Keysight 4156C là máy phân tích tham số bán dẫn chính xác với bốn HRSMU đo dòng tới 1 fA và nguồn tới 100 V/100 mA. Keysight đã xếp model này vào trạng thái ngừng sản xuất (obsolete), giai đoạn dịch vụ tiêu chuẩn kết thúc năm 2016, và trong tài liệu chuyển đổi hãng đặt B1500A làm thế hệ kế nhiệm. Nhiều máy 4156C vẫn chạy trong fab, đại học và phòng phân tích hỏng hóc. Bài này đi theo từng ngành: ngành đó đo gì trên 4156C, dùng khối nào của máy, và khi nào nên chuyển sang B1500A. Số liệu theo data sheet Agilent 5988-9238EN.
Keysight 4156C có gì bên trong: HRSMU, VSU, VMU và bộ mở rộng 41501B
4155C và 4156C dùng chung thân máy, phần mềm, hai VSU và hai VMU. Khác biệt nằm ở bốn kênh nguồn-đo: 4155C mang MPSMU (10 fA / 2 µV), 4156C mang HRSMU (1 fA / 2 µV) với đầu nối hai triax kiểu Kelvin. Kênh công suất cao, đất sạch và xung nằm trong bộ mở rộng 41501B.
| Khối đo | Dải | Độ phân giải đo | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| HRSMU ×4 | ±100 V / ±100 mA | 1 fA (dải 10 pA) / 2 µV (dải 2 V) | 100 mA tới 20 V, 50 mA tới 40 V, 20 mA tới 100 V; Kelvin |
| VSU ×2 | ±20 V, tối đa 100 mA | 1 mV (đặt) | Nguồn áp phụ |
| VMU ×2 | ±2 V / ±20 V; vi sai ±0,2 V | 2 µV / 20 µV; vi sai 0,2 µV | Trở kháng vào 1 GΩ |
| HPSMU (41501B) | ±200 V / ±1 A | 10 fA / 2 µV | 1 A tới 20 V, 50 mA tại 200 V |
| GNDU (41501B) | 0 V ±100 µV | — | Hút dòng tới 1,6 A |
| PGU ×2 (41501B) | 0 – 40 Vp-p, ±100 mA | rộng xung 1 µs – 9,99 s | Chu kỳ 2 µs – 10 s |
SMU quét VAR1 tới 1.001 bước, VAR2 tới 128 bước, lấy mẫu theo thời gian tới 10.001 điểm từ 60 µs. Giao tiếp gồm GPIB, LAN 10BASE-T và cổng song song. Thông số bảo đảm ở 23 ± 5 °C sau 40 phút khởi động, chu kỳ hiệu chuẩn 1 năm.
Fab và nhà máy bán dẫn: I-V MOSFET, BJT trên wafer
Trong phòng đo tham số của fab, 4156C ngồi cạnh trạm dò bán tự động. Desktop EasyEXPERT đi kèm máy điều khiển được trạm dò Cascade Microtech Summit, SUSS MicroTec PA200/PA300 và Vector VX. Bài đo quen thuộc là Id-Vg và Id-Vd của MOSFET: một HRSMU quét Vg bằng VAR1, kênh thứ hai đặt Vd theo VAR2, hai kênh còn lại giữ source và body.
Với transistor lưỡng cực, HRSMU đo đồng thời Ib và Ic từ 10 pA tới 100 mA là nền của phép đo Gummel plot và hệ số khuếch đại.
Phòng thí nghiệm vật lý linh kiện ở đại học: 4156C thông số dòng rò dưới pico-ampe
Ở trường đại học và viện nghiên cứu, giá trị của 4156C nằm ở dải 10 pA: độ phân giải đo 1 fA, hiển thị tới 0,01 fA (không bảo đảm độ chính xác), trở kháng vào 10¹⁵ Ω. Ngưỡng bảo vệ đặt được từ ±100 fA nên linh kiện mỏng manh không bị phá khi sinh viên đặt nhầm điện áp.
Ba điều kiện data sheet ghi rõ mà phòng thí nghiệm hay bỏ qua: bật bộ lọc, nối Kelvin với điện trở cáp dưới 10 Ω, giữ phòng 18 – 28 °C và độ ẩm dưới 60%; ngoài vùng đó, thành phần offset trong thông số nhân 2 tới 5 lần. Chế độ knob sweep và Instrument BASIC tích hợp hợp với giảng dạy.
Phân tích hỏng hóc và độ tin cậy: ứng suất tới 365 ngày
Phòng phân tích hỏng hóc dùng 4156C theo cặp “stress rồi đo”. Chế độ stress ép SMU, VSU và PGU giữ đầu ra từ 500 µs tới 31.536.000 s, tức đúng 365 ngày. Đĩa chương trình mẫu theo máy gồm TDDB, HCI, điện di dòng không đổi, V-ramp, J-ramp, SWEAT, Flash EEPROM và bơm điện tích.
Bài thử nghiệm ESD HBM với phép đo dòng rò trước và sau ứng suất là ví dụ điển hình: 4156C đo I-V chân bảo vệ ở dải 10 pA trước khi phóng, rồi lặp lại sau mỗi mức điện áp.
Linh kiện công suất, LED và pin mặt trời: khi nào cần 41501B
Bản thân 4156C dừng ở 100 mA, và chỉ 20 mA khi điện áp vượt 40 V. LED hay pin mặt trời cỡ nhỏ vẫn đo tốt bằng HRSMU với phím mềm Vf-If, nối Kelvin bốn dây và xung SMU rộng 0,5 – 100 ms để hạn chế tự nung. Với MOSFET hoặc IGBT công suất thì phải có 41501B lắp HPSMU: ±200 V / ±1 A, cấp 1 A tới 20 V, 500 mA tới 40 V, 125 mA tới 100 V và 50 mA ở 200 V; GNDU hút tới 1,6 A làm điểm đất sạch cho source. Vượt 1 A hay 200 V là việc của B1505A.
Đo C-V kiểu QSCV và ghép máy đo ngoài
4156C không có khối CMU nhưng tính điện dung theo phương pháp chuẩn tĩnh C = ΔQ/ΔV, với ΔQ lấy từ dòng HRSMU tích phân khi đặt bước điện áp. Số tham khảo trong data sheet: dải 10 pA với thời gian tích phân 0,5 s đo tới 100 pF, phân giải 5 fF; dải 10 nA với 10 s tới 940 nF, có bù điện dung ký sinh và dòng rò. C-V tần số cao thì ghép máy đo LCR 4284A/E4980A qua bài test có sẵn trong Desktop EasyEXPERT.
Máy phân tích tham số bán dẫn Keysight thế hệ sau: chuyển 4156C sang B1500A
Trang sản phẩm Keysight ghi 4156C là Obsolete và không liệt kê model thay thế trực tiếp. Theo tài liệu 5992-1414, giai đoạn dịch vụ tiêu chuẩn kết thúc năm 2016, hãng chỉ còn sửa chữa và hiệu chuẩn. Application note 5989-2851 đặt B1500A làm thế hệ kế nhiệm: độ phân giải dòng 0,1 fA, đầu ra tới 1 A DC / 3 A xung, 10 khe module, điện dung đa tần 1 kHz – 5 MHz, EasyEXPERT group+ trên màn hình cảm ứng 15 inch.
Chuyển đổi không phải làm lại từ đầu: chế độ Classic Test giữ giao diện kiểu mặt máy 4155/56, và công cụ của Keysight đọc file thiết lập MES/DAT cũ thành thiết lập Classic. Bài đo đặc tính linh kiện bán dẫn với Keysight B1500A mô tả cách tổ chức phép đo trên nền tảng mới. Với phòng đo đã chuẩn hoá quanh máy phân tích tham số bán dẫn chính xác 4156C, hợp lý là giữ máy cho chương trình đã kiểm định và đưa B1500A vào bài đo mới cần C-V hoặc xung nhanh.
4156C giá, hiệu chuẩn và hỗ trợ tại Việt Nam
4156C giá không còn là báo giá máy mới vì Keysight đã ngừng sản xuất. Techmaster là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025, hỗ trợ hiệu chuẩn định kỳ cho máy đang dùng và tư vấn cấu hình B1500A tương đương theo số kênh, dải đo và tuỳ chọn hiện có. Liên hệ báo giá qua trang Máy phân tích tham số bán dẫn Keysight 4156C, hoặc xem các dòng máy khác tại trang Keysight của Techmaster.
Câu hỏi thường gặp
Keysight 4156C còn được sản xuất không và thay bằng model nào?
Không. Trang sản phẩm Keysight ghi 4156C là Obsolete, giai đoạn dịch vụ tiêu chuẩn kết thúc năm 2016. Trang sản phẩm không liệt kê model thay thế trực tiếp, nhưng application note 5989-2851 đặt B1500A làm thế hệ kế nhiệm, kèm công cụ chuyển file thiết lập MES/DAT sang EasyEXPERT.
4156C khác 4155C ở điểm nào?
Cùng thân máy, hai VSU và hai VMU, nhưng 4156C dùng bốn HRSMU 1 fA / 2 µV với đầu nối hai triax Kelvin, còn 4155C dùng bốn MPSMU 10 fA / 2 µV đầu nối một triax. Cả hai cùng dải 100 V / 100 mA.
4156C có đo được MOSFET công suất 1 A không?
Chỉ khi lắp bộ mở rộng 41501B với HPSMU ±200 V / ±1 A (1 A tới 20 V, 50 mA ở 200 V). HRSMU tiêu chuẩn dừng ở 100 mA và 20 mA khi vượt 40 V. Trên 1 A hoặc 200 V cần dòng máy khác như B1505A.
