李 璐 楊麗娟 楊 陽(yáng)

(南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院，南京 210009)

半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)可檢測(cè)二極管、三極管、MOS管等半導(dǎo)體器件的伏安(I-V)特性、電容-電壓(C-V)特性、電容-頻率(C-F)特性、準(zhǔn)靜態(tài)脈沖伏安(PIV-Q)特性、應(yīng)力特性等[1-4]，在半導(dǎo)體技術(shù)、有機(jī)光電子學(xué)等教學(xué)、科研及企業(yè)技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域都是非常實(shí)用的基礎(chǔ)工具。掌握該系統(tǒng)的基本測(cè)試功能和常見(jiàn)故障排除技能、開(kāi)發(fā)創(chuàng)建新的測(cè)試功能等才能更好的服務(wù)于教學(xué)、科研及地方科技發(fā)展。

1 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)基本構(gòu)件與功能

半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)由Keithley4200-SCS半導(dǎo)體分析儀與能夠屏蔽光線和電磁干擾的真空探針臺(tái)組成。Keithley4200-SCS自帶KITE交互式多功能測(cè)試軟件，并能實(shí)時(shí)繪圖與分析測(cè)試結(jié)果，加速和簡(jiǎn)化了獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程。其模塊化結(jié)構(gòu)，配置非常靈活，可支持中等功率4200-SMU(0.1A/2W)和高功率4210-SMU(1A/20W)的4個(gè)SMU源測(cè)量單元；前置放大器模塊可以有效地減少長(zhǎng)電纜所產(chǎn)生的噪聲，增強(qiáng)信號(hào)的電壓幅度，提高測(cè)試精度；4210-CVU電容電壓測(cè)量單元和4225-PMU 超快I-V測(cè)量單元[5,6]，可根據(jù)不同器件的測(cè)試需求自動(dòng)切換。帶有顯微鏡系統(tǒng)的防震真空探針臺(tái)的連接，擴(kuò)大了測(cè)試器件的種類并提高了測(cè)試點(diǎn)的接觸精度。

2 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)的培訓(xùn)方案

半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)是多功能交互測(cè)試系統(tǒng)，適用于多種半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能研究[6-9]。因此，其使用者研究方向不同，功能需求也不同。考慮到學(xué)生的上機(jī)安全、儀器的運(yùn)行質(zhì)量、新功能探索等因素，本院在培訓(xùn)此儀器時(shí)，堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式開(kāi)展，從理論學(xué)習(xí)到案例式實(shí)踐，盡可能讓學(xué)生全面了解該儀器，并充分利用該儀器豐富其科研成果。

2.1 理論培訓(xùn)

理論培訓(xùn)環(huán)節(jié)，首先是安全教育，要求學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)本院制定的《公共儀器安全操作規(guī)程》、《實(shí)驗(yàn)室應(yīng)急預(yù)案》(具體內(nèi)容不再贅述)及本儀器的安全使用要求，例如，不能隨意插拔電源插座；儀器工作過(guò)程中不能插拔電纜、不能用手直接觸摸電纜接頭、探針；每次測(cè)試前檢查電纜、測(cè)試引線等是否正確連接、是否有磨損等。其次是儀器的基本結(jié)構(gòu)和功能介紹，包括半導(dǎo)體分析儀的黑色三芯電纜、紅色SMA電纜和白色SMA電纜分別如何連接SMU單元、CVU單元、PMU單元；開(kāi)關(guān)機(jī)步驟、測(cè)試界面介紹、工具欄各圖標(biāo)功能、項(xiàng)目導(dǎo)航中各類器件對(duì)應(yīng)的測(cè)試類型及意義、參數(shù)設(shè)置的考量因素；如何進(jìn)行單次測(cè)試、對(duì)比測(cè)試、多次循環(huán)測(cè)試、如何創(chuàng)建新的測(cè)試項(xiàng)目、如何連接探針等。最后，簡(jiǎn)單介紹各類半導(dǎo)體器件的基本工作原理，常規(guī)測(cè)試曲線及意義，同時(shí)要求學(xué)生課后自行學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，為上機(jī)培訓(xùn)奠定理論基礎(chǔ)。

2.2 上機(jī)操作

實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員提前準(zhǔn)備二極管、三極管、MOSFET、電阻、電容器標(biāo)準(zhǔn)器件，上機(jī)培訓(xùn)時(shí)，參照標(biāo)準(zhǔn)器件型號(hào)，搜索查找相應(yīng)數(shù)據(jù)表，現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)生如何設(shè)置參數(shù)，如何得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。另外，現(xiàn)場(chǎng)講解展示操作步驟過(guò)程中穿插講解器件工作原理，理論與實(shí)踐相結(jié)合才能更好的理解操作步驟。操作展示結(jié)束后，要求每位學(xué)生都全程操作一遍各器件的測(cè)試流程，并能簡(jiǎn)單進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。在上機(jī)操作過(guò)程中，要求學(xué)生掌握如何通過(guò)改變測(cè)試參數(shù)得到更理想的測(cè)試結(jié)果、遇到小的故障知道如何處理等。

2.3 案例考核

理論培訓(xùn)和上機(jī)操作后一個(gè)月內(nèi)，學(xué)生應(yīng)積極主動(dòng)練習(xí)不低于4次，練習(xí)操作可以使用標(biāo)準(zhǔn)器件和課題組做的器件，練習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題及時(shí)反饋并做好記錄，熟練操作后可以申請(qǐng)考核?？己耸前咐己撕同F(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)相結(jié)合的方式。實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員提前調(diào)研準(zhǔn)備好各課題組的器件樣品備用，每個(gè)學(xué)生采用自己課題組的一種器件，并隨機(jī)抽取一種非本課題組的器件進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中考察學(xué)生電纜的連接、探針臺(tái)的使用、參數(shù)的設(shè)置、一般故障的診斷等。

3 半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)的維護(hù)管理

3.1 制度保障

本半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)納入了南京工業(yè)大學(xué)大型儀器設(shè)備開(kāi)放共享管理平臺(tái)，按照“專管通用，資源共享”原則進(jìn)行維護(hù)管理，所有使用者必須遵照開(kāi)放平臺(tái)《儀器設(shè)備使用管理總則》、《公共儀器安全操作規(guī)程》、《實(shí)驗(yàn)室應(yīng)急預(yù)案》及本儀器的具體使用規(guī)范。

3.2 運(yùn)行保障

(1)制定了《Keithly4200半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)操作規(guī)程》，包括儀器基本構(gòu)件和連接方法、操作步驟、常見(jiàn)故障診斷及排除方法等。

(2)要求學(xué)生培訓(xùn)前提交《開(kāi)放平臺(tái)儀器設(shè)備培訓(xùn)申請(qǐng)表》，考核通過(guò)后，給予開(kāi)通門(mén)禁系統(tǒng)和使用預(yù)約系統(tǒng)。

(3)學(xué)生使用前必須在儀器測(cè)試管理平臺(tái)進(jìn)行預(yù)約，并嚴(yán)格按照預(yù)約時(shí)間測(cè)試，超過(guò)預(yù)約時(shí)間雙倍收費(fèi)。測(cè)試結(jié)束后及時(shí)整理臺(tái)面，保持室內(nèi)衛(wèi)生，并在使用記錄本上登記測(cè)試類型、樣品數(shù)、儀器運(yùn)行情況、實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生、安全情況等。

3.3 維護(hù)、維修保障

(1)半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)要在潔凈無(wú)塵、溫度適宜環(huán)境中才能良好運(yùn)行。因此，本儀器室要保持干凈衛(wèi)生，同時(shí)也要定期清理儀器排氣孔和風(fēng)扇上的灰塵。如遇梅雨季節(jié)或放假期間長(zhǎng)時(shí)間不用，要注意室內(nèi)除濕；夏季溫度較高時(shí)使用，要注意室內(nèi)開(kāi)空調(diào)降溫。

(2)如果在儀器里創(chuàng)建了新的測(cè)試項(xiàng)目或者有新單元接入，要及時(shí)通過(guò)KON進(jìn)行自檢。

(3)定期用標(biāo)準(zhǔn)器件對(duì)儀器進(jìn)行校正、維護(hù)，或邀請(qǐng)工程師上門(mén)校準(zhǔn)、檢修，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋處理。校正、維修記錄及時(shí)歸檔。

(4)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員要肯于投入精力深入研究?jī)x器相關(guān)功能，才能更好的維護(hù)保障儀器運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

半導(dǎo)體分析系統(tǒng)功能十分強(qiáng)大，在存儲(chǔ)、電池等半導(dǎo)體研究領(lǐng)域使用非常普遍。作者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，探討了該儀器的培訓(xùn)方案，從理論到實(shí)踐，切實(shí)讓學(xué)生感受到培訓(xùn)的意義，以期對(duì)其科研工作有所幫助和啟發(fā)。同時(shí)，總結(jié)了該儀器的維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，保障儀器的安全、高效運(yùn)行，更好的發(fā)揮其在科技創(chuàng)新中的服務(wù)和支撐作用。