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FCE-1/1A型 強誘電体特性評価システム 

東陽テクニカ(強誘電体評価)
FCE-1/1A型 強誘電体特性評価システム
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本製品は製造終了となりました。

バーチャルグランド・ローノイズQV・IV変換器や強誘電体評価ソフトウエアを自社開発した技術を基に、FCE-1型は、微少な強誘電体キャパシタの高分解能分極測定を高い再現性で行うことができます。東陽テクニカでは、微笑キャパシタからバルクの高電圧印加分極測定まで、プローバや付帯装置を含めたトータルなソリューションを提供します。
またFCE-1型は、電圧拡張や変位計、プロービング、温度・雰囲気等環境変化、エレクトロメータ、高速疲労等、様々なオプションを用意しており非常に拡張性に富んだシステムを構成することができます。

(株)東陽テクニカ 理化学計測部
TEL:03-3245-1103

特長

FCE-1型 測定項目
  1. 分極ヒステリシス測定

     印加電圧: ±10V
        (オプションにて±10kVまで拡張可)
     周波数: FCE-1型;10mHz ~ 1kHz
         FCE-1A型;1Hz ~ 100kHz(@ < 200pF)
        ・測定電荷レンジ:5pC ~ 50uC
     分解能: 0.2fC(FCE-1:計算値)
          3fC(FCE-1A:計算値)

     
  2. 分極ヒステリシス飽和特性自動測定

      ・分極ヒステリシス測定の印加電圧を自動変化
      ・飽和特性グラフと全測定波形の重書きグラフを同時表示

     
  3. 分極疲労測定

      ・疲労波形:200kHz、±10V矩形波(+と-電圧は別々に設定可)
      ・疲労特性グラフと全測定ヒステリシス波形の重書きグラフを表示

     
  4. リーク電流測定(対電圧IV)、リーク電流測定(対時間It)を使用)

      ・測定電流レンジ:1nA~100mA、分解能:50fA(計算値)
       印加電圧: ~± 10V(オプションで~± 10kV)

     
バーチャルグランド・ローノイズQV&IV変換器を自社開発

バーチャルグランド方式QV変換器とIV 変換器を自社で設計・開発。極低浮遊容量、ローノイズを実現。
分極測定時、サンプル分極電荷をQV変換器のフィードバック回路内コンデンサで直接捕獲し電圧変換。余計な演算不要で正確。
リーク電流測定時、サンプルの分極電流をIV 変換器のフィードバック回路内抵抗で直接電圧変換。余計な演算が不要で正確。

分極測定の基本

分極量は直接測定する事ができません。そこで、サンプルに三角波電圧V を印加し、それにより生ずる分極が更に表面電荷を発生させます。ヒステリシス測定では、この表面電荷を測定します。
横軸:印加電圧V、縦軸:表面電荷量Q のグラフ(これはQ-V カーブです)を書きます。更に、横軸の電圧V をサンプル厚さdで除して電界Eに、縦軸の表面電荷量Qを電極面積Sで除して分極Pに変換します。(これがP-Eカーブです)


分極ヒステリシス測定

バーチャルグランド方式を採用。
ソーヤタワ方式での参照キャパシタの電圧降下、参照キャパシタ1次側電圧が微少(測定が困難)であることを解消
バーチャルグランド・ローノイズQV& IV変換器を自社開発
微小キャパシタ分極ヒステリシス測定を高い再現性で実現
電極面積0.3um □のFeRAM 1 セルやIn-Situ 測定等の分極ヒステリシス測定を高い再現性で実現。
 QV変換器はIV変換器に比べ周波数帯域が拡く、微少キャパシタの1kHz 分極測定でも位相遅れが無く正確。
ランダムノイズや電源ノイズ等の除去手法が充実。
 AFM カンチレバー部の浮遊容量をキャンセル。
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平均は平均波形の他全測定波形表示も可能
高分解能ADコンバータを波形収録部に採用
100kHzの分極ヒステリシス測定(FCE-1A型)
マルチウィンドウ方式採用
設定の異なる測定ウィンドウを複数以上表示可能。
各種電圧増幅器オプションを用意
±100V~10kV電圧増幅器オプションを使用し、様々なサンプルの分極ヒステリシス・リーク電流が測定できます。

 
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分極ヒステリシス飽和特性自動測定

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分極ヒステリシス測定の三角波の振幅電圧を自動でスイープし、各々の分極ヒステリシスを測定

全ての分極ヒステリシス測定波形を重書したグラフと飽和特性グラフを同時表示

一定電圧でのステップの他、電圧リストを作成しステップすることも可能

分極疲労測定

疲労測定の基本は、矩形波でサンプルに分極疲労を与え、その間分極ヒステリシスを測定します。
残留分極Prや抗電界Ec等パラメータを矩形波印加回数の変数としてグラフにします。
測定全波形と分極疲労特性グラフを同時表示
全ての分極ヒステリシス測定波形を重書したグラフと疲労特性グラフを同時表示(右図上から3番目を参照下さい)
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疲労波形
矩形波の他パルス(デューティー比1:9まで)、片極性矩形波・パルスを選択可能
最初の1波形だけ振幅を別に設定可能。
 FeRAMのディストーション評価に最適 
オプションソフトウエアで任意波形、DC等付加できます。 
オプションのファティーグアンプ使用時では矩形波周波数を10MHzまで拡張可能(< @100pF)
測定波形
画面に表示されている測定ウインドウを全て測定可能。1 回の疲労測定で複数以上の測定結果を得ることが可能
シーケンス測定
疲労を行わず、画面上に開いている測定ウインドウを順次測定することが可能

リーク電流測定

バーチャルグランドIV 変換器で電流を直 接電圧に変換

以下の2種の測定が可能

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IV測定(電圧をステップさせ、ステップ毎に測定) 
It測定(電圧一定でリーク電流を時間を追って測定)
It 測定では緩和現象評価やIV 測定のディレイ評価が可能
IV 測定では、0V・+ 側・0V・-側・0V の電圧ステップ及び
ログスケール表示が可能(右図下から2 番目参照下さい)
IV 測定では、高電圧やエレクトロメータオプションを用意
 

アプリケーション

微少キャパシタ分極ヒステリシス測定
  • memory_appli01.jpgFeRAM 1セル強誘電体キャパシタ測定。プロービングにクローズドループ搭載AFM を使用。
  • In-Situ や低温での微少キャパシタ強誘電体分極評価も十分可能
  • ローノイズのバーチャルグランドQV変換器(電荷から電圧に変換)及びIV 変換器(電流から電圧に変換)を自社開発。
  • 分極測定時QV 変換器を使用、サンプルの分極電荷をQV 変換器のフィードバック回路中のコンデンサで直接捕獲し電圧出力。演算不要で正確。
自動多点測定
  • memory_appli03.jpgオートプローバ
    オートプローバ・セミオートプローバと連動し、ウエハ上のサンプルを順次自動測定
  • AFM オートプロービング
    パシフィックナノテクノロジー社Nano-R 型AFM はオートプロービングが可能。電極面積1um2 以下のキャパシタを順次自動測定
  • 8ch ファティーグアンプ
    8 個のサンプルを同時に疲労させ、測定は順次行います。各チャンネルにバッファアンプ搭載しているため、1 台の強誘電体テスタからの出力波形を8chに分技しサンプルに印加可能(立上が時間が遅くなりません)
 
変位1nm以下の薄膜圧電素子のd33方向圧電変位評価
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強誘電体特性評価システム 
クローズドループ搭載AFM
(パシフィックナノテクノロジー社Nano-R型)
  • 1nm前後の圧電歪変位をより高い再現性で測定
    (厚さ1um以下のPZT膜等)
  • 分極ヒステリシスと同時測定
  • カンチレバーの捩れ・滑り等測定の再現性を妨げる要因をカット(サンプル表面平坦部分にアクセスする事により達成。Nano-R型は簡単正確にアクセス可能)
  • 上部電極面積を微少化 (d31方向変位による誤差を軽減する為)しても測定可能
  • 6インチウエハでの多点圧電変位測定AFMオプション
  • ランダムノイズ及び電源ノイズをキャンセル
    (強誘電体システム)
 
 
変位10nm 以下厚膜圧電素子のd33方向圧電変位評価
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強誘電体特性評価システム
ダブルビーム方式フリンジカウントレーザ変位計
  • 10nm前後の圧電歪変位をより高い再現性で測定
    (厚さ10um以下のPZT膜等)
  • 分極ヒステリシスと同時測定
  • サンプル上下面の両面から変位測定しその差を測定値とし、
    d31方向変位が原因の基板反りをキャンセル
 


 
薄膜圧電素子のd33方向圧電ヒステリシス評価
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強誘電体特性評価システム
クローズドループ搭載AFM
(パシフィックナノテクノロジー社 Nano-R型)
  • 圧電ヒステリシスと分極ヒステリシスまたは
    CV同時測定が可能(d33方向)
  • 圧電定数値を直接プロット可能
 
 
厚膜圧電素子のd31方向圧電評価
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  • チップ状サンプルのd31方向圧電歪変位と分極ヒステリシス同時測定
  • 変位計として面外フリンジカウントレーザ変位計を使用
    (変位量40nm以上)
  • AFMでは、変位波形の形状確認のみ可能
 
 

バルク圧電素子のd33/d31方向圧電評価
  • 高電圧印加圧電歪変位(~ 10kV)と分極ヒステリシス同時測定(d33方向)
  • 共振法評価(インピーダンスアナライザ使用)上下面圧電歪変位と
    分極ヒステリシス同時測定ダブルビーム・フリンジカウント
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