Hohe Ströme messen und einspeisen

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Kombination von Impuls-Sweeps und mehreren SMU-Kanälen

Neue SMU-Architekturen erhöhen die Leistung bei der Impuls-Sweep-Methode durch mehrere parallel geschaltete SMU-Kanäle. Beispielsweise kann bei einigen zweikanaligen SMUs die Anzahl der SMU-Kanäle von zwei auf vier erhöht werden. Die Kombination von Impuls-Sweep und einem mehrkanaligen Betrieb erlaubt die Einspeisung von weit höheren Strömen als bei nur einer einzigen SMU mit DC-Sweep.

Allerdings erfordert die Implementierung dieser Testmethode entsprechende Vorsichtsmaßnahmen, um das Bedienpersonal nicht zu gefährden. Aus Sicherheitsgründen müssen gewisse Teile gut isoliert oder Barrieren installiert werden, damit die Anwender keine stromführenden Schaltungsteile berühren können. Zusätzlich sind Schutzverfahren notwendig, um Schäden am Testaufbau oder dem Testobjekt zu verhindern. Die einzelnen Impulse müssen zudem gut synchronisiert werden, empfohlen wird einer Genauigkeit im Nanosekunden-Bereich, so dass nicht ein Instrument eine Leistung aufschaltet und damit andere Komponenten beschädigt, die noch nicht eingeschaltet sind.

Bild 2 zeigt die Ergebnisse eines Experimentes bei dem Keithley-Ingenieure mit nur einer einzigen SMU einen 10-A-Impuls erzeugt und die Ergebnisse auf einem Oszilloskop beobachtet haben. Für den Impuls mit 300 µs wurde ein Leistungs-Präzisionswiderstand (0,01 Ω, ±0,25%, KRL R-3274) als Testobjekt verwendet. Das Oszilloskop zeigte ein beinahe rechteckiges Signal mit einer Amplitude von 0,1 V (10 A × 0,01 Ω) und einer Breite von 300 µs.

Durch die Parallelschaltung von vier SMUs wurde ein Impuls mit 40 A erzeugt und über dem gleichen Testobjekt ein Signal mit einem Absolutwert von 0,4 V und ausgezeichneter Synchronisation (geringer Jitter) zwischen den Kanälen beobachtet (Bild 2). Die Impuls-Konsistenz wurde mit dem gleichen Testaufbau und Impulssignal verifiziert.

Nach diesem verifizierten Impulsverhalten programmierten die Ingenieure einen Impuls-Sweep, bei dem vier SMUs kombiniert wurden und zeichneten eine I-U-Kurve über einer P-N-Diode als Testobjekt auf (Bild 3). Interessant ist dabei die Korrelation zwischen der SMU, die einen DC-Sweep bis 3 A ausführt, und der anderen SMU, die einen Impuls-Sweep bis 10 A ausführt. Dann erweiterten die Ingenieure die erreichbare I-U-Kurve auf bis zu 40 A.

Genauigkeit und Ergenisse präzisieren

Dieses Experiment verifiziert die Kombination von vier SMU-Kanälen und den Impulsbetrieb für bis zu 40 A bei zweipoligen Bauteilen (Widerstand und Diode). Mit Modifikationen lässt sich dieses Verfahren ebenso auf einen Test von dreipoligen Bauteilen, wie einen Hochleistungs-MOSFET, übertragen.

Bei der Implementierung dieses Multi-SMU Impuls-Sweep-Ansatzes sind einige Faktoren zu beachten, um die Genauigkeit zu maximieren und um präzise Ergebnisse zu erhalten:

Einsatz der Quellenrücklesefunktion

Einsatz der Quellenrücklesefunktion

Eine SMU verfügt sowohl über integrierte Quellen-, als auch Messfunktionen, somit kann sie den Istwert der angelegten Spannung mit ihrer Messschaltung zurücklesen. Der programmierte Wert für die Quellenspannung muss nicht immer genau der Spannung am Testobjekt entsprechen. Denn besonders bei mehreren parallel geschalteten SMUs können die Quellen-Offsets sehr unterschiedlich sein. Somit bietet eine Quellenrücklesefunktion ein klareres Bild des Spannungspegels der wirklich am Testobjekt anliegt und nicht der Spannung, die programmiert wurde.

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