檢查系統(tǒng)安全和儀器保護(hù)

進(jìn)行布線和夾具設(shè)計(jì)時(shí)，考慮系統(tǒng)安全性也很重要。為了確定操作人員以及儀器會(huì)遇到什么危險(xiǎn)，要對(duì)各種故障情況進(jìn)行思考，包括因操作人員失誤以及因器件狀態(tài)變化而帶來(lái)的故障。

大電流測(cè)試的潛在危險(xiǎn)之一是火災(zāi)或或燒傷危險(xiǎn)。在大電流測(cè)試期間，要使待測(cè)器件處于封閉狀態(tài)，這樣，即使器件出現(xiàn)故障，也可以使用戶免遭火災(zāi)或飛濺物體的傷害。

觸電危險(xiǎn)是高壓測(cè)試的潛在危險(xiǎn)之一。如果儀器(或器件)能夠輸出42V以上的直流電壓，那么隨時(shí)都存在觸電危險(xiǎn)。正確的測(cè)試系統(tǒng)配置必須包括保護(hù)操作人員和未受訓(xùn)練用戶免遭觸電危險(xiǎn)的裝置。

上電后，用戶應(yīng)當(dāng)無(wú)法接入內(nèi)部有高壓的系統(tǒng)。安全互鎖是限制接入的一種裝置。吉時(shí)利的所有現(xiàn)代源測(cè)量單元(SMU)都包括互鎖裝置，因此，只有當(dāng)互鎖線路工作時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)大功率。互鎖旨在與每個(gè)系統(tǒng)接入點(diǎn)的常開(kāi)開(kāi)關(guān)一起使用。當(dāng)使用多個(gè)具有觸電危險(xiǎn)的儀器時(shí)，要將這些儀器連接在一起，這樣，如果系統(tǒng)接入點(diǎn)開(kāi)啟，所有儀器的輸出都被禁用。當(dāng)遇到多個(gè)接入點(diǎn)時(shí)，每個(gè)接入點(diǎn)都需要單獨(dú)的開(kāi)關(guān)，而且所有這些開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)串聯(lián)。具體說(shuō)明參見(jiàn)圖1。

所有儀器的5V電源都是組合的，從外部通過(guò)開(kāi)關(guān)連接，并用于啟動(dòng)互鎖。當(dāng)使用多個(gè)源測(cè)量單元(SMU)的5V電源時(shí)，可以使用肖特基二極管，以防止每個(gè)源測(cè)量單元(SMU)的5V電源彼此后驅(qū)動(dòng)。肖特基二極管是首選，因?yàn)樗鼈兙哂休^低的正向電壓;因此，它們不太可能影響啟動(dòng)互鎖線路所需的電壓。

根據(jù)測(cè)試設(shè)置中源測(cè)量單元(SMU)的數(shù)量，一個(gè)源測(cè)量單元(SMU)的5V電源可能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中另一個(gè)源測(cè)量單元(SMU)的互鎖線路。為此，要核對(duì)儀器指標(biāo)中的安全互鎖引腳，以確定驅(qū)動(dòng)每個(gè)源測(cè)量單元(SMU)互鎖引腳所需的電流大小。此外，還要核對(duì)5V電源引腳指標(biāo)，以確定其電流容量。作為選擇，可以使用外部電源來(lái)驅(qū)動(dòng)源測(cè)量單元(SMU)的互鎖線路。

圖 1 一個(gè)具有多個(gè)接入點(diǎn)的系統(tǒng)連接多個(gè)源測(cè)量單元(SMU)時(shí)的配置

除了操作人員的安全，保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試儀器安全也很重要。要認(rèn)真考慮器件故障的可能影響。圖2給出N-溝道FET在漏極-源極擊穿電壓附近進(jìn)行關(guān)閉狀態(tài)漏電流測(cè)試的常見(jiàn)配置。在門極端電壓較低的源測(cè)量單元(SMU)，確保器件處于關(guān)閉狀態(tài)。在源極端電壓較低的源測(cè)量單元(SMU)將對(duì)源端電流進(jìn)行直接測(cè)量。不過(guò)，如果在漏極-源極之間出現(xiàn)意外擊穿，那么3kV的源測(cè)量單元(SMU)有可能損壞200V的源測(cè)量單元(SMU)。在門極和漏極之間也存在著同樣的受損可能。

圖 2 在器件擊穿或故障情況下，2657A型源測(cè)量單元(SMU)有可能損壞任何一個(gè)2636A型源測(cè)量單元(SMU)

為了在器件擊穿或器件故障情況下保護(hù)耐壓較低的源測(cè)量單元(SMU)，可以使用過(guò)壓保護(hù)器件。在正常情況下，過(guò)壓保護(hù)器件應(yīng)當(dāng)不會(huì)給測(cè)試電路帶來(lái)什么影響，但遇到過(guò)壓情況時(shí)，將對(duì)電壓進(jìn)行嵌位。吉時(shí)利2657A-PM-200型200V保護(hù)模塊，可以用于包含2657A型以及電壓較低源測(cè)量單元(SMU)的測(cè)試系統(tǒng)。在過(guò)壓情況下，該保護(hù)模塊將在微秒之內(nèi)將外部高壓源嵌位在2V左右。在非嵌位情況下，在較低電壓的源測(cè)量單元(SMU)中將保持皮安級(jí)電流源和測(cè)量能力。[1]

當(dāng)器件故障致使儀器遭受大電流時(shí)，也可能造成儀器損壞。要確保所有接入端的儀器都能夠處置器件端口正常出現(xiàn)的電流。為了限制器件故障導(dǎo)致較大電流而帶來(lái)的儀器損壞，要使用串聯(lián)電阻器限制通過(guò)任意儀器的最大電流。在擊穿電壓或漏電流特性分析期間，用戶必須小心限制通過(guò)器件的電流大小，這樣，才能保證測(cè)試不是破壞性的。雖然源測(cè)量單元(SMU)具有設(shè)定的電流限制，但在對(duì)負(fù)載變化做出響應(yīng)時(shí)，這些主動(dòng)限制會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間(所謂的“瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間”)。當(dāng)負(fù)載阻抗變化非常迅速時(shí)，可能出現(xiàn)超出設(shè)定限制的電流。增加串聯(lián)電阻，可以迫使該端口在瞬態(tài)條件下也能保持最大電流的平穩(wěn)。

要保證選擇滿足測(cè)試系統(tǒng)最大電流、最大電壓和最大功率額定值的電阻器。這種電阻器一般將起到兩個(gè)作用。在晶體管開(kāi)啟狀態(tài)特性分析期間，通常以與門極串聯(lián)的方式添加電阻，從而使高增益器件中常見(jiàn)的門極電壓振鈴和振動(dòng)達(dá)到最小。此外，在晶體管關(guān)閉狀態(tài)特性分析中，通常利用電阻器來(lái)限制擊穿期間流過(guò)的最大電流，防止過(guò)早的器件故障。