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Keithley 4200A-SCS半导体参数分析仪

4200A-SCS是电学特性参数分析仪，提供同步电流电压曲线测试 (I-V曲线测试)、电容-电压曲线测试 (C-V曲线测试) 和超快脉冲 I-V曲线测量。

类别：

产品信息

产品简介

Keithley 4200A-SCS 是行业内性能领先的电学特性参数分析仪，提供同步电流‑电压（I‑V）曲线测试、电容‑电压（C‑V）曲线测试和超快脉冲 I‑V 测量三大核心能力。系统采用模块化架构，最多可配置9 个插槽，灵活混搭源测量单元（SMU）、电容‑电压单元（CVU）和脉冲测量单元（PMU），覆盖从 10 aA 超低电流到 210 V 高压、从直流 I‑V 到 10 MHz C‑V 再到纳秒级脉冲测量的全范围测试需求。

4200A-SCS 内置 Clarius 软件平台，包含 200 余项预先配置的测试项目，支持实时参数提取、自动数据绘图和分析函数，可将从设置到运行检定测试的时间减少高达 50%。系统广泛应用于半导体器件表征、材料电阻率测试、MOSFET 参数提取、非易失性存储器（ReRAM/FeRAM）测试、NBTI/PBTI 可靠性分析以及高阻抗 C‑V 测量等前沿研究领域。

产品优势

三大测量能力同步集成

I‑V、C‑V 和脉冲 I‑V 三大测量功能在单一平台内无缝集成，无需在多个仪器之间切换或重新布线。4215‑CVU 支持 1 kHz 至 10 MHz宽频电容测量，内置 1 V AC 激励源（同类产品中独有），噪声低至 6 aF；脉冲 I‑V 模块（4225‑PMU）提供 ±40 V、±800 mA、200 MS/s 采样率的超快脉冲测量能力。

飞安级超低电流测量

标配 100 fA 电流测量分辨率，选配 4200‑PA 远程前置放大器后可达 0.1 fA（100 aA）分辨率。输入阻抗 >10¹⁶ Ω，确保高阻抗样本的精确测量。4201‑SMU 和 4211‑SMU 针对长电缆和高电容夹具（如 LCD 测试站、探测器、开关矩阵）进行了特殊优化。

模块化灵活配置

9 槽机箱支持 SMU、CVU、PMU 模块的任意组合，所有模块均支持现场安装，无需返厂即可扩展系统能力。4200A‑CVIV 多通道切换模块可在 I‑V 和 C‑V 测量之间自动切换，无需重新布线或抬起探头，大幅提升测试效率。

Clarius 软件加速测试流程

Clarius 软件内置 200+ 项用户可修改的应用程序测试，涵盖 I‑V、C‑V 和脉冲测试。提供真实数据示例（由 Keithley 工程师收集）、内置上下文帮助和应用程序指南。支持离线使用——可安装在任意Windows 10 PC 上进行测试规划数据分析。用户库支持定制任何设备测试。

ACS 自动化软件平台

可选配 ACS（自动化表征套件）软件，支持从单台仪器到完整测试机架的自动化控制。采用 Python 脚本编程，支持手动或自动晶圆探测器控制，提供数据管理和统计分析功能。4200‑BTI‑A 套件包含 NBTI/PBTI超快测试项目模块，可快速开展热载流子劣化评估。

探测器与低温控制器集成

原生支持 MPI、Cascade Microtech、Lucas Labs/Signatone、MicroManipulator、Wentworth Laboratories 等主流晶圆探测器，以及 LakeShore Model 336 低温控制器。提供『点击』测试定序、手动探测器模式和假探测器模式（无需移除命令即可调试），大幅简化晶圆上器件的自动化测试流程。

产品参数

系统核心规格总览

参数项目	规格	说明
测量能力	I‑V / C‑V / 脉冲 I‑V 同步集成	三大测量合一
SMU 通道数	最多 9 个	取决于机箱插槽占用
电流测量范围	10 aA – 1 A	100 fA 标准分辨率
电压测量范围	0.2 µV – 210 V	±210 V 最大偏置
电容测量范围	1 kHz – 10 MHz	±30 V 直流偏置
脉冲电压/电流	±40 V / ±800 mA	200 MS/s，5 ns 采样
最低电容分辨率	单数字 fF（1 fF 电容器）	4215‑CVU，噪声低至 6 aF
输入阻抗	>10¹⁶ Ω	高阻抗样本精确测量
Clarius 测试项目	200+ 项预配置	I‑V/C‑V/脉冲，可修改
自动化软件	ACS（Python 脚本）	可选配
接口	GPIB / 以太网 / RS‑232 / USB	控制外部仪器
最大采样率（脉冲）	200 MS/s	5 ns 时间分辨率

源测量单元（SMU）模块规格

模块型号	电流范围	电压范围	功率	主要特点
4200‑SMU	100 mA	±210 V	2 W	中功率，通用型
4201‑SMU	100 mA	±210 V	2 W	针对长电缆/大电容夹具优化
4210‑SMU	1 A	±210 V	20 W	高功率，大电流驱动
4211‑SMU	1 A	±210 V	20 W	高功率+长电缆优化

SMU 详细电气参数

参数	4200/4201‑SMU（中功率）	4210/4211‑SMU（高功率）
电压源量程	±210 V（4 量程）	±210 V（4 量程）
电压分辨率	0.2 µV	0.2 µV
电压基本精度	0.015%	0.015%
电流源量程	100 nA – 100 mA（7 量程）	1 µA – 1 A（7 量程）
电流分辨率	100 fA（100 nA 量程）	1 pA（1 µA 量程）
电流基本精度	0.05%	0.05%
最大输出功率	2 W	20 W
输入阻抗	>10¹⁶ Ω	>10¹⁶ Ω
低电流选项	选配 4200‑PA 前置放大器	选配 4200‑PA 前置放大器
最低电流分辨率	0.1 fA（配 4200‑PA）	0.1 fA（配 4200‑PA）

电容‑电压单元（CVU）模块规格

参数	4215‑CVU 规格	说明
频率范围	1 kHz – 10 MHz	1 kHz 起，10 MHz 最高
频率分辨率	1 kHz	10,000 个频率步进
AC 激励电压	1 V AC（典型）	同类产品中独有集成
直流偏置范围	±30 V	宽范围偏置扫描
测量参数	电容、电导、导纳	多参数同步测量
噪声水平	低至 6 aF	测量 1 fF 电容器时
最大通道数	4 通道	配合 4200A‑CVIV 多路开关
超低频频 C‑V	0.01 Hz – 10 Hz	高电阻样本电容测量
电容分辨率	单数字 fF	1 fF 电容器测量

超快脉冲 I‑V 测量单元（PMU）规格

参数	4225‑PMU 规格	说明
电压源量程	±10 V 或 ±40 V（可选）	每个模块两个通道
电流测量量程	800 mA / 200 mA / 10 mA / 100 µA	四档可选
采样率	200 MS/s	每通道独立 ADC
采样时间分辨率	5 ns	超高精度时序控制
脉冲电压范围	±40 V（80 V p‑p）	高压脉冲能力
脉冲电流范围	±800 mA	大电流脉冲
典型应用	NBTI/PBTI、ReRAM、FeRAM	非易失性存储器测试
远程模块	4225‑RPM	前置放大/开关，配 PMU 使用

高电压脉冲发生器单元（PGU）规格

参数	4220‑PGU 规格	说明
脉冲电压范围	最高 ±200 V	高压脉冲生成
脉冲电流能力	与 PMU 配合同步	PGU 生成，PMU 测量
典型应用	栅极介电击穿测试	高压脉冲应力测试
同步能力	与 4225‑PMU 同步	脉冲生成与测量一体

切换与路由模块

模块型号	功能描述	通道数	特点
4200A‑CVIV	I‑V / C‑V 测试自动切换开关	4 通道	无需重新布线
4225‑RPM	PMU 远程前置放大器/开关模块	2 通道/模块	配 4225‑PMU 使用

接口与物理规格

项目	规格	说明
控制接口	GPIB / 以太网（LAN）/ RS‑232	连接外部仪器（开关矩阵、LCR 表、探针台）
USB 接口	前面板 USB 端口	数据存储与程序传输
操作系统	嵌入式 PC，Windows 10	Clarius 软件运行平台
显示器	集成液晶显示器	本地操作与实时查看
机架尺寸	标准机架安装（具体高度依配置）	适用于实验室与量产测试环境
电源要求	100 – 250 V AC，50/60 Hz	宽电压输入
工作环境	0 – 50 °C，相对湿度 0 – 80%	实验室标准环境
校准周期	1 年	建议年度校准
质保	1 年	可延长至 3 年

仪器配置

标准配置

4200A‑SCS 主机（含嵌入式 PC、Windows 10、Clarius 基础软件）、电源线、用户文档 CD、GPIB 接口电缆、校准证书。

可选模块配置套件

套件型号	名称	主要组成	典型应用
4200A‑SCS‑PKA	高分辨率 I‑V 套件	主机+2×4201‑SMU+1×4200‑PA+8101‑PIV	基础半导体器件 I‑V 表征
4200A‑SCS‑PKB	高分辨率 I‑V + C‑V 套件	PKA+1×4215‑CVU+8101‑PIV	I‑V 与 C‑V 同步测量
4200A‑SCS‑PKC	高功率 I‑V + C‑V 套件	主机+2×4201‑SMU+2×4211‑SMU+2×4200‑PA+1×4215‑CVU	大功率器件全面表征
4200‑BTI‑A	超快 NBTI/PBTI 套件	1×4225‑PMU+2×4225‑RPM+ACS+NBTI 测试模块	可靠性分析与 BTI 测试

主要可选配件

配件型号	名称	说明
4200‑PA	远程前置放大器模块	将电流分辨率扩展至 0.1 fA
4215‑CVU	电容‑电压测量单元	1 kHz – 10 MHz C‑V 测量
4225‑PMU	超快脉冲 I‑V 模块	±40 V/±800 mA，200 MS/s
4220‑PGU	高压脉冲发生器单元	最高 ±200 V 脉冲生成
4225‑RPM	PMU 远程前置放大器	配 4225‑PMU 使用
4200A‑CVIV	I‑V/C‑V 切换开关	4 通道，自动切换
8101‑PIV	PIV 测试夹具	适用于多种封装器件
ACS 软件	自动化表征套件	Python 脚本，探测器控制

软件生态

Clarius 基础软件（标配）

包含 200+ 项预先配置的测试项目，涵盖 I‑V、C‑V 和脉冲 I‑V 测试。提供真实数据示例、内置上下文帮助、实时监控模式、自动参数提取、数据绘图和分析函数。支持离线使用，可安装在任意 Windows 10 PC 上。

Clarius+ 分析套件（可选）

在 4200A‑SCS 上本地运行，也可安装在任何 Windows 10 PC 上离线使用。提供测试规划、配置和高级分析功能，支持用户定制测试流程。

ACS 自动化表征套件（可选）

采用 Python 脚本编程，支持从单台仪器到完整测试机架的自动化控制。功能包括：设备检定、参数测试、可靠性测试、功能测试、手动或自动晶圆探测器控制、数据管理和统计分析。

典型应用

半导体器件 I‑V 表征：MOSFET 转移/输出特性、门限电压、跨导、亚阈值斜率、击穿电压
电容‑电压（C‑V）测量：MOSCap 氧化物厚度、掺杂浓度、移动离子浓度、高‑k 介质表征
可靠性分析：NBTI/PBTI（偏置温度不稳定性）、HCI（热载流子注入）、TDDB（经时介电击穿）、电迁移（EM）
非易失性存储器测试：浮栅闪存、ReRAM（电阻式 RAM）、FeRAM（铁电 RAM）脉冲 I‑V 检定
材料电阻率与霍尔电压：四点同轴探针、范德堡法（Van der Pauw）、碳纳米管等纳米器件
飞法电容与高阻抗测量：亚毫微微法拉（aF 级）电容测量、高电阻样本 C‑V 分析
生物传感器检定（BioFET）：传输和输出特性测试，适用于新型生物电子器件研发

产品型号

4200A‑SCS 系统及模块型号列表

型号	名称	核心参数	定位
4200A‑SCS	参数分析仪主机	9 槽机箱，含 Clarius 软件	主机平台
4200‑SMU	中功率 SMU 模块	100 mA / ±210 V / 2 W	通用 I‑V
4201‑SMU	中功率 SMU（优化）	100 mA / ±210 V / 2 W	长电缆/大电容
4210‑SMU	高功率 SMU 模块	1 A / ±210 V / 20 W	大功率 I‑V
4211‑SMU	高功率 SMU（优化）	1 A / ±210 V / 20 W	大功率+长电缆
4215‑CVU	电容‑电压单元	1 kHz – 10 MHz / ±30 V	C‑V 测量
4225‑PMU	超快脉冲 I‑V 模块	±40 V / ±800 mA / 200 MS/s	脉冲 I‑V
4220‑PGU	高压脉冲发生器	最高 ±200 V	高压脉冲应力
4225‑RPM	PMU 远程前置放大	配 4225‑PMU	脉冲信号优化
4200‑PA	远程前置放大器	电流分辨率扩展至 0.1 fA	超低电流
4200A‑CVIV	I‑V/C‑V 切换开关	4 通道自动切换	切换模块

选型指南

应用场景	推荐配置
基础半导体 I‑V 表征	4200A‑SCS + 2×4201‑SMU + 4200‑PA
I‑V + C‑V 同步测量	4200A‑SCS + 2×4201‑SMU + 4215‑CVU + 4200‑PA
大功率器件全面表征	4200A‑SCS + 4210/4211‑SMU + 4215‑CVU
NBTI/PBTI 可靠性分析	4200A‑SCS + 4225‑PMU + 4225‑RPM + ACS
飞法级电容与高阻抗测量	4200A‑SCS + 4215‑CVU + 4200‑PA
非易失性存储器脉冲测试	4200A‑SCS + 4225‑PMU + 4225‑RPM

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吉时利 Keithley 2600-PCT参数波形记录仪

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