УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА НЕИДЕАЛЬНОСТИ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2008 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля экспоненциальных вольт-амперных характеристик (ВАХ), и может быть использовано для регистрации коэффициента неидеальности полупроводниковых изделий (ППИ), т.е. m-фактора.

Известно устройство для регистрации m-фактора [1]. Его недостатком является невозможность непрерывной регистрации зависимости коэффициента неидеальности от протекающего через испытуемый диод тока или же от приложенного к нему напряжения, поскольку коэффициент неидеальности измеряется по точкам.

Известно также устройство для определения m-фактора [2]. Недостатком его является малый диапазон токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ. Данное устройство не позволяет регистрировать m-фактор передаточных ВАХ четырехполюсников, например коэффициент неидеальности зависимости тока коллектора биполярного транзистора от напряжения база-эмиттер.

Ближайшим аналогом является устройство [3]. Оно состоит из генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), выход которого соединен с входной клеммой для подключения испытуемого прибора, дифференциатора, преобразователя логарифма тока, делителя, опорного напряжения и регистратора.

Недостатком предложенного устройства является малая автоматизация процесса измерения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и автоматизация процесса измерения m-фактора с привлечением электронно-вычислительной машины (ЭВМ).

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, которая содержит генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) 1, схему управления и запуска ГЛИН 2, исследуемое ППИ 3, логарифмический усилитель 4, схему управления усилителем 5, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 8 и монитор 9.

Устройство работает следующим образом: перед началом регистрации коэффициента неидеальности ВАХ ГЛИН 1 находится в положении "Стоп", т.е. скорость нарастания его выходного напряжения равна нулю. Начальное напряжение ГЛИН устанавливается таким, чтобы через второй вывод исследуемого ППИ протекал ток I⁰, начиная с которого будет регистрироваться коэффициент неидеальности. Это напряжение обозначим как U₁ ⁰.

Затем ГЛИН после команды с ЭВМ 8 через ЦАП 7 и схему управления и запуска ГЛИН 2 переводится в положение "Пуск" и его выходное напряжение U₁ будет нарастать по линейному закону

где K₁ - скорость нарастания выходного напряжения.

Ток, текущий через второй вывод исследуемого ППИ 3, связан с напряжением U₁, приложенным к первому выводу этого изделия, экспоненциальной зависимостью

где I_S - ток насыщения,

m - коэффициент неидеальности,

ϕ_Т - температурный потенциал.

Передаточная характеристика логарифмического усилителя 4 описывается выражением:

где коэффициенты K₂ и K₃ описывают передаточную характеристику логарифмического усилителя.

При этом K₂ и K₃ меняют с помощью схемы управления усилителем через ЦАП 7 с ЭВМ 8.

Из выражений (2) и (3) получаем, что напряжение на выходе логарифмического усилителя 4 равно

Это напряжение поступает на вход ЦАП 7, а с выхода ЦАП в цифровом виде в ЭВМ 8, где в соответствии с написанной программой численно дифференцируется по t и становится равным:

Получается, что коэффициент неидеальности обратно пропорционален напряжению U₃. График зависимости коэффициента неидеальности от напряжения U₁ выводится на экран монитора 9. При этом напряжение U₁ получается программно, исходя из того, что напряжение на выходе ГЛИН управляется схемой управления и запуска ГЛИН, а схема управления и запуска ГЛИН управляется числовой последовательностью с ЦАП, который управляется в соответствии с программой ЭВМ.

Регистрация этой зависимости прекращается переводом ГЛИН в положение "Стоп" после команды с ЭВМ.

Диапазон токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ предлагаемым устройством, ограничен диапазоном преобразуемых токов логарифмическим усилителем который зависит и задается схемой управления усилителем.

Источники информации

1. Авт. св. № 1081572, кл. G01R 31/26.

2. Авт. св. № 1105835, кл. G01R 31/26.

3. Патент № 2020502, кл. G01R 31/26.

Предложенное устройство содержит генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входной клеммой для подключения исследуемого полупроводникового изделия, логарифмичесий усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, электронно-вычислительную машину, монитор, схему управления усилителем и схему управления и запуска генератора линейно изменяющегося напряжения. Выходная клемма исследуемого полупроводникового изделия соединена с первым входом логарифмического усилителя, выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя, а выход аналогово-цифрового преобразователя с электронно-вычислительной машиной. Электронно-вычислительная машина соединена с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом схемы управления усилителем и одновременно с входом схемы управления и запуска генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которой соединен с входом генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход схемы управления усилителем со вторым входом логарифмического усилителя. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей и автоматизацию процесса измерения и может быть использовано для регистрации коэффициента неидеальности полупроводниковых изделий с привлечением электронно-вычислительной машины. 1 ил.

Устройство для регистрации коэффициента неидеальности экспоненциальных вольт-амперных характеристик полупроводниковых изделий, содержащее генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входной клеммой для подключения исследуемого полупроводникового изделия, логарифмичесий усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, электронно-вычислительную машину и монитор, отличающееся тем, что дополнительно введены схема управления усилителем и схема управления и запуска генератора линейно изменяющегося напряжения, причем выходная клемма исследуемого полупроводникового изделия соединена с первым входом логарифмического усилителя, выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя, а выход аналогово-цифрового преобразователя с электронно-вычислительной машиной, при этом электронно-вычислительная машина соединена с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом схемы управления усилителем и одновременно с входом схемы управления и запуска генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которой соединен с входом генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход схемы управления усилителем со вторым входом логарифмического усилителя.