УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБРАКОВКИ ДИОДОВ Российский патент 1995 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к микроминиатюризации и технологии радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано для контроля динамических параметров полупроводниковых диодов при их производстве.

Известно устройство для разбраковки диодов по времени восстановления обратного сопротивления [1] содержащее генератор прямого тока, генератор импульсов обратного напряжения, клеммы для подключения испытуемого диода, резистор, три одновибратора, формирователь сдвига уровня, три D-триггера, дешифратор и четыре индикатора.

Недостатком устройства является компенсация (маскировка) влияния дефектов p n-перехода диода напряженностью его внутреннего электрического поля, что приводит к ограничению точности и разрешающей способности процесса отбраковки.

Известно также устройство для измерения динамических параметров диодов [2] содержащее источник прямого и источник обратного напряжений, нагрузочный и дополнительный резисторы, переключатель и испытуемый диод.

Недостатком устройства является компенсация (маскировка) влияния дефектов p n-перехода диода напряженностью его внутреннего электрического поля, что приводит к ограничению точности и разрешающей способности процесса отбраковки.

Цель изобретения разделение двух процессов образования объемного заряда (за счет внешнего напряжения и за счет наличия в p-n-переходе дефектов, которые могут замедлять или ускорять образование заряда) и снятие временных характеристик процессов, связанных с дефектами.

Цель достигается тем, что в устройстве для отбраковки диодов, содержащем ключ, соединенный первым выводом с анодной клеммой диода, и резистор нагрузки, новым является то, что в него дополнительно введены последовательно соединенные генератор экспоненциального напряжения и формирователь временного интервала, первый источник опорного напряжения и первый компаратор, второй источник опорного напряжения и второй компаратор, первый элемент И и преобразователь длительность напряжение, третий источник опорного напряжения и третий компаратор, четвертый источник опорного напряжения и четвертый компаратор, выход формирователя временного интервала подключен к управляющему входу ключа, соединенного вторым выводом с выходом генератора экспоненциального напряжения, преобразователь ток напряжение соединен первым выводом с катодной клеммой диода, вторым выводом с резистором нагрузки, а выходом подключен к второму входу первого компаратора и первому входу второго компаратора, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента И, преобразователь время напряжение подключен к второму входу третьего компаратора и первому входу четвертого компаратора, выходы третьего и четвертого компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента И.

Использование в схеме устройства генератора экспоненциального напряжения позволяет осуществлять контроль состояния обратно смещенного диода по времени рекомбинации неосновных носителей. При этом, за счет подачи на диод экспоненциально нарастающего напряжения, обеспечивается компенсация внутреннего электрического поля (образующегося объемным зарядом p n-перехода) в необходимом диапазоне входного (отрицательного) напряжения.

В отсутствие такого механизма компенсации нарастающая напряженность внутреннего электрического поля при подаче скачка отрицательного напряжения довольно быстро останавливает дрейф неосновных носителей и существенно сглаживает проявление дефектов. Диод работает с глубокой отрицательной обратной связью, маскирующей паразитные изменения потока носителей зарядов, запирающих p n-переход.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 экспоненциального напряжения, формирователь 2 временного интервала, ключ 3, контролируемый диод 4, преобразователь 5 ток-напряжение, резистор 6 нагрузки, первый и второй источники 7 и 8 опорного напряжения, первый и второй компараторы 9 и 10, первый элемент И 11, преобразователь 12 время напряжение, третий и четвертый источники 13 и 14 опорного напряжения, третий и четвертый компараторы 15 и 16, второй элемент И 17.

В схеме последовательно соединены генератор 1 экспоненциального напряжения, ключ 3, контролируемый диод 4, преобразователь 5 ток напряжение и резистор 6 нагрузки, первый источник 7 опорного напряжения и первый компаратор 9, второй источник 8 опорного напряжения и второй компаратор 10, первый элемент И 11 и преобразователь 12 длительность напряжение, третий источник 13 опорного напряжения и третий компаратор 15, четвертый источник 14 опорного напряжения и четвертый компаратор 16. Формирователь 2 временного интервала подключен своим входом к выходу генератора 1 экспоненциального напряжения, а выходом к управляющему входу ключа 3. Выход преобразователя 5 ток-напряжение подключен к второму входу первого компаратора 9 и первому входу второго компаратора 10. Выходы первого и второго компараторов 9 и 10 соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента И 11. Выход преобразователя 12 длительность напряжение подключен к второму входу третьего компаратора 15 и первому входу четвертого компаратора 16. Выходы третьего и четвертого компараторов 15 и 16 подключены соответственно к первому и второму входам второго элемента И 17.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 экспоненциального напряжения формирует периодический экспоненциальный сигнал отрицательного знака, который поступает на входы формирователя 2 и ключа 3. По команде формирователя 2 временного интервала ключ 3 пропускает каждый второй импульс генератора 1, который поступает на анод диода 4.

Преобразователь 5 ток-напряжение преобразует ток, протекающий через диод 4, в пропорциональное ему напряжение. Используя заведомо качественный диод и настраивая под его характеристики амплитуду и длительность экспоненциального сигнала генератора 1, обеспечивают на время, равное длительности экспоненциального импульса, постоянство выходного напряжения преобразователя 5 ток-напряжение. В силу отличий одного диода от другого выходное напряжение преобразователя 5 будет иметь некоторый разброс. Верхняя граница области допустимых значений задается выходным напряжением первого источника 7 опорного напряжения, нижняя выходным напряжением второго источника 8 опорного напряжения. На выходе первого компаратора 9 формируется "1", если выходное напряжение преобразователя 5 меньше выходного напряжения источника 7 (U₅ < U₇), в противном случае формируется "0". На выходе второго компаратора 10 формируется "1", если выходное напряжение источника 8 меньше выходного напряжения преобразователя 5 (U₈ < U₅), в противном случае формируется "0". Таким образом, на выходе первого элемента И 11 формируется "1", если U₅ < U₇ и U₈ < U₅, то есть выходное напряжение преобразователя 5 ток-напряжение лежит в заданном поле допуска.

Длительность выходного единичного сигнала первого элемента И 11 служит диагностическим признаком. Если она мала по сравнению с эталонным диодом, значит в контролируемом диоде проходят слишком быстрые рекомбинационные процессы в силу наличия паразитного центра рекомбинаций. Если же она велика по сравнению с эталонным диодом, значит в контролируемом диоде проходят замедленные рекомбинационные процессы, что говорит о дефектной концентрации носителей в полупроводнике.

С помощью преобразователя 12 время-напряжение интересующая нас длительность (выходного единичного сигнала первого элемента И 11) преобразуется в постоянное пропорциональное ей напряжение.

В силу отличий одного диода от другого выходное напряжение преобразователя 12 будет иметь некоторый разброс. Верхняя граница области допустимых значений задается выходным напряжением третьего источника 13 опорного напряжения, нижняя выходным напряжением четвертого источника 14 опорного напряжения. На выходе третьего компаратора 15 формируется "1", если выходное напряжение преобразователя 12 меньше выходного напряжения источника 13 (U₁₂ < U₁₃), в противном случае формируется "0". На выходе четвертого компаратора 16 формируется "1", если выходное напряжение источника 14 меньше выходного напряжения преобразователя 12 (U₁₄ < U₁₂), в противном случае формируется "0". Таким образом, на выходе второго элемента И 17 формируется "1", если U₁₂ < U₁₃ и U₁₄ < U₁₂, то есть выходное напряжение преобразователя 12 длительность-напряжение лежит в заданном поле допуска.

Наличие "1" на выходе второго элемента И 17 позволяет говорить об исправности контролируемого диода, а наличие "0" о его дефектном состоянии.

Использование: для контроля динамических параметров полупроводниковых диодов. Сущность изобретения: устройство содержит генератор экспоненциального напряжения, формирователь временного напряжения, ключ, контролируемый диод, преобразователь ток напряжение, резистор нагрузки, источники опорного напряжения, компараторы, элементы И. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБРАКОВКИ ДИОДОВ, содержащее ключ, выход которого соединен с анодной клеммой испытуемого диода, нагрузочный резистор и выходную шину, отличающееся тем, что в него введены формирователь временного интервала, преобразователи ток-напряжение и время-напряжение, первые, вторые, третьи и четвертые источники опорного напряжения и компараторы, первый и второй элементы И и генератор экспоненциального напряжения, выход которого соединен с входом ключа и входом формирователя временного интервала, выход которого соединен с управляющим входом ключа, катодная клемма испытуемого диода соединена с нагрузочным резистором через преобразователь ток-напряжение, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, первый вход которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения, выход с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, выход первого элемента И через преобразователь время-напряжение соединен с вторым входом третьего компаратора и первым входом четвертого компаратора, выход третьего источника опорного напряжения соединен с первым входом третьего компаратора, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого компаратора, второй вход которого соединен с выходом четвертого источника опорного напряжения, выход второго элемента И соединен с выходной шиной.