Mos晶体管的开启电压测试系统及测试方法
【专利摘要】本发明提供了一种MOS晶体管的开启电压测试系统及测试方法，利用两个源测量单元分别与MOS晶体管的漏极及衬底相连，运算放大器的输出端与MOS晶体管的栅极相连，运算放大器的负输入端及直流电流源的负极均与MOS晶体管的源极相连构成的开启电压测试系统，在进行MOS晶体管的开启电压测试时，向运算放大器的正输入端输入0V电压，通过直流电流源向MOS晶体管的源极提供大小等于目标电流的电流，之后通过源测量单元向MOS晶体管的漏极输入设定的电压并同时测量运算放大器的输出端与MOS晶体管的栅极之间的电压即可获得MOS晶体管的开启电压，测量过程操作简单，提高了测量的精准度，缩短了测试确定开启电压的过程所需的时间。
【专利说明】
MOS晶体管的开启电压测试系统及测试方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体测试技术领域，特别涉及一种MOS晶体管的开启电压测试系统及测试方法。
【背景技术】
[0002]要确定制造完成的MOS晶体管(MOSFET)的开启电压需要进行测试，以便准确的掌握MOS晶体管的开启电压。请参考图1，其为现有的MOS晶体管的开启电压测试系统的示意图。如图1所示，在MOS晶体管的漏极11’、栅极12’、源极13’及衬底14’依次与第一源测量单元SMU1、第二源测量单元SMU2、第三源测量单元SMU3及第四源测量单元SMU4相连，第一源测量单元SMU1、第二源测量单元SMU2、第三源测量单元SMU3及第四源测量单元SMU4用于提供电流源和/或电压源。MOS晶体管的开启电压，即MOS晶体管的漏极电压Vds固定时，使漏极电流不断增加达到漏极的目标电流Id’时栅极电压Vgs的值。
[0003]在对MOS晶体管的开启电压进行测试时，首先需要设定初始的测试电压下限、测试电压上限及目标电流，可以将衬底接地，漏极接+0.05的电压，将测试电压设置为当前的测试电压上限和测试电压下限的总和取均值，并测试MOS晶体管的漏极的电流Id，将Id与目标电流进行比较；若测试的电流大于目标电流，则将测试电压设置为测试电压上限和测试电压下限的总和取均值与测试电压下限的总和再次取均值，并再次测试MOS晶体管的漏极的电流，将其与目标电流进行比较；若测试的电流小于目标电流，则将测试电压设置为测试电压上限和测试电压下限的总和取均值与测试电压上限的总和再次取均值，并再次测试MOS晶体管的漏极的电流，将其与目标电流进行比较；不断循环上述判断比较过程直至漏极的测试得到的电流达到目标电流才结束，并将此时设置的测试电压作为MOS晶体管的开启电压。
[0004]但是现有技术存在如下缺点:测试结果收敛较慢，使得获得的开启电压的测试结果精确度不高；测试确定开启电压的过程需要耗费较多的时间。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种MOS晶体管的开启电压测试系统及测试方法，以解决使用现有技术的MOS晶体管的开启电压测试系统获得开启电压的测试结果精确度不高且确定开启电压的过程需要耗费较多的时间的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种MOS晶体管的开启电压测试系统，所述MOS晶体管的开启电压测试系统包括:两个源测量单元、一运算放大器及一直流电流源；两个源测量单元分别与所述MOS晶体管的漏极及衬底相连，所述运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极相连，所述运算放大器的负输入端及所述直流电流源的负极均与所述MOS晶体管的源极相连。
[0007]可选的，在所述的MOS晶体管的开启电压测试系统中，还包括设置于所述运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极之间的电压测量仪。
[0008]可选的，在所述的M0S晶体管的开启电压测试系统中，所述M0S晶体管为NM0S晶体管。
[0009]可选的，在所述的M0S晶体管的开启电压测试系统中，所述M0S晶体管为PM0S晶体管。
[0010]本发明还提供一种M0S晶体管的开启电压测试方法，包括如下步骤:
[0011]计算所述M0S晶体管的漏极的目标电流并设定施加于所述M0S晶体管的漏极的电压；
[0012]向运算放大器的正输入端输入0V电压；
[0013]通过直流电流源向所述M0S晶体管的源极提供大小等于所述漏极的目标电流的电流；
[0014]通过源测量单元向所述M0S晶体管的漏极输入设定的电压，并同时测量所述运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极之间的电压，将测量获得的电压作为M0S晶体管的开启电压。
[0015]可选的，在所述的所述M0S晶体管的开启电压测试方法中，计算所述M0S晶体管的漏极的目标电流的公式如下:
[0016]Id = k ? (ff/L)；
[0017]其中，Id为所述目标电流，k为电流的权重系数，W为M0S晶体管的沟道的宽度，L 为M0S晶体管的沟道的长度。
[0018]可选的，在所述的所述M0S晶体管的开启电压测试方法中，施加于所述M0S晶体管的漏极的电压为0.05V或者0.1V。
[0019]可选的，在所述的所述M0S晶体管的开启电压测试方法中，采用电压测量仪测量所述运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极之间的电压。
[0020]可选的，在所述的所述M0S晶体管的开启电压测试方法中，向运算放大器的正输入端输入0V电压之前，还包括通过所述源测量单元将与其相连的所述M0S晶体管的衬底接地的步骤。
[0021]在本发明所提供的M0S晶体管的开启电压测试系统及测试方法中，所述M0S晶体管的开启电压测试系统包括两个源测量单元、一运算放大器及一直流电流源；两个源测量单元分别与M0S晶体管的漏极及衬底相连，所述运算放大器的输出端与M0S晶体管的栅极相连，所述运算放大器的负输入端及所述直流电流源的负极均与M0S晶体管的源极相连， 在进行M0S晶体管的开启电压测试时，向运算放大器的正输入端输入0V电压，通过直流电流源向M0S晶体管的源极提供大小等于目标电流的电流，之后通过源测量单元向M0S晶体管的漏极输入设定的电压并同时测量所述运算放大器的输出端与M0S晶体管的栅极之间的电压即为M0S晶体管的开启电压，整个测量过程操作简单，提高了测量结果的精准度，与此同时还大大缩短了测试确定开启电压的过程所需的时间。【附图说明】
[0022]图1是现有的M0S晶体管的开启电压测试系统的示意图；
[0023]图2是本发明一实施例中的M0S晶体管的开启电压测试系统的示意图；
[0024]图3是本发明一实施例中的M0S晶体管的开启电压测试方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的MOS晶体管的开启电压测试系统及测试方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0026]请参考图2，其为本发明一实施例中的MOS晶体管的开启电压测试系统的示意图，如图2所示，所述的MOS晶体管的开启电压测试系统包括:两个源测量单元(SMU) 15、一运算放大器及一直流电流源；两个源测量单元15分别与所述MOS晶体管的漏极11及衬底14相连，所述运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极12相连，所述运算放大器的负输入端及所述直流电流源的负极均与所述MOS晶体管的源极13相连，这里由于所述直流电流源的负极均与所述MOS晶体管的源极13相连，因此输入给源极13的电流是与所述直流电流源的负极端输入的电流方向相反的电流。
[0027]其中，源测量单元15 (Source Measure Unit，缩写为SMU)是一种精确供电设备，能精确控制电流大小。它不仅可以提供测量分辨率小于ImV的电压源，还可以提供测量分辨率低于IuA的电流源，对于供给电源和测量的精度的要求比较高时，SMU就成为了最佳选择。
[0028]较佳的，所述的MOS晶体管的开启电压测试系统还包括设置于所述运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极12之间的电压测量仪，通过电压测量仪可以更为直观的显示所述运算放大器的输出端与所述MOS晶体管的栅极12之间的电压数值，以便工作人员直接读取数据并记录，操作简单。
[0029]进一步的，所述MOS晶体管的衬底14为所述MOS晶体管为PMOS晶体管或者为NMOS
晶体管。。
[0030]相应的，本实施例还提供了一种MOS晶体管的开启电压测试方法，采用如上所述的MOS晶体管的开启电压测试系统。下面参考图图3，其为本发明一实施例中的MOS晶体管的开启电压测试方法的流程图，具体包括以下步骤:
[0031]首先，执行步骤SI，计算所述MOS晶体管的漏极的目标电流并设定施加于所述MOS晶体管的漏极11的电压；
[0032]具体的，计算所述MOS晶体管的漏极的目标电流的公式如下:
[0033]Id = k.(W/L)；
[0034]其中，Id为所述目标电流，k为电流的权重系数，W为MOS晶体管的沟道的宽度，L为MOS晶体管的沟道的长度，因此对于不同的MOS晶体管的Id都是不同的，换句话说Id的值与MOS晶体管的沟道宽度及沟道长度息息相关。这里对于k的取值为微安级，当沟道为N沟道时k = 0.1 μΑ ;当沟道为N沟道时k = -0.1 μΑ。
[0035]对于施加于所述MOS晶体管的漏极11的电压只要取任一电压施加即可，本发明优选为0.05V或者0.1V。
[0036]接着，执行步骤S2，向运算放大器的正输入端输入OV电压；
[0037]接着，执行步骤S3，通过直流电流源向所述MOS晶体管的源极13提供大小等于所述漏极11的目标电流的电流；
[0038]接着，执行步骤S4,通过源测量单元向所述M0S晶体管的漏极11输入设定的电压， 并同时测量所述运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极12之间的电压，将测量获得的电压作为M0S晶体管的开启电压。其中，所述运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极12之间的电压是采用电压测量仪测量获得的。
[0039]本实施例中，具体的，由于所述运算放大器的负输入端及所述直流电流源的负极均与所述M0S晶体管的源极13相连，因此，此时到达栅极12的电流为负向的目标电流，栅极12将负向的目标电流反馈给运算放大器的负输入端，由于通常目标电流Id非常小(这里由k即可得知Id的数值级别)，例如，当k = 0.1 y A时，Id此时为微安级别，因为Id的数值非常小会使得源极13与运算放大器之间的电压也很小，可以近似认为为0V，由于运算放大器的正输入端输入0V电压，此时运算放大器的正输入端与负输入端相当于虚短，其输入电阻很大，此时，所述直流电流源输送过来的电流(即-1d)全部流向M0S晶体管的源极 13,当执行步骤S4给所述M0S晶体管的漏极11输入设定的电压时，运算放大器的输出端瞬间可以驱动运算放大器输出端的电流，实现M0S晶体管漏极11与源极13之间形成导电沟道，此时运算放大器的输出端与栅极12之间测量的电压即为开启电压。整个测量过程简单，易于操作，无需像采用现有技术中的测量系统，需要设定初始的测试电压下限、测试电压上限，并不断的判断M0S晶体管的漏极11的目标电流与测试M0S晶体管的漏极11的电流Id’之间的大小关系，不断的改变测试电压的数值，逐渐缩小判断的范围才能确定开启电压。本发明的测试方法仅需要根据测试M0S晶体管的沟道宽度及沟道长度及电流的权重数计算出漏极的目标电流，通过直流电流源输入等于漏极11的目标电流目标电流大小的电流，之后在M0S晶体管的漏极11输入一个电压，即可获得开启电压。测量结果准确度较高， 测试确定开启电压的过程由原来的2?3s缩短至小于Is。
[0040]进一步的，M0S晶体管的开启电压测试方法向运算放大器的正输入端输入0V电压之前，还包括通过所述源测量单元15将与其相连的所述M0S晶体管的衬底14接地的步骤， 此时相当于向衬底14的输入电压为0V。
[0041]综上，在本发明所提供的M0S晶体管的开启电压测试系统及测试方法中，所述M0S 晶体管的开启电压测试系统包括两个源测量单元、一运算放大器及一直流电流源；两个源测量单元分别与M0S晶体管的漏极及衬底相连，所述运算放大器的输出端与M0S晶体管的栅极相连，所述运算放大器的负输入端及所述直流电流源的负极均与M0S晶体管的源极相连，在进行M0S晶体管的开启电压测试时，向运算放大器的正输入端输入0V电压，通过直流电流源向M0S晶体管的源极提供大小等于目标电流的电流，之后通过源测量单元向M0S晶体管的漏极输入设定的电压并同时测量所述运算放大器的输出端与M0S晶体管的栅极之间的电压即为M0S晶体管的开启电压，整个测量过程操作简单，提高了测量结果的精准度， 与此同时还大大缩短了测试确定开启电压的过程所需的时间。
[0042]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【主权项】
1.一种MOS晶体管的开启电压测试系统，其特征在于，包括:两个源测量单元、一运算 放大器及一直流电流源；两个源测量单元分别与所述M0S晶体管的漏极及衬底相连，所述 运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极相连，所述运算放大器的负输入端及所述直 流电流源的负极均与所述M0S晶体管的源极相连。2.如权利要求1所述的M0S晶体管的开启电压测试系统，其特征在于，还包括设置于所 述运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极之间的电压测量仪。3.如权利要求1所述的M0S晶体管的开启电压测试系统，其特征在于，所述M0S晶体管 为NM0S晶体管。4.如权利要求1所述的M0S晶体管的开启电压测试系统，其特征在于，所述M0S晶体管 为PM0S晶体管。5.—种M0S晶体管的开启电压测试方法，采用如权利要求1至4中任一项所述的M0S 晶体管的开启电压测试系统，其特征在于，包括:计算所述M0S晶体管的漏极的目标电流并设定施加于所述M0S晶体管的漏极的电压；向运算放大器的正输入端输入0V电压；通过直流电流源向所述M0S晶体管的源极提供大小等于所述漏极的目标电流的电流；通过源测量单元向所述M0S晶体管的漏极输入设定的电压，并同时测量所述运算放大 器的输出端与所述M0S晶体管的栅极之间的电压，将测量获得的电压作为M0S晶体管的开 启电压。6.如权利要求5所述的M0S晶体管的开启电压测试方法，其特征在于，计算所述M0S晶 体管的漏极的目标电流的公式如下:Id = k ? (ff/L)；其中，Id为所述目标电流，k为电流的权重系数，W为MOS晶体管的沟道的宽度，L为 M0S晶体管的沟道的长度。7.如权利要求6所述的M0S晶体管的开启电压测试方法，其特征在于，施加于所述M0S 晶体管的漏极的电压为0.05V或者0.1V。8.如权利要求7所述的M0S晶体管的开启电压测试方法，其特征在于，采用电压测量仪 测量所述运算放大器的输出端与所述M0S晶体管的栅极之间的电压。9.如权利要求5-8中任一项所述的M0S晶体管的开启电压测试方法，其特征在于，向运 算放大器的正输入端输入0V电压之前，还包括通过所述源测量单元将与其相连的所述M0S 晶体管的衬底接地的步骤。
【文档编号】G01R31/26GK105988072SQ201510083050
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月15日
【发明人】牛刚
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司