することができる。図１３は、Ｉ−Ｖ曲線のトレースに対する信号クリップを設定するための例示的な方法として示される、信号クリップ機能１３００のフローチャートである。
【００８５】
信号クリップは、Ｉ−Ｖ曲線のトレースの構成中に規定することができる。ステップ１３０２において、パルススイープは、Ｉ−Ｖ曲線のトレースに対して構成することができる。パルススイープの構成は、ドレイン電圧、ドレイン電流、およびゲート信号に制限を設定することを含むことができる。制限は、直接設定することができ、または出力抵抗を調整することによって設定することができる。Ｉ−Ｖ曲線のトレースの構成中、決定ブロック１３０４において、信号クリップが設定されるべきかどうかユーザに質問することができる。ユーザが、信号クリップが設定されるべきと示す場合、ユーザは、電圧クリップ（Ｖｃｌｉｐ）、電流クリップ（Ｉｃｌｉｐ）、または電力クリップ（Ｐｃｌｉｐ）のいずれかに対する値を入力する。
【００８６】
ステップ１３０８において、パルススイープは、第１のスイープ信号パルスを生成することによって、第１の二次スイープ電圧値において開始される。ステップ１３１０において、次の信号パルスが生成される。ステップ１３１２において、ドレイン電圧（ＶＤ）およびドレイン電流（ＩＤ）が測定され、電力値は、測定された電圧および電流値を使用して計算することができる。決定ブロック１３１４において、測定されたドレイン電圧（ＶＤ）および／もしくはドレイン電流（ＩＤ）値、または計算された電力値（Ｐｃｌｉｐ）は、対応する信号クリップ値と比較される。
【００８７】
測定または計算された値が対応する信号クリップ値以上である場合、電流二次スイープ設定に対するスイープは、停止される。ステップ１３１６において、次の二次スイープレベルが次のスイープに対して設定される。決定ブロック１３２０において、二次スイープレベルは、範囲に達したかどうかを決定するためにチェックされる。決定ブロック１３２０が、最後の二次スイープレベルに達したことを示す場合、Ｉ−Ｖ特性は、ステップ１３２４において、完全な組(set)として表示される。決定ブロック１３２０が、次のスイープが次の二次スイープレベルに対して実施されることを示す場合、パルススイープは、ステップ１３２２において再設定される。ステップ１３１０において、次の信号パルスが生成され、測定／計算された値を信号クリップと比較するステップが繰り返される。
【００８８】
図１４は、電圧クリップで実装される、例示的なＩ−Ｖ曲線のトレース１４００を示すグラフである。Ｉ−Ｖ曲線のトレース１４００のグラフは、ＤＵＴに対するブレークダウン電圧ＶＢＶの指示、および二次スイープレベル１〜６のそれぞれに対する曲線トレースを含む。電圧クリップＶｃｌｉｐは、ＤＵＴに対するブレークダウン電圧ＶＢＶよりも低いレベルに設定される。図１４のＩ−Ｖ曲線のトレース１４００が示すように、二次スイープレベル５の点ＡにおけるＤＵＴの挙動は、電圧クリップＶｃｌｉｐを設定することなく分析されることはない。
【００８９】
ＶＩＩ．  高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール
図１５Ａは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール１５００の一実施例の概略図である。高電圧、高電流高速スイッチ（「高速スイッチ」）カーブトレースモジュール１５００は、高電流多機能ユニット１５０４、高電圧多機能ユニット１５０６、および電流源保護ダイオード１５０８を含む、高速スイッチコレクタ電源１５０２を含む。高速スイッチコレクタ電源１５０２は、ＤＵＴ１５０にドレイン電流ＩＤを提供する。二次スイープ信号発生器１５２８は、曲線トレース中に二次スイープを提供するために、ゲート信号を生成する。図１５の高速スイッチカーブトレースモジュール１５００は、ＤＵＴ１５０に対するＩ−Ｖ曲線のトレースを実施するように、かつストレス電圧からの電流崩壊を受ける三端子デバイスを分析する試験を実施するように構成される。
【００９０】
高速スイッチコレクタ電源１５０２の高電流多機能ユニット１５０４は、高電流源コンポーネント１５１０、電圧計コンポーネント１５１２、および電流計コンポーネント１５１４を含む。高電流多機能ユニット１５０４は、電流ソース端子１５３０と電流共通端子１５３２との間の電流路上の電流源として動作するように構成される。
【００９１】
高電圧多機能ユニット１５０６は、高電圧源コンポーネント１５１６、電圧計コンポーネント１５１８、および電流計コンポーネント１５２０を含む。高電圧多機能ユニット１５０６は、電圧ソース端子１５４０および電圧共通端子１５４２において選択可能な電圧を生成するように構成される。高電圧多機能ユニット１５０６は、電流共通端子１５３２に接続される電圧共通端子１５４２を有する高電流多機能ユニット１５０４と並列に接続される。
【００９２】
電流源保護ダイオード１５０８は、ＤＵＴ１５０がオフであるとき、高電圧多機能ユニット１５０６からの電流が、高電流多機能ユニット１５０４に流れることを防ぐために、電流ソース端子１５３０における高電流多機能ユニット１５０４と、電圧ソース端子１５４０における高電圧多機能ユニット１５０６との間に接続される、順方向バイアスである。電流源保護ダイオード１５０８は、ＤＵＴ１５０がオンであるとき、電流が高電流多機能ユニット１５０４から流れることを可能にする。
【００９３】
ストレス電圧を受けるＤＵＴ１５０の挙動を分析するための試験測定において、第１、第２、および第３のＤＵＴポート１３２、１３４、１３６は、高速スイッチカーブトレースモジュール１５００に接続するように切り替えられる。高電圧多機能ユニット１５０６の電圧計コンポーネント１５１８は、ＤＵＴ１５０における電圧を測定する。高電流多機能ユニット１５０４の電流計コンポーネント１５１４は、ＤＵＴ１５０を通る電流を測定する。
【００９４】
試験中、高電圧多機能ユニット１５０６によって生成される選択可能な電圧は、ストレス電圧としてＤＵＴ１５０にわたって印加される。一定時間後、ゲート信号は、ＤＵＴ１５０をオンにするように切り替えられる。ＤＵＴ１５０における電圧および電流は、経時的な電流および電圧応答の分析を可能にするように、経時的にグラフ化される。電流測定は、高電圧多機能ユニット１５０６からの電流に、高電流多機能ユニット１５０４からの電流を加えることによって得られる。合計は、ドレイン電流ＩＤである。
【００９５】
図１５Ｂは、図１５Ａの高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール１５００の動作を概略的に示す、グラフ１５５０である。図１５Ｂは、ＤＵＴ１５０上のストレス電圧として動作する、高電圧多機能ユニット１５０６からの電圧を示す。ゲートがＤＵＴ１５０をオンにするように切り替えられるとき、高速スイッチコレクタ電源１５０２における電圧は、ＤＵＴ１５０にわたる電圧の降下に反応して降下する。ＤＵＴ１５０を通る電流は、ＤＵＴ１５０がオンであるときに増加するはずであるが、代わりに、一定期間にわたって低いままである。図１５Ｃは、図１５Ａの高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール１５００の動作を示す、別のグラフ１５６０である。図１５Ｃのグラフ１５６０は、高速スイッチカーブトレースモジュール１５００の例示的な実装によって実施される試験から生成される、試験データを含む。
【００９６】
図１６Ａは、高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュール１６００の別の実施例の概略図である。高電圧、高電流高速スイッチ（「高速スイッチ」）カーブトレースモジュール１６００は、図１５Ａの高速スイッチカーブトレースモジュール１５００で使用される、高電流多機能ユニット１５０４および高電圧多機能ユニット１５０６を含む、高速スイッチコレクタ電源１６０２を含む。高速スイッチコレクタ電源１６０２はまた、電流源保護スイッチ１６０８およびスイッチゲート信号発生器１６１０を含む。高速スイッチコレクタ電源１６０２は、ＤＵＴ１５０に順方向バイアス電流ＩＦを提供する。図１６Ａの高速スイッチカーブトレースモジュール１６００は、ストレス電圧からの電流崩壊を受ける二端子デバイスを分析する試験を実施するように構成される。
【００９７】
電流源保護スイッチ１６０８は、電流源保護スイッチ１６０８がオフであるとき、高電圧多機能ユニット１５０６によって生成される電流が、高電流多機能ユニット１５０４に流れることを防ぐように、高電流多機能ユニット１５０４と高電圧多機能ユニット１５０６との間に接続される。電流源保護スイッチ１６０８は、電流源保護スイッチ１６０８がオンであるとき、ＤＵＴ１５０に対する電流源として動作する。スイッチゲート信号発生器１６１０は、電流保護スイッチ１６０８をオンおよびオフにするために、ゲート信号を生成する。
【００９８】
二端子ＤＵＴ１５０の電流崩壊を分析するための試験中、電流源保護スイッチ１６０８がオフ状態である場合、高電圧多機能ユニット１５０６によって生成される電圧は、ＤＵＴ１５０にわたって逆バイアスとして印加される。ゲート信号は、電流保護スイッチ１６０８をオンにするように切り替えられ、ＤＵＴ１５０における電圧および電流は、経時的な電流および電圧応答の分析を可能にするように、経時的にグラフ化される。
【００９９】
図１６Ｂは、図１６Ａの高電圧、高電流高速スイッチカーブトレースモジュールの動作を示すグラフである。
【０１００】
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の種々の態様および詳細が変更されてもよいことを理解されたい。さらに、上記の説明は、例示のみを目的とし、制限することを目的としていない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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