Устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов Советский патент 1983 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к контроль но-иэмерительной технике и быть использовано для измерения порогового напряжения полевых транзис торов и тестовых элементов интегральных схем. Известно устройство для измерени порогового напряжения полевых транзнс: оров., содержащее источник напря жения, соединенн лй через резистор с инвертирующим входом операционного усилителя и шиной для подключения штока испытуемого прибора, шины для подключения стока и затвора которого присоединены соответственно к источнику питания и выходу операционного усицктеля, подключенного неинвертирующим входом к общей шине jjlj . Однако данное устройство обладает невысокой точностью измерений. Известно также устройство, предназначенное для регистрации изменени порогового .напряжения полевых транзисторов и содержащее источники напряжения подложки и стока, соединенные с шинами для подключения соотвег ствующих выводив испытуемого транзис тора, набор эталонных резисторов, соединенный с выходом источника напряжения стока и через последовательн включенные буферный каскад, модулятор,первый усилитель, схему сравненния, второй усилитель и детектор с шиной для подключения затвора испытуемого прибора, к которой присоединены также источник, начального смеще ния и регистрирующие приборы, а к второму входу схемы сравнения под-i ключей источник опорного напряжения 2J , Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие, связанное с большим временем установления переходных процессов, в следящей системе, на основе которой оно построено. Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому является устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов, содержащее программный блок, соединенный двунаправленной линией связи с блоком управления, вход КОТОРОГО подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), первый из его выходов соединен через программируемый блок воздействий и измерения с клеммой для подключения стока испытуемого прибора, а второй непосредственно с входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП), клемма для подключения стока испытуемого транзистора присоединена к общей шине. Кроме того, выходы программируемого блока воздействий и измерения и ЦАП соединены соответственно с измерительньм входом АЦП, Подключенного управляквцим входом к блоку управления, и с шиной для подк;1ючения затвора испытуемого прибора 3.. Недостаток известного устройства также обусловлен .низким быстродействием, связаннь№1 q необходимостью циклического повторения испытательных тестов вплоть до |аостижёния на затворе испытуемого транзистора напряжением, которое фок 1ируется ЦАП, значения равного пороговому. При этом время измерения на одном тесте TO-JW склады;вается из времени занесения информации Т.дц из блока управления в блок воздействий И из меренйя и в ЦАП|, из времени установления TijcT пере-ходных процессов в этих блоках, из времени преобразования Тдр. АЦП налоговой величины tнапряжения на за|гворе испытуемого прибора) и цифровой код и из времени обработки TQJP этрго кода в блоке управления. В результате длительность полного измерительного цикла в устройстве Т ( + TCJCT + ТПР + где И - число изм ерительнык тестов, требующихся для установления на затворе испытуемого транзистора напряжения, равного или близк|Ого к пороговому. Цель изобретения - повЕлшение ; быстродействия устройства, Поставленная ц|ель достигается тем, что в устрой|ство для измерения порогового напряж|бния полевых тран|зисторов, содержащее программный блок, соединенный двунаправленной линией связи с блЬком управления, вход которого под|ключен к выходу анёшого-цифрового iпреобразователя,, первый из его выходов соединен через программируемый б;пок воздействий и измерения с клеммой для подключения стока испытуемого прибора, а второй - непосредственно с входом цифроаналогового Преобразователя, клемма для подключения истока испытуемого транзистора присоединена к общей шине, введены дополнительный цифроаналоговый п еобразователь, программируемый иртрчник тока, аналоговый компаратор, коммутатор и аналоговый запоминакф1ий блок, а блок управления снабжен третьим, четвертым и пятым выходами, причем входы аналогового компаратора соединены . соответственно с выходами основного цифроаналогового Е1реобразователя и программируемогр блока воздействий и измерения, его выход соединей с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым и пятым своими выходами

соответственно через программируемый источник тока с сигнальньм входом коммутатора и через дополнительный цифроаналоговый преобразователь с первым сигнальным входом аналогового запоминающего блока, второй сигнальный и режимный входы которого присоединены соответственно к сигнальному и дереключающему .выходам коммутатора а его выход соединен с клеммой для подключения затвора испытуемого прибора ,с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного входом управления к управляющему выходу коммутатора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг1 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит клеммы 1 для подключения электродов испытуемого полевого транзистора (С - сток, И.исток, 3 - затвор), прогрг1ммируемый блок 2 воздействий и измерения, блок 3 управления, программный блок 4, аналоговый компаратор 5, основной ЦАП 6, коммутатор 1, вьтолненный; например, в виде PS-триггера 8, логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 И электронных ключей 10 и 11. Устройство содержит также аналоговый запоминающий блок 12, выполненный, например, в виде усилителя 13 постоянного тока (УПТ) с входньм резистором 14, резистором 15 обратной связи и конденсатором 16 обратной связи, программируемый источник 17 тока, АЦП 18 и дополнительный ЦАП 19.

Программируемый блок 2 воздействий и измерения служит для формирования испытательных сигналов (сигналов воздействия) контролируемому полеврму транзистору и измерения отклика (реакции) последнего на сигналы воздействия. Вход блока 2 воздействий и измерения подключен к блоку 3 управления, координирующему работу узлов и блоков устройства и связанному двунаправленной линией связи с программным блоком 4, предназначенным для долговременного хранения программы контроля. Первый выход (воздействия) блока 2 воздействий и измерения соединен с клеммой 1 для подключения стока контролируемого полевого трайзистора, второй выход (измерительный ) - к первому входу аналогового компаратора 5, предназначенному ДЛЯ сравнения измеренного значения ока с граничным значением, задаваемым ЦАП 6,вход которого подключен к блоку 3 управления, а выход - к второму входу аналогового компаратрра 5, выход последнего подключён к первому входу коммутатора 7, который является к-входом RS-триггера 8.

В коммутаторе 7, который предназначен для переключения режимов работы

аналогового запоминакяцего блока 12, один извходов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 соединен с S-входом RS-триггера 8, управляющим входом ключа 11 и является вторым входом коммутатора 7 Другой вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ1Г 9 объединен с выходом триггера 8, а его выход присоединен к управляющему входу ключа 10 и является управляющим выходом коммутатора 7, сигнальный вход которого через ключ 10 и один из контактов ключа 11 соединен с его же сигнальным выходом, а другой крнтакт ключа 11 является переключающим выходом коммутатора 7. Второй вход коммутаторах 7 соединен с третьим выходом блока 3 управления управляющий выход коммутатора подключен к входу управления АЦП 18, а сигнальный вход, сигнальный выход и переключающий выход коммутатора 7 соединены, соответственно через программируемый источник 17 тока с четвертым выходом блока 3 управления вторым сигнальным входом аналогового запоминающего блока 12 к его режимным входом. Первый сигнальнь1й -вход блока 12 через дополнительный ЦАП 19 подключ н к пятому выходу блока 3 управления, а внутри блока 12 через входной резистор 14 соединен с режимным входом, который через резистор 15 обратной связи присоединен к выходу УПТ 13, являющемуся одновременно выходом блока 12. Второй сигнальный вход блока 12 внутри этого блока соединен с входом УПТ 13, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор 16. Выход аналогового запоминающего блока 12 соединен с измерительным входом АЦП 18 и с клеммой 1 для подключения затвора испытуемого прибора.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе . аналогового компаратора 5 установлен высокий потенциальный уровень логической 1, на третьем управлякяцем выходе блока 3 управления, связанном с S-входом триггера 8, установлен низкий потенциальный уровень логического О, а на выходе RS-триггера 8 - уровень логической 1. При этом н одном входе логического, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 установлен уровень 1, а на другом - уровень О, а на выходе - уровень 1, который держит электронный ключ 10 в закрытом состоянии. Кроме того, в исходном состоянии уровень О с управляющего выхода блока 3 управления держит ключ 11 в открытом состоянии, в результате чего резистор 15 включен в цепь обратной связи УПТ 13, а резистор 14 соединен с его входом.

При пуске устройства в момент времени t (фиг. 2а) блок 3 управ- ления в течение интервгша времени Тэйч заносит информацию {программу контроля), принятую из hi3brpaMMHoro блока 4, в блок 2 воздействий и измерения, в ЦЛП 6 и 19 и программи руемый источник 17 тока. По окончании процесса записи информации о программе контроля (в моменTV времени t , фиг. 26) блок 2 воздействий и измерения задает величину напряжения на сток контролируемого полевого транзистора, подключенного предварительно к клеммам 1, ЦАП 6 задает величину напряжения пропорциональную пороговому значению тока стока, которая поступает на вход аналогового компаратора 5, ЦАП 19 через УПТ 13 с резисторами 14 и 15 задает исходное смещение на затвор контролируемого полевого транзистора. По истечении -интервала времени TIJCT / необходимого на установление переходных процессов в блоках устройства, блок 3 управления в. момент времени t-j формирует управляющий импульс (фиг. 2в), который поступает на s-вход RS-триггера 8 коммутатора 7, вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 и на затвор полевого транзистора ключа 11, в результате чего последний закрывается, отключав резисторы 14 и 15 от входа УПТ 13 аналогового запоминающего блока 12, а на выходе элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 9 устанавливается уровень О (фиг 2г), открывающий ключ 10, который подключает выход программируемого источника 17 тока к входу УПТ 13 аналогового запоминакддего блока 12. С момента времени tg- начинается процесс заряда конденсатора 16 обрат ной связи током от источника 17, величина которого была задана с блока 3, в результате чего на выходе блока 12 и,следовательно, на затворе контролируемого транзистора фор 1ируется линейно нарастающее напряжени (фиг. 2д), которое изменяет ток сток контролируемого транзистора. Напряже ние, пропорциональное значению тока стока, полученное в блоке 2 воздейст ВИЙ и измерения, поступает с измерительного выхода последнего на вход аналогового компаратора 5, где сравнивается с напряжением, поступающим на второй вход с ЦАП 6. В тот момент, когда ток стока и, средоватеЛьно, пропорциональное ему напряжение, достигает порогового значения, срабатывает аналоговый компаратор 5 (фиг. 2е , момент времени t), в результате чего изменяется состояние RS-|григгера 8 и на его выходе устанав 1ивается уровень О (фиг. 2ж). Этот уровень, поступая на вход логического элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, меняет его состояние, в результате чего на выходе последнего устанавливается уровень 1 (фиг. 2г), закрываний ключ 10, который, в свою очередь, отключает программирующий источник 17 тока от входа УПТ конденсатора 16. В результате заряд конденсатора 16 прекращается и на йыходе аналогового запоминающего блока 12устанавливается напряжение, 3 ачение которого равно пороговому. Одновременно уровень 1 с выхода Логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 поступает на вход управления;АЦП 18 и разрешает его работу (фиг. 2i|i). На другой (измерительный) вход АЦП 18 с выхода аналогового запоминающего блока 12 поступает запомненная величина порогового напряжения,I которая преобразуется в течение И1 тервала времени ТПР АЦП 18-в цифровой код и передается в момент времени ty на обработку в блок 3 управления. В течение интервала времени Тобр, блок 3 управления сравнивает величину порогового напряжения ф ограниченными значениями и разбраковывает по прин ципу годен-брак или высвечивает результат измерения На цифровом табло. Таким образом, а один испытательный тест осуществляется процесс измерения порогового напряжения полевого транзистора.-При устройство . об1еспечивает высокую производительность контроля при высокой точности измерения. Так, при измерении величины порогового напряжения 1н-2 В предлагаемое стройство дает возможность уменьить время измерений до 6 мс при точности не ниже llf, в то время как при использовании извес|гного устройства ля достижения такой же точности потребуется провести 60-70 измерений ри величине дискретности 10 мВ и лительности одного: измерения 5 мс. При этом полное время измерения араметра составляет 300-350 мс.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, содержеццее программный блок, соединенный двунаправленной линией связи с блоком управления, вход KOTOixjfb подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, первый из его выходов соединен программируемый блок воздействий и измерения с клеюлоА для подключения ,стока испытуемого прибора, а второй непосредственно с входом основного цифроанацогового преобразователя клемма для подключения истока испытуембго транзистора присоединена к общей шине, отличающееся тем, что, с целью повьииения быстродействия, в него введены дополнительный цифроаналоговый преобразователь, программируемый источник тока, аналоговый компаратор, коммутатор и аналоговый запоминающий блок, а блок управления снабжен третьим, четвертым и пятым выходами, причем входы аналогового компаратора соединены соответственно с выходами основного цифроанёшогового преобразователя и :программируемого блока воздействий и измерения, его выход соединен с управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока § управления, соединенного четвертьм . и пятьм своими выходами соответствеН1 Л но через программируемый источник | тока с сигнальным входом коммутатора f. и через дополнительный цифроанало го-1 вый преобразователь с первым сигналь- g Hbw входом аналогового запоминающего блока, второй сигнальный и режимный | входы KOtoporo присоединены соответ-j ственно к сигнальному и переключа- j 35 ющему выходам коммутатора, а его ,; выход соединен с клеммой для под.( ND j:; ключения затвора испытуемого прибора и измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного входом управления к управ Iляющему выходу коммутатора;