閾值電壓檢測：核心檢測項目詳解

一、檢測方法

1. • 原理：通過測量漏極電流 ??Id? 隨柵極電壓 ???Vgs? 的變化曲線，確定 ???Vth? 為電流達到特定閾值時的電壓。
   • 步驟：固定漏源電壓 ???Vds?，掃描 ???Vgs?，繪制 ??Id?? - ???Vgs? 曲線，外推至電流為零時的電壓。
   • 適用場景：實驗室精確測量，適用于低頻測試。
2. • 原理：在器件線性工作區（低 ???Vds?）測量 ??Id?-???Vgs? 曲線，通過斜率外推確定 ???Vth?。
   • 公式：??=??????((???−???)???−???22)Id?=μCox?LW?((Vgs?−Vth?)Vds?−2Vds2??)。
   • 優勢：受短溝道效應影響小。
3. • 原理：設定固定漏極電流（如 ??=0.1??×??Id?=0.1μA×LW?），對應 ???Vgs? 即為 ???Vth?。
   • 應用：量產測試中快速篩選器件。

二、測試條件與設備要求

1. • 溫度：需在恒溫環境下測試（如25°C），或進行多溫度點測試（-40°C、85°C）評估溫度系數。
   • 電壓范圍：柵極電壓需覆蓋亞閾值區至強反型區。
2. • 源測量單元（SMU）需具備高分辨率（如1mV步進）和低噪聲。
   • 探針臺與屏蔽箱減少外界干擾。

三、工藝與器件差異

1. • NMOS ???Vth? 通常為正，PMOS為負，需調整測試極性。
   • 襯底偏置效應需校準。
2. • FinFET等三維器件需考慮量子效應，采用改進的電荷模型修正 ???Vth?。

四、常見問題與解決方案

1. • 使用屏蔽電纜和平均多次測量降低噪聲。
2. • 四線法（Kelvin連接）分離器件電阻與接觸電阻。
3. • 快速掃描或脈沖測試減少電荷積累。

五、標準化與自動化

1. • 遵循JESD24（JEDEC）或IEEE標準定義測試流程。
2. • 集成參數分析儀（如Keysight B1500）實現高通量測試。
   • 軟件腳本（如Python）控制測試序列與數據分析。

六、可靠性測試

1. • 高溫柵極偏置（HTGB）測試監測 ???Vth? 漂移，評估器件壽命。
2. • 監控晶圓級 ???Vth? 分布，利用Cpk指數評估工藝穩定性。

七、應用案例

1. • 某代工廠通過優化 ???Vth? 檢測流程，將良率從92%提升至97%。
2. • 某汽車芯片廠商通過 ???Vth? 漂移量預測器件10年壽命。