超快I-V源和测量技术随着越来越多传统直流I-V测量功能的消失而迅速发展。注意到，传统SMU设计[25]能够提供和测量最高约1A的电流，最低约1皮安的电流。尽管增加远程前置放大器后最低可以解析0.1fA的电流信号，但是这些只支持直流I-V测量的系统配置最佳速度仅为10毫秒。相比之下，超快I-V测量方案能够进行最快10ns的测量，这对于涉及器件恢复时间特征分析的应用是非常关键的。专门针对超快I-V测试而设计的可选的远程放大器将这些新型测量方案的电流分辨率向下扩展到几十皮安，仅仅稍高于待测器件产生的约翰逊噪声[26]决定的极限值。在单个机架内集成了超快I-V源和测量仪器与远程放大器的系统支持的特征分析应用比以往任何时候都更加宽泛，包括相变存储器器件测试、单脉冲电荷俘获/高k介质测试、LDMOS或砷化镓中功率放大器器件特征分析、SOI恒温测试、超快负偏温不稳定性（NBTI）测试、基于电荷的电容测量（CBCM[27]）、MEMS电容测试和越来越多的其它一些测试。

图3给出了支持越来越多的超快I-V应用的四种扫描类型：瞬态I-V扫描，其中对电压和电流进行了连续数字化；快速脉冲式I-V测试，其中是在脉冲稳定之后对电压和/电流进行了采样；滤波式脉冲，其中产生一个变化的脉冲电压同时用一台直流SMU测量产生的电流；脉冲应力/直流测量，其中产生脉冲式电压，紧接着直流SMU测量。除了这些传统的扫描类型，4225-PMU[28]还具有完整的任意波形发生功能以及Segment ARB®模式，能够十分方便地构建、存储和产生最多包含2048条用户自定义线段的波形。每条线段可以有不同的持续时间，这一特性使其具有出色的波形发生灵活性。

瞬态I-V、快速脉冲I-V、脉冲发生器、脉冲发生器、滤波脉冲、脉冲应力/测量直流

随着新型器件与测试应用的出现以及半导体实验研究需求的不断发展，超高速源/测量功能将变得越来越重要。能够适应这些变化的需求，具有良好性价比和灵活性的测试系统不但可使研究人员延续以前的工作，而且可以跟上测量技术的发展。2100433B

要想成为主流测试技术，下一代超快I-V测试[7]系统必须具有很宽的源与测量动态量程。这意味着它们必须能够提供对闪存器件进行特征分析所需的充足电压，以及处理最新的CMOS[8]工艺所需的足够低的电压。例如，对于CMOS工艺中的一种嵌入式闪存——该闪存可能需要高达20V的电压进行编程，但是CMOS工艺工作电压为3V，因此所采用的测试系统必须能够提供满足两种需求的电压。它还需要有足够宽的电流量程处理最新的工艺，要有足够快的上升时间和足够长的脉宽满足各种应用需求。它必须简单易用，具有使系统能够可靠提交精确测量结果的互连系统。

当前，超快I-V和测量功能正逐渐集成到参数分析仪中用于对越来越多的器件特征进行特征分析，尤其是负偏温度不稳定性（NBTI[9]）和正偏温度不稳定性（PBTI[10]）降低。超快I-V测量工具通过使研究人员快速一致地实现器件可靠性测量，提高了可靠性设计（DIR[11]）寿命测量的精度，而这种测量支持器件和电路设计的建模。

近来，有些研究人员被迫配置他们自己的超快BTI测试系统。这些内部开发的系统通常包含脉冲发生器或任意波形发生器，以及配置了电流探头或某种互阻抗放大器的示波器用于帮助测量低电流。尽管如果仔细选择仪器和互连设备，我们可以构建出适合非常特殊电气条件需求的BTI系统，但是仍然存在几个主要的技术挑战。

波形发生[12]。标准脉冲发生器和任意波形发生器的设计是在固定循环间隔上产生波形，而不是大多数可靠性测试（包括NBTI和PBTI测试）所需的Log（time）数。

测量定时与数据存储。尽管示波器[13]经过配置可以根据波形特征（例如下降沿）进行触发，但是它们无法有选择地保存波形的指定部分样本。这样它们就必须存储很大的数据集进行后处理。只有那些最昂贵的示波器或者那些扩展了昂贵存储器选件的示波器才能存储足够的数据弥补这些不足。

精度、准确性和灵敏度。偏温不稳定性是一种高动态的现象，需要灵敏而高速的测量才能进行准确的特征分析。假设所有其它因素不变，测量的物理原理在很大程度上决定了测量速度和灵敏度之间的关系。当进行亚毫秒级测量时，所有的噪声源[14]都应该考虑在内；对于亚微秒级应用，即使量子效应也不能被忽略。示波器、电流探头[15]和互阻抗放大器都有单独定义的性能指标，它们不一定为协同工作进行了优化。要想在高速情况下实现精密而准确的测量，我们通常很难以某种方式将这些部件组合起来实现具有很宽动态量程的最优性能。

互连。内部构建的系统通常采用分路器和T型偏置器[16]，它们限制了测试系统配置的性能。例如，T型偏置器可能限制带宽为100ns到10µs。尽管这适合于高速测量，但是它无法使得任何有效的预应力（prestress）和后应力（poststress）直流测量成为应力测量序列的组成部分。它也无法在10ms到直流的中间时序范围内进行测量。

测试控制与数据管理。传统的示波器不支持数据流，因此必须等待测试结束后才能传输测试结果。当测试一结束时，大量的数据必须传输到控制计算机上进行后期处理，它需要将复杂的波形解析为单个的测试结果，然后进一步减少进入实际测量的数据。

测试终端。由于从示波器传输数据之前无法分析测试结果，因此在测试开始之前必须确定测试持续的时间。这就使得我们不可能终止基于参数变换的测试，或者实时检测出突发的故障。

自动化。晶圆级或晶匣级自动化测试需要控制测试仪器和晶圆探针台，内部构建的测试系统通常无法做到。此外，融合一些高级功能（如条件测试终端）也会给运行这类系统所需的定制软件增加很大的复杂性。

更多的通道数。即使内部构建的系统在开始安装时工作良好，系统集成设计者也需要增加通道或测试系统的数量以满足不断发展的应用需求，尤其定制系统的升级是极其复杂的。典型测试系统的维护问题，例如校准、操作和这些定制配置的关联，也需要不相称的大量技术资源，而这些资源常常供应有限。