半導體特性分析系統(tǒng)的維護管理探討

李 璐 楊麗娟 楊 陽

(南京工業(yè)大學先進材料研究院，南京 210009)

半導體特性分析系統(tǒng)可檢測二極管、三極管、MOS管等半導體器件的伏安(I-V)特性、電容-電壓(C-V)特性、電容-頻率(C-F)特性、準靜態(tài)脈沖伏安(PIV-Q)特性、應力特性等[1-4]，在半導體技術、有機光電子學等教學、科研及企業(yè)技術研發(fā)等領域都是非常實用的基礎工具。掌握該系統(tǒng)的基本測試功能和常見故障排除技能、開發(fā)創(chuàng)建新的測試功能等才能更好的服務于教學、科研及地方科技發(fā)展。

1 半導體特性分析系統(tǒng)基本構件與功能

半導體特性分析系統(tǒng)由Keithley4200-SCS半導體分析儀與能夠屏蔽光線和電磁干擾的真空探針臺組成。Keithley4200-SCS自帶KITE交互式多功能測試軟件，并能實時繪圖與分析測試結果，加速和簡化了獲取數(shù)據(jù)的過程。其模塊化結構，配置非常靈活，可支持中等功率4200-SMU(0.1A/2W)和高功率4210-SMU(1A/20W)的4個SMU源測量單元；前置放大器模塊可以有效地減少長電纜所產(chǎn)生的噪聲，增強信號的電壓幅度，提高測試精度；4210-CVU電容電壓測量單元和4225-PMU 超快I-V測量單元[5,6]，可根據(jù)不同器件的測試需求自動切換。帶有顯微鏡系統(tǒng)的防震真空探針臺的連接，擴大了測試器件的種類并提高了測試點的接觸精度。

2 半導體特性分析系統(tǒng)的培訓方案

半導體特性分析系統(tǒng)是多功能交互測試系統(tǒng)，適用于多種半導體器件的電學性能研究[6-9]。因此，其使用者研究方向不同，功能需求也不同?？紤]到學生的上機安全、儀器的運行質量、新功能探索等因素，本院在培訓此儀器時，堅持以實驗教學模式開展，從理論學習到案例式實踐，盡可能讓學生全面了解該儀器，并充分利用該儀器豐富其科研成果。

2.1 理論培訓

理論培訓環(huán)節(jié)，首先是安全教育，要求學生認真學習本院制定的《公共儀器安全操作規(guī)程》、《實驗室應急預案》(具體內(nèi)容不再贅述)及本儀器的安全使用要求，例如，不能隨意插拔電源插座；儀器工作過程中不能插拔電纜、不能用手直接觸摸電纜接頭、探針；每次測試前檢查電纜、測試引線等是否正確連接、是否有磨損等。其次是儀器的基本結構和功能介紹，包括半導體分析儀的黑色三芯電纜、紅色SMA電纜和白色SMA電纜分別如何連接SMU單元、CVU單元、PMU單元；開關機步驟、測試界面介紹、工具欄各圖標功能、項目導航中各類器件對應的測試類型及意義、參數(shù)設置的考量因素；如何進行單次測試、對比測試、多次循環(huán)測試、如何創(chuàng)建新的測試項目、如何連接探針等。最后，簡單介紹各類半導體器件的基本工作原理，常規(guī)測試曲線及意義，同時要求學生課后自行學習相關知識，為上機培訓奠定理論基礎。

2.2 上機操作

實驗技術人員提前準備二極管、三極管、MOSFET、電阻、電容器標準器件，上機培訓時，參照標準器件型號，搜索查找相應數(shù)據(jù)表，現(xiàn)場教學生如何設置參數(shù)，如何得到標準曲線。另外，現(xiàn)場講解展示操作步驟過程中穿插講解器件工作原理，理論與實踐相結合才能更好的理解操作步驟。操作展示結束后，要求每位學生都全程操作一遍各器件的測試流程，并能簡單進行數(shù)據(jù)分析處理。在上機操作過程中，要求學生掌握如何通過改變測試參數(shù)得到更理想的測試結果、遇到小的故障知道如何處理等。

2.3 案例考核

理論培訓和上機操作后一個月內(nèi)，學生應積極主動練習不低于4次，練習操作可以使用標準器件和課題組做的器件，練習過程中遇到問題及時反饋并做好記錄，熟練操作后可以申請考核?？己耸前咐己撕同F(xiàn)場提問相結合的方式。實驗技術人員提前調(diào)研準備好各課題組的器件樣品備用，每個學生采用自己課題組的一種器件，并隨機抽取一種非本課題組的器件進行測試。測試過程中考察學生電纜的連接、探針臺的使用、參數(shù)的設置、一般故障的診斷等。

3 半導體特性分析系統(tǒng)的維護管理

3.1 制度保障

本半導體特性分析系統(tǒng)納入了南京工業(yè)大學大型儀器設備開放共享管理平臺，按照“專管通用，資源共享”原則進行維護管理，所有使用者必須遵照開放平臺《儀器設備使用管理總則》、《公共儀器安全操作規(guī)程》、《實驗室應急預案》及本儀器的具體使用規(guī)范。

3.2 運行保障

(1)制定了《Keithly4200半導體特性分析系統(tǒng)操作規(guī)程》，包括儀器基本構件和連接方法、操作步驟、常見故障診斷及排除方法等。

(2)要求學生培訓前提交《開放平臺儀器設備培訓申請表》，考核通過后，給予開通門禁系統(tǒng)和使用預約系統(tǒng)。

(3)學生使用前必須在儀器測試管理平臺進行預約，并嚴格按照預約時間測試，超過預約時間雙倍收費。測試結束后及時整理臺面，保持室內(nèi)衛(wèi)生，并在使用記錄本上登記測試類型、樣品數(shù)、儀器運行情況、實驗室衛(wèi)生、安全情況等。

3.3 維護、維修保障

(1)半導體特性分析系統(tǒng)要在潔凈無塵、溫度適宜環(huán)境中才能良好運行。因此，本儀器室要保持干凈衛(wèi)生，同時也要定期清理儀器排氣孔和風扇上的灰塵。如遇梅雨季節(jié)或放假期間長時間不用，要注意室內(nèi)除濕；夏季溫度較高時使用，要注意室內(nèi)開空調(diào)降溫。

(2)如果在儀器里創(chuàng)建了新的測試項目或者有新單元接入，要及時通過KON進行自檢。

(3)定期用標準器件對儀器進行校正、維護，或邀請工程師上門校準、檢修，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋處理。校正、維修記錄及時歸檔。

(4)實驗技術人員要肯于投入精力深入研究儀器相關功能，才能更好的維護保障儀器運行。

4 結語

半導體分析系統(tǒng)功能十分強大，在存儲、電池等半導體研究領域使用非常普遍。作者結合自己的工作經(jīng)驗，探討了該儀器的培訓方案，從理論到實踐，切實讓學生感受到培訓的意義，以期對其科研工作有所幫助和啟發(fā)。同時，總結了該儀器的維護管理經(jīng)驗，保障儀器的安全、高效運行，更好的發(fā)揮其在科技創(chuàng)新中的服務和支撐作用。