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晶体管转移特性曲线自动分析

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FETAnal 可自动分析由Kathley 探针台所测定的场效应晶体管转移特性数据，给出迁移率、阈值电压、开关比等计算结果。

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  • 最新发布 CLab，点击上方按钮下载！它是 Windows 平台上的NICSA与FETAnal两个模块的合集，其大小与单个模块相当，但可同时实现两者功能。

特性

  • 跨平台的Python程序，用户友好
  • 批量自动处理，鲁棒性好
  • 自带曲线平滑操作，排除离群值干扰
  • 提供详尽的信息（包括迁移率随栅压变化的关系 μ(Vgs)）

更新日志

1.041 版

  • 请注意自该版本起，配置文件从Config.ini更名为FETAnal.config，并提供更多功能
  • 优化用户界面（仅对 Windows 用户）
  • 现可双击CreateDesktopShortcuts.exe以自动创建带预设的桌面快捷方式，方便调用（仅对 Windows 用户）
  • 目前该程序由Nuitka编译，由于其能将Python代码转为C语言编译，运行速度比CPython解释器还快一倍！（仅对 Windows 用户）
  • 启用更好的 GUI 后台（Windows 版从 Tk/Tcl 改为 Qt，Mac 版从 MacOSX 改为 Tk/Tcl 或 Qt）
  • 实验性功能：
    • 可自定义窗口大小
    • 调整了控制台窗口（仅限 Windows）和 GUI 窗口的默认位置，保证它们不会重叠到一起
    • 将 GUI 窗口标题设置为输入文件名

1.04 版

  • 切换至xlrd来读取电子文档，不再依赖 MS Excel OLE，处理速度更快
  • 新增 *nix 系统（Mac / Linux）支持
  • 解决文件名中含空格的问题
  • 当前设置将显示在终端中以供检查
  • 自动获取电压、电流所在列 ColGateV、ColIDrain
  • 修复程序错误

运行环境 及 下载地址

Windows

  • Windows 7 64位 或以上版本

  • 推荐 使用编译版本，因其运行速度更快。下载此发行包，解压至任意路径并运行FETAnal\FETAnal.exe

    • 需要安装 Microsoft Visual C++ Redistributable for Visual Studio 2015-2019 ()，否则系统将提示“vcruntime140.dll缺失”。不过，很有可能你之前已经安装过了，因为不少软件都依赖此运行库

  • 【广告】或者，你可以下载CLab，其中包括了FETAnal，但功能更强大！

  • 如果你是开发者，希望调试程序并使用自己的Python环境，则可下载开发者工具包。但是，自1.041版起不再维护且不推荐使用，如果需调试请参考之前版本

Mac OS

  • Mac OS X 10.10 或更高版本

好消息是，系统自带 Python 2.7（含 Matplotlib 1.3 和 Numpy 1.8）；坏消息是，后者没有xlrd库。你可以选择自行安装， 或者，可以选择下载这个集成有 xlrd 1.2.0 的包 （该扩展是由官网 PyPI.org 获得的）

Linux

  • 需有桌面环境以显示 GUI

  • Python >= 2.7 含

    • Numpy >= 1.8
    • Matplotlib >= 1.3
    • xlrd >= 1.0

只需 FETAnal 及配置文件 FETAnal.config 。运行 chmod +x FETAnal 以添加“可执行”标志

附加说明

对于 *nix 系统 (Mac OS X 和 Linux), 如果你配有 Python3 而非 Python2 环境, 最好将 FETAnal 的第一行改为 #!/usr/bin/env python3

用法简介

  • 详细用法参见英文说明文档（同时提供样例以参考）的How to use一节

  • 针对Windows用户，高于1.041版本时可双击运行CreateDesktopShortcuts.exe以自动创建带预设的桌面快捷方式，方便调用

  • 针对Mac用户，请确保打开方式为“实用工具-终端(Utilities-Terminal)”。如果从网上下载，系统 Gatekeeper 可能阻止程序运行，请到 系统偏好-安全与隐私-通用 中放行

  • 使用前需要按照说明，根据实验测定条件修改配置文件 FETAnal.config

    • 必须按照实验条件赋值介电层属性，长宽比，电子表格中电流、电压所在列号等参数，否则程序无法给出正确结果。“样例”一节将给出更详细的说明
    • 如果你将ColGateV和ColIDrain设为零，则程序会自动从电子表格中找出 Vgs 和 Ids 所在列号。此时，你必须严格保证列标题分别为“GateV”和“IDRAIN”/“IDLIN”
    • 如果你将W和L设为零，程序会自动从文件名中提取沟道长宽数据。此时，你在保存数据时必须按如下方式命名：*<width>*<length>*.xls，其中<width> or <length>必须为整数，且后面跟有相同的单位（如 um 表示微米）。一些可接受的命名方式有：100um, 1mm, 50 um, 50-um, 50_um 等
    • 1.041 版的配置文件中写有一些实验性功能。虽然不太可能发生，但若造成意外，请删除那几行的代码

  • 将单/多个电子表格或它们所在的整个目录拖拽至应用程序（仅限Windows），或拖入终端窗口（各平台通用）并回车，开始自动分析

    • 对于Windows编译版，可以将可执行文件创建桌面快捷方式以方便调用：这样可直接将输入文件（夹）拖至快捷方式上便可用该程序打开此输入文件
    • 注意文件名请勿超过 260 字符（受限于 Python 本身）
    • 也可在终端窗口中手动输入文件名，但请注意转义文件名中间的空格。或输入 -config 以打开FETConfig.config进行配置的检查和更改

  • 数据处理流程：使用Savitzky-Golay算法对每个传输曲线进行平滑处理，然后每五个点进行一次线性拟合。这一步是为了消除仪器测定偶然波动产生的离群值的干扰。然后使用以下公式获得迁移率(μ)和阈值电压(Vth)：

    √Ids = √[(μ C' W)/(2L)] (Vgs − Vth)

  • 程序将直接跳过不合法的电子表格（比如，某个文件测的不是转移特性曲线）

  • 程序将在终端显示其中一些重要计算结果（正向扫描(f)和反向扫描(b)中的最大迁移率(μ)和阈值电压(V_th)，以及开关比），如下图所示

  • 上述结果也会存于下列电子表格中 ./Results/Results_mmddyy_HHMMSS.csv；更详细的数据存于另一文件 ./Results/Data_mmddyy_HHMMSS.csv，后者包括了随栅压变化的关系 μ(Vgs) 和 Vth(Vgs)

  • 转移特性曲线图像显示于一个独立的图形用户界面窗口中（见上图），其中方块散点图作出了√I−V关系，实线为平滑后的结果，虚线为取到最大迁移率处的线性拟合，“+”散点图作出了μ−Vgs关系，不同颜色区分正扫/回扫

  • 这些图像也存于./Results文件夹中

  • 滚动鼠标滚轮以查看上/下一个结果

样例

  • 此处提供两个样例，你可以点此下载为zip压缩文件
  • 对于arc CNT, 请按此设置：DIELECTRIC = 0; W, L = 0, 0; TD[0] = 300，意为介电层是300 nm厚的氧化硅，且从文件名中自动提取长宽比
  • 对于cytop，请按此设置：DIELECTRIC = -1; DCP = 3.7e-9，因为（按某特定流程制备的）CYTOP介电层的单位面积电容为 3.7×10−9 F/cm2；此外，令 W, L = 20, 1，表明每一个器件沟道的长宽比均为 1/20，此时无需在文件名中包含该数据。注意该文件夹中，TPDBP-C-3-o 记录的是输出特性曲线而非转移特性曲线，但无需担心，程序将将其自动跳过