脉冲测试

能够减少器件总能耗的测量技术

脉冲测试是一种能够减少器件总能耗的测量技术。它通过减少焦耳热效应（例如I2R和V2/R），避免对小型纳米器件可能造成的损坏。脉冲测试采用足够高的电源对待测器件（DUT）施加间隔很短的脉冲，产生高品质的可测信号，然后去掉信号源。

作用

通过脉冲测试，工程技术人员可以获得更多的器件信息，更准确地分析和掌握器件的行为特征。例如，利用脉冲测试技术可以对纳米器件进行瞬态测试，确定其转移函数，从而分析待测材料的特征。脉冲测试测量对于具有恒温限制的器件也是必需的，例如SOI器件、FinFET和纳米器件，可以避免自热效应，防止自热效应掩盖研究人员所关心的响应特征。器件工程师还可以利用脉冲测试技术分析电荷俘获效应。在晶体管开启后电荷俘获效应会降低漏极电流。随着电荷逐渐被俘获到栅介质中，晶体管的阈值电压由于栅电容内建电压的升高而增大；从而漏极电流就降低了。

脉冲测试为人们和研究纳米材料、纳米电子和目前的半导体器件提供了一种重要手段。

类型

脉冲测试有两种不同的类型：加电压脉冲和加电流脉冲。

电压脉冲测试产生的脉冲宽度比电流脉冲测试窄得多。这一特性使得电压脉冲测试更适合于热传输实验，其中我们所关心的时间窗口只有几百纳秒。通过高精度的幅值和可编程的上升与下降时间能够控制纳米器件上的能耗大小。电压脉冲测试可用于可靠性测试中的瞬态分析、电荷俘获和交流应力测试，也可用于产生时钟信号，模拟重复控制线，例如存储器读写周期。

电流脉冲测试与电压脉冲测试非常相似。其中，将指定的电流脉冲加载到DUT上，然后测量器件两端产生的电压。电流脉冲测试常用于测量较低的电阻，或者获取器件的I-V特征曲线，而不会使DUT产生大量的能耗，避免对纳米器件的损害或破坏。

术语

脉冲：电压(V)或电流(A)的波形象心电图上的脉搏跳动的波形但现在听到的什么电源脉冲、声脉冲……又作何解释呢——脉冲的原意被延伸出来得：隔一段相同的时间发出的波等机械形式，学术上把脉冲定义为：在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。

脉冲信号：瞬间突然变化，作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号。可以是周期性重复的，也可以是非周期性的或单次的。脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样，与普通模拟信号（如正弦波）相比，波形之间在时间轴不连续（波形与波形之间有明显的间隔）但具有一定的周期性是它的特点。最常见的脉冲波是矩形波（也就是方波）。脉冲信号可以用来表示信息，也可以用来作为载波，比如脉冲调制中的脉冲编码调制（PCM），脉冲宽度调制（PWM）等等，还可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。所谓脉冲信号表现在平面坐标上就是一条有无数断点的曲线,也就是说在周期性的一些地方点的极限不存在,比如锯齿波,也有电脑里用到的数字电路的信号,0,1。脉冲信号,也就是像脉搏跳动这样的信号，相对于直流，断续的信号，如果用水流形容，直流就是把龙头一直开着淌水，脉冲就是不停的开关龙头形成水脉冲。你把手电打开灯亮，这是直流，你不停的开关灯亮、熄，就形成了脉冲，开关速度的快慢就是脉冲频率的高低。

脉冲电源：用户的负载需要断续加电，即按照一定的时间规律，向负载加电一定的时间，然后又断电一定的时间，通断一次形成一个周期。如此反复执行，便构成脉冲电源。例如对于无极性电解电容器的老练工艺中，需要给电容器正向充电一段时间，然后放电，然后反向给电容器充电一段时间，然后放电，如此便形成正向→放电（断电）→反向→放电→正向……，如此反复。

脉冲宽度：就是高电平持续的时间。常用来作为采样信号或者晶闸管等元件的触发信号。

脉冲电路：就是脉冲波形的产生，整形和变换的电路。脉冲电路是由两部分组成：惰性电路和开关。开关的作用是破坏稳态，使电路出现暂态。

脉冲拨号：是一种时域处理方法，它用脉冲的个数来表示号码数字。脉冲拨号方式对脉冲的宽度、大小、间距、形状都有着严格的要求，如果由于线路的干扰或其他原因而使得这些参数发生了变化，则可能引起号码接收的错误。另一方面，由于每个脉冲都占有一定的时间(一般每个脉冲占用的时间为100ms)，而使得这种拨号方式比较慢。

脉冲加热：是利用各种波形的脉冲电流，以时断时续的方式来加热来达到一些特殊工艺要求。

脉冲波：就是以冲击形式产生的信号波形。

举例

电压和电流脉冲测试都有很多优点，但是它们的缺点却不尽相同。例如，超短电压脉冲的速度特征分析属于射频（RF）的范畴，因此如果测试系统没有针对高带宽进行优化，那么测量过程中很容易产生误差。其中主要有三种误差来源：由于线缆和连接器造成的信号损耗、由于器件寄生效应造成的损耗以及接触电阻。

电流脉冲测试的主要问题是上升时间较慢，可能长达几百纳秒。这主要受限于实验配置中的电感和电容。

吉时利的4200脉冲I-V测试解决方案提供了一种系统互连箱——RBT（Remote Bias-Tee），为连接脉冲发生器提供了AC/DC耦合，该直流测试仪器的原理结构如图1所示。

图1. 吉时利4200-PIV测试系统的原理图利用这种工具套件，研究人员可以同时进行直流和脉冲IV测试以掌握器件特性.

一系列FET曲线的脉冲I-V与直流I-V特征分析对于具有较大电阻幅值变化的各种导电材料或器件，用户利用吉时利的6221/2182A组合可以设置最佳的脉冲电流幅值、脉冲间隔、脉冲宽度和其它一些脉冲参数，从而最大限度降低了DUT上的功耗。6221能够在全量程上产生具有微秒级上升时间的短脉冲（减少了热功耗）。6221/2182A组合能够实现脉冲和测量同步——可以在6221加载脉冲之后的16μs内开始测量。整个脉冲，包括一次完整的纳伏测量一起，可以短达50μs。6221和2182A之间的行同步也消除了与电源线相关的噪声。

最后，吉时利的3400系列脉冲/码型发生器为广大纳米技术研究者提供了处理各种应用需求的灵活性。用户可以设置脉冲参数，例如幅值、上升和下降时间、脉冲宽度和占空比，可以选择多种操作模式，包括用于材料和器件特征分析的脉冲与猝发模式。其简洁的用户界面加快了学习曲线的建立过程，相比同类产品能够使用户更快地设置和执行测试操作。

在加电压脉冲的同时测量直流电流是电荷泵的基本原理，这对于测量半导体和纳米材料的固有电荷俘获特性是很重要的。施加电流脉冲同时测量电压使研究人员能够对下一代器件进行低电阻测量或者进行I-V特征分析，同时保护这些宝贵的器件不受损坏。

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