[发明专利]一种源测量单元测试系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种源测量单元测试系统及测试方法，包括控制单元，所述控制单元将测试向量经DAC转化为模拟信号后发送至V‑I控制单元，所述DAC和V‑I控制单元间设有模拟开关，用于切换电压模式和电流模式，所述V‑I控制单元根据测试向量选择并设置电压源或电流源模块输出，经功耗检测与调整模块施加给待测器件；待测量的电压/电流信号通过功率放大器和稳压/稳流模块后，发送至V‑I控制单元，并通过ADC反馈至所述控制单元，形成闭环控制；所述功耗检测与调整模块对功率放大器输出级功耗进行检测，根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行调整。相比现有技术，本发明具有低功耗、配置灵活、宽测试范围等优点。

技术领域

本发明涉及一种半导体测试系统及方法，尤其涉及一种源测量单元测试系统及测试方法。

背景技术

近年来，随着国内半导体技术的快速发展，源测量单元(SMU)作为半导体器件测试设备的核心构件，受到了越来越多企业的追捧。源测量单元是测量各种器件I-V特性的重要仪器，可同时实现可编程的恒压源和恒流源、电子负载、数字万用表的功能。它既可以作为恒压源输出正负两种方向的电压，也可以作为恒流源输出正负两种方向的电流。正是因为这种特性，当SMU输出负向功率的时候，可以作为负载去吸收电源输出的正向功率，同时SMU还具有电压与电流监测的功能。由于SMU的功能多样性以及良好的性能，使得它在半导体测试、电子产品生产测试等领域得到广泛应用。

传统的源测量单元测试系统的两个电路单元是相互独立的，通过继电器来切换测试设备的电压源和电流源功能，这种结构存在一个问题就是继电器的存在会消耗一部分功率，造成源测量单元的输出功率未能完全加载到待测器件DUT上，同时由于继电器存在一定的开关内阻，电流的通过也会产生一定的热量，而半导体器件的I-V特性通常会受到温度，造成测试结果的不准确。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种源测量单元测试系统及测试方法，能够在灵活选择配置电压源和电流源的条件下降低测试系统输出级功耗，并提高了SMU测试系统的稳定性以及SMU的电压电流输出能力。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种源测量单元测试系统，包括用于控制整个系统测试流程的控制单元，所述控制单元将测试向量经数模转换器转化为模拟信号后发送至V-I控制单元，所述数模转换器和V-I控制单元间设有模拟开关，用于切换电压模式和电流模式，所述V-I控制单元根据测试向量选择并设置电压源或电流源模块输出，经功耗检测与调整模块施加给待测器件；待测量的电压/电流信号通过功率放大器和稳压/稳流模块后，发送至V-I控制单元，并通过模数转换器反馈至所述控制单元，形成闭环控制；所述功耗检测与调整模块对功率放大器输出级功耗进行检测，根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行调整。所述测试系统还包括上位机，所述上位机通过系统总线向控制单元发送测试指令，并负责对测试数据分析并判断，显示测试结果。

其中，所述的根据检测结果在反馈回路中对输出级功耗进行调整，是将调整信号反馈至V-I控制单元重新进行电路参数配置，调整系统供电电源的供电参数并输出，从而提高了源测量单元的输出能力。其中功耗检测是对功率放大器输出级功耗的检测。若检测的功耗较高，就作出功耗调整，调整方式为：将SMU的输出电压作为调整功耗的参考因素，当SMU的输出电压变化较大时，DC-DC的输出电压也会作相应的调整，从而调整电路的输出级功耗。

所述功耗检测与调整模块采用集成开关转换器。所述测试向量包括模式设置、驱动增益设置、箝位设置、比较器电平设置和电流输出量程选择。所述控制单元采用STM32F103VET6，所述数模转换器和V-I控制单元部分采用AD5522型号的测试芯片实现其功能。

本发明还提出应用于上述源测量单元测试系统的半导体器件测试方法，包括以下步骤：

步骤1：设定测试向量，通过上位机发送指令至控制单元，由控制单元通过串行接口对测试芯片AD5522发送测试向量，配置其基本功能，所述测试芯片AD5522选择电压驱动测量模式；选择电压驱动测量模式下待测器件两端的驱动电压计算公式为：