源表=电源+数字表？一文看懂SMU源表

时间： 2021-07-16 来源：Keysight

源表（Source Meter Unit, SMU）广泛用于半导体器件、材料、医疗、发光器件与光通信等行业，测量器件的伏安（I-V）特性曲线、绝缘材料的电阻值（电阻率）、电容的绝缘电阻（漏电流）、光电器件的暗电流或者L-I-V等。

源表的名称已经清晰的告诉我们，它包含了高精度电源输出和测量，但它仅仅是电源和万用表的简单拼凑吗？为了简要说明这个问题，我列出了源表的以下几个典型的应用场景：

✔在测量绝缘材料的电阻值（GΩ/TΩ）或二极管的反向漏电流时，通常给被测件DUT施加电压激励，并测量对应的电流；

✔在测量常规小电阻，或者驱动LED发光二极管时，通常给DUT施加电流激励，测量对应的电压值；

✔测量电容器、锂电池等具备储能特性器件时，会对其进行充放电的同时，连续记录电压和电流。

通常源表都具备电压源Vs、电流源Is、电流表IM、电压表VM四种功能，而且能够任意搭配激励源和测量功能，按照被测DUT特征选择对应的模式。如下图所示：

和直流电源称输出端子V+、V-不同，源表SMU通常将源的输出端子称为High Force、Lower Force。因此，源和测量的组合有：VFIM、VFVM、IFVM、IFIM（V/I激励F + V/I测量M）。

由电压和电流形成的直角坐标系中，按照电压V的正负和电流I的正负，可以得到下图 V/I的四个象限，大部分源表可以工作在任意的象限。

• DC直流电源 — 第一象限；

• DC直流电阻负载 — 第四象限；

• AC交流电源阻性负载 — 第一、三象限；

• FG函数发生器 — 第一、三象限。

通常源表SMU采用的都是施加恒定的直流电压，同时进行电流的测量。如绝缘材料高阻、电容器的绝缘电阻的测量等。

但很多被测件DUT的测量需要施加特定的激励波形，如二极管的IV特性测量，需要在指定的电压或电流范围内，逐点改变电压V或电流I的值，并测量出对应的I或V，画出曲线；在测量VSCEL、MOSFET等激励电流较大器件时，为避免器件特性变化甚至熔断，也通常会采用脉冲替代直流激励等；锂电池的交流内阻ACR测量，需要给电池注入特定频率和幅度的电流正弦波；

是德科技的B2900、M9600等系列源表，内置波形发生器功能，配合强大的触发机制、可轻松实现直流、脉冲、扫描以及任意自定义波形激励。

需要注意的是，源表SMU的脉冲电压和电流最小脉冲宽度、上升/下降沿的典型指标，以 B2900系列源表为例，可以到达10A/100uS级的电流脉冲、或210V/1mS级的电压脉冲；而M9603A PXI高速源表可以输出10A/10uS的电流脉冲。

源表的精度固然极高，但在脉冲激励或IV扫描时，如果不明确被测件的特性，就很有可能测量结果与真实值存在非常大的偏差。如下图所示，当测量点为蓝色圆圈●区域时，测量结果偏离实际响应点；

再看下图时，响应随机波动或存在噪声，需要增大测量积分时间消去波动或噪声影响。

因此，精确测量出被测件DUT在激励下的电压和电流响应波形是非常重要，然而借助传统示波器来观察源表测量领域的电压或电流波形，但由于示波器的分辨率、灵敏度、噪声等问题，这种努力往往徒劳！

B2900、M9600等系列源表内置采样速率高达15MSa/s的高分辨率数字化仪，灵活的源、测量触发机制，以及Quick IV 软件，可以轻松定制测量的起始位置和测量窗口长短。

以上介绍了源表SMU的功能单元，包括四象限的电压源或电流源，电压表或电流表，脉冲或任意波形发生器，精密电压和电流示波器，电压或电流扫描仪等。

二极管、三极管、光电传感器、MOS-FET等半导体器件或材料，由于介于绝缘体和导体的特性，电流范围非常大，固定的一个量程不可能覆盖。许多的源表SMU具备自动量程功能，源表会依据被测信号的大小自动改变其量程，以覆盖超大的量程挑战。最新上市的M9603A与M9615A PXI SMU源表，更是采用了专利的“无缝量程切换”技术，进一步节省量程切换时间以及由于量程切换带来的信号影响。

多通道源表应用也非常的典型，是德科技提供单/双通道台式源表B2900，M9600 PXI源表模块配合M9018B（18插槽机箱）搭建高达85通道源表系统，或者B1500半导体参数分析，最多支持10个模块。

最后，除了上述硬件性能的差异，软件对很多工程师来说也非常重要，如半导体器件测试时，您是否希望使用与国际最顶尖的芯片设计公司是一样的软件平台？

Easy Expert内置丰富半导体器件和测试项模型库，让您与最顶尖的芯片公司站在同一起跑线上，并且极短时间内就成为半导体测试专家！

Easy Expert软件支持B1500A 半导体参数分析仪，B1505A/B1506A功率器件参数分析，B2900系列台式源表等硬件，可安装于外部电脑PC上，并通过第三方软件对Easy Expert进行控制。

Quick IV Measurement Software 软件，操作简单、图形清晰，支持一键式I-V伏安特性扫描等，支持B2900系列台式源表和M9600 PXI 模块化SMU。

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全部评论（1）

WilberTse Lv6. 高级专家 2021-07-20

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