在半導體器件測試中，二極管漏電流的檢測是評估其性能和可靠性的關鍵指標。Keithley 6517B靜電計作為高精度、低噪聲的測試儀器，廣泛應用于微電流測量領域。本文將詳細介紹使用6517B檢測二極管漏電流的完整流程，涵蓋設備原理、測試方法、參數優化、誤差分析及實際應用中的注意事項，幫助讀者實現精準且可靠的測試結果。

1. 基本原理與設備概述
1.1 二極管漏電流的物理意義
二極管在反向偏置狀態下，理想情況下應無電流流過。但由于制造工藝、材料缺陷或溫度等因素，實際二極管在反向電壓下會存在微小漏電流（通常在pA至nA級別）。漏電流的大小直接影響二極管的反向擊穿電壓、噪聲特性和長期穩定性，因此是二極管篩選和質量控制的重要參數。
1.2 Keithley 6517B靜電計的核心特性
高輸入阻抗：>10^16 Ω，可精確測量微弱電流
低噪聲：典型本底電流< 20 fA
寬量程：10 fA至20 mA，自動量程切換
高精度：0.02%讀數精度（典型值）
電壓源功能：內置±200 V電壓輸出，支持IV特性分析
這些特性使得6517B成為測量二極管漏電流的理想工具，尤其在低電流區域（< 1 nA）表現優異。
2. 測試前準備
2.1 環境控制
溫度穩定：建議將環境溫度控制在23±2°C，避免溫度漂移引起漏電流變化（溫度每升高10°C，漏電流可能增加1~2倍）
濕度控制：相對濕度保持在40%~60%，防止靜電吸附或絕緣下降
電磁屏蔽：使用法拉第籠或屏蔽箱隔離外部電磁干擾，避免射頻噪聲影響測量
2.2 設備檢查與校準
儀器預熱：開機至少30分鐘，確保內部電路穩定
自校準：執行內部校準程序（Calibrate功能），消除系統誤差
輸入電纜選擇：使用低噪聲三同軸電纜（標配1787型），減少外部噪聲耦合
接地檢查：確保儀器、被測件和測試臺良好接地，避免浮地電位差引入誤差
2.3 被測二極管預處理
表面清潔：去除引腳氧化層，防止接觸電阻引入測量誤差
預熱處理：若二極管有溫度依賴性，可先將其置于恒溫箱中預處理至目標溫度
靜電釋放：通過接觸接地點釋放二極管表面的靜電電荷，避免瞬時電流脈沖
3. 測試電路設計與連接
3.1 基本測試電路
二極管漏電流測試通常采用反向偏置法，典型電路如圖1所示：

圖1：二極管漏電流測試基本電路
其中，電壓源（V）提供反向偏置電壓，串聯電阻（R）用于限流保護，6517B通過高阻抗輸入端測量流過二極管的漏電流。
3.2 關鍵連接注意事項
極性正確性：二極管陽極接電源負極，陰極接電源正極，避免正偏導致大電流損壞器件
屏蔽措施：所有連接線使用屏蔽電纜，并將屏蔽層單點接地
接觸電阻優化：使用鍍金接頭或彈簧夾，減少接觸電阻引起的熱噪聲
4. 參數設置與測量流程
4.1 6517B參數配置
1.量程選擇
自動量程（Auto Range）：適用于未知漏電流范圍
手動量程：若已知漏電流范圍（例如10 pA至1 nA），選擇固定量程可提高分辨率
2.積分時間
長積分時間（例如10~100 ms）：降低噪聲，適合測量極低電流（< 1 pA）
短積分時間（1 ms）：提高測量速度，適用于動態測試
3.濾波器設置
內置濾波器（例如50 Hz/60 Hz陷波）：用于抑制工頻干擾
用戶自定義濾波器：根據環境噪聲特征調整截止頻率
4.電壓源輸出
設置反向偏置電壓（例如10 V至50 V），觀察漏電流隨電壓的變化
啟用電壓掃描模式（Voltage Sweep），自動記錄IV曲線
4.2 測量步驟
1.零電流校準
斷開被測二極管，記錄儀器本底電流（Offset），后續測量中扣除該值
2.施加偏置電壓
從低電壓（例如5 V）開始，逐步增加至目標電壓（例如30 V），記錄每個電壓點的漏電流
3.數據記錄
使用儀器的數據記錄功能（Log），保存多組數據用于統計分析
若需要長時間監測，啟用趨勢圖（Plot）功能實時觀察電流變化
4.溫度依賴測試
配合溫控設備，在多個溫度點（例如25°C、85°C）重復測量，評估溫度對漏電流的影響
5. 誤差分析與優化
5.1 主要誤差來源
系統噪聲：儀器本底噪聲、電源紋波、地線干擾
接觸電阻：接頭氧化或松動引入的熱噪聲
溫度漂移：二極管漏電流隨溫度變化（典型為2%/°C）
測試時間：長時間測量可能引入電荷積累或靜電吸附效應
5.2 優化方法
噪聲抑制
使用低噪聲電源（例如線性電源而非開關電源）
增加屏蔽層與儀器外殼的電氣連接
啟用6517B的“平均”模式（Averaging）降低隨機噪聲
溫度補償
在恒溫環境下測量，或使用溫控設備保持二極管溫度穩定
對測量結果進行溫度修正（例如查表或公式計算）
電荷泄放
測量前通過短路二極管引腳進行電荷釋放
使用6517B的“電荷泵”功能（Charge Pump）加速電荷消散
6. 實際應用與案例
6.1 肖特基二極管高溫漏電流測試
測試需求：評估肖特基二極管在125°C下的反向漏電流
解決方案：
1. 將二極管置于高溫箱中加熱至125°C
2. 使用6517B的電壓掃描模式，記錄10 V至50 V下的IV曲線
3. 對比常溫下數據，分析溫度對漏電流的加速效應
4. 結果：高溫下漏電流增加約20倍，驗證了肖特基二極管的高溫特性
6.2 低功耗電路中的二極管篩選
測試需求：篩選漏電流低于100 fA的二極管用于精密運放偏置電路
解決方案：
1. 設置6517B量程為1 pA，積分時間100 ms
2. 對100個樣品逐一測量10 V偏置下的漏電流
3. 剔除超過規格（> 100 fA）的器件，確保電路低功耗性能
7. 故障排除與常見問題
1.測量值不穩定
檢查電纜屏蔽層是否接地，排除電磁干擾
確認二極管溫度是否穩定，避免熱漂移
增加積分時間或啟用平均模式
2.讀數始終為零
確認二極管極性是否正確連接
檢查零電流校準是否執行
驗證電壓源是否正常工作
3.測量值遠超預期
檢查是否有外部電壓源或寄生電壓施加在二極管上
更換測試電纜，排除電纜絕緣下降問題
清潔二極管引腳，去除氧化層

使用Keithley 6517B靜電計測量二極管漏電流需要綜合考慮測試環境、電路設計、參數優化及誤差控制。通過合理的配置和嚴謹的操作，可實現亞fA級別的電流測量精度，滿足半導體器件研發、生產及可靠性評估的需求。


審核編輯 黃宇