Измеритель временных параметров полупроводниковых приборов Советский патент 1979 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

.. ,. .1.;. ..,-. . .,.:., , ,.- ./:,;;.

Устройствр ОТНОСИТСЯ К Области приборостроения и может быть использрваг но для измерения временных параметров полупроводниковых приборов при их ав- г томатической разработке и классификации. ; - .: .... .- .- . . .

Известны измерители UJ / с промежуточным преобразованием йзмеряелого параметра в амплитуду напряжения, CO-JQ держа циё преобразователи временного интервала в напряжение, компараторы, коммутационные и логические элементы.

Измерители имеют невысокие стабильность и точность, а также сложны в настройке. Помимо время-амплитудного преобразователя, большое влияние на точность измерения оказывают ,акже параметры к мпараторов напряжения (стабильность,быстродействие и чувст- р вительнрсть) , .формирователей (собственные задержки и быстродействие)

: Известен также преобразователь 2 динамических параметров импульсных Ъхем в код, соде «сащий формирователь импульсовj источники опорйых напряже- НИИ и напряжений смещения, два балансны каскада с генераторами стабильного тока, включенными в цепь эмитте1ЮВ сравнивающих транзисторов, диоды 30

и согласующие транзисторы, схему сдвига уровня, конденсаторы, к которым подключеныЬтсчетные устройства.Известное устройство имеет низкую производительность, так как для измерения только одного параметра через испытуемый прибор нужно пропусти ть около десятка импульсов. Возникает rieобходимость проведения большого объма вспомогательных.подготовительных операций при измерёнйи временных пара- . метров интегральных микросхем со средней и высокой степенью и нтеграции. Затрудняется также измерение параметров мощных транзисторов на предельных режимах. Последнее объя1Еняётся тем, что, йо-первых, при большом числе включений транзистора для измерения несколькиз{ параметров требуется установка испытуемого прибора на радиатор (в противнем случа:е дрейф измеряемого параметра, вызванный разогревом транзистора, (ложет послужить причиной сбоя кодирующего преобразователя); во-вторых, ухудшается на.цежность работы уётройсТва. из-за интенсивных импульсных помех, возникающих при переключении мощных вьгоокочастотных транзисторов и отрицательно сказывгиощихся на работе высокочувствительного широкополосного устройства сравнения напряжений (туннельного диода). Увеличение же периода следования тестовых импульсов, как и повторение измерений с целью получения достове1 н6го ре эультата, приводит к увеличению продолжительности измерений, что нежелательно в автоматических измерителях-классификаторах, устанавливаемых для 100%-ного контроля качества выпускаемой продукции на технологичес5{их линиях завода, ; Целью изобретения является сокращение времени измерения.. Поставленная цель достигается тем что балан сные. каскадьз выполнены на транзисторах разной проводимости , при чем точки соединения коллекторов балансных каскадов соединены через диоды с источником напряжения смещения, а через согласующие транзисторы - с конденсаторами, при зтом формирователь импульсов соединен с входом одного балансного каскада через испытуе мый прибор, а с входом другого балансного каскада - через схему сдвига уровня, . ., . Функциональная схема измерителя временных параметров полупроводниковых приборов представлена на фиг. 1. Измеритель содержит два балансных каскада, один из которых связан с формирователем;импульсов 1 через схе му 2 сдвига уровня, а другой - через испытуемый прибор 3. На вторые входы каскадов поступают опорные напряжеБалансные каскады ния Ugn. и Uon.2 выполнены на сравнивающих транзисторах разной проводимости 4, 5 и 6,-7 с генераторами 8, стабильного тсэка в их эмиттерних цепях. Коллекторы транзисторов 4-7-попарно объединены и через диоды 10, 11 подключены к ис точнику напряжения смещения ЕСМ , Э через транзисторы 12 и 13, включенны по схеме с общей базой,соединены с конденсаторами 14 и 15, параллельно которым включены отсчетные устройств 16 и 17. К источнику напряжения смещения E{.л подключены также базы согласующих транзисторов 12 и 13. На фиг, 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства при измерении, например задержек включения t ;к выключения tj испытуемого прибора 3 по уровню 0,5. В исходном состоянии на базу тран эистора 4 подается напряжение Ujx (t) меньшее по величине, чем приложенное к базе транзистора 5 опорное напряже ние Ugt, j , Поэтстлу р-п-р-транзистор 5 закрыт (IK 0), а через транзистор 4 протекает весь ток Jp.i генера тора 8, т,е. IK, Jri Через открытый транзистор б протекает весь ток J,j2 генератора 9, поскольку к базе сравнивающего п-р-п-транзистора 6 вт рОгрбалансного каскада приложен более высокий потенциал, чем к базе транзистора 7: (t) оп2 Ток Jr.2 генератора 9 при первоначальной настройке схемы устанавливается несколько большим тока J.-j генератора 8 с тем, чтобы в исходном состоянии согласующие транзисторы 12 и. 13были запертыми, а конденсаторы 14и 15 были разряженными. Небольшой разностный ток (г.),() протекает через диод 10 и за счет падения напряжения на нем транзистор 12надежно заперт. Через транзистор 13ток также не протекает, поскольку заперты транзисторы 5 и 7. Пусковой импульс запускает формирователь 1 тестового импульса прямо--. угольйЪй формы. На фиг. 2,а показан случай, когда длительность фронта тестового импульса не равна нулю. При достижении входным напряжением U(t)уровня Uon J ток J/r/i начинает перераспределяться между транзисторами 4 и 5, а несколько позже, когда Uy,b (t) сравнивается с Uon г г начинает перераспре--деляться между транзисторами 6, 7 и ток генератора 9 Jj-.2 (Фиг. 2,в,д) . Пе-,. риоды времени между моментами пересечения входным напряисёнием Uj (t) уровня UOR и выходным UBHX (t) уровня ирпг равны измеряемым задержкам включения t| и выключения tj испытуемого прибора 3,, Поскольку переключение транзисторов балансных каскадов происходит не одновременно, то имеют место всплески разностных токов и 1 (заштрихованные участки на фиг. 2,в,д).В зависимости от полярности разностные токи могут протекать через диодыЮ, 11 либо через транзисторы 12, 13. Токи i:j.j О И ij;2 О, протекающие через транзисторы 12, 13 и заряжающие конденсаторы 14 и 15, равны: 1.(-Н2ы:1 н 1) П, / .1.в.,хШ Uont- Bxlt) ( где J,j, мВ тепловой потенциал транзисторов. Поскольку значения зарядных токов i XI 2 определяются зкспоненциальньв га зависимостями (2) и (3) , то можно считать, что их-изменения происходят в диапазоне (3-4) Л измен ния напряжений П (t) и U3biK{t) .относительно опорных уровней Uani соответственно, т.е. при изменении этих напряжений примерно на 75-100 мВ Амплитуда входных и выходных импульсов подавляющего большинства полупро водниковых приборов значительно превьциает указанные значения, поэтому можно считать, что напряжения Чд (t и Ugtjix (t) в таком диапазоне изменяются практически линейно. Следовательно, составляющие функций (1), (2) нечетным относительно точек U(t) Uoni г UgbixCt) Uonz /а площади .описываемые зависимостями (1) и (2), в точности равны площадям прямоуголь ников, показанных на фиг. 2,в,д, пунк тиром. Можно записать: 4,Wdt . где Vci напряжение заряда -на конденсаторе 14 емкостью С, Uc2 - напряжение заряда на конде нсаторе 15 емкостью С2. На фиг. 2,г,е, тонкой линией показаны изменения напряжений Uc (t) и Uc2 (t) на конденсаторах С и С / если бы их заряд производился постоянным током ёГс. 1 в течение задержек о включения tl и выключения t.2 , выделяемых с помощью идеальных компараторов напряжения, как это обычно и стре мятся осуществить в измерителях подоб ного типа. По временным дйагракмам и зависимостям (4), (5) видно, что хотя заряд конденсаторов в предложенном устройстве npoTeK ieT несколько иначе, чем в идеальном случае, однако напряжения Uoi (t) и Ucg (t) достигают тех же значений. Эти напряжения измеряются (кодируются) .с помоцью отсчётнь1Х устройств 16, 17. . Отсутствие гистерезиса, быстрота переключения из-за исключения режимов насыщения транзисторов и небольшой величины их коллекторных нaгpyзoк а также высокая стабильность нуля ба-: лансных каскадов позволяют значительно упростить построение измерителя временных параметров с промежуточнь м преобразованием и устранить пограаности, вызванные неидеальностью компараторов. Благодаря объединению .коллекторов сравнивающих транзнстороа балансных каскадов и выполнению этих каскадов на транзисторах с разной проводимостью отпёщает необходимость в дополнительных схемах блокировки, формирователях старт-стоповых импулйсов ключах, триггерах. Этим исключгиотсЯ погрешности, обусловленные собствёнными задержками, флуктуациями фронтов 4366 и неидеальной формой выходных импульсов этих узлов. Согласующие транзисторы 12 и 13 позволяют повысить линейность преобразования, поскольку потенциалы на коллекторах сравнивающих транзисторов в процессе заряда конденсаторов остаются неизменными. Перечисленные факторы позволяют достичь в предлагаемом устройстве точности измерения, близкой точности прототипа при значительном сокращении числа измерительных операций. Действительно, при прохождении через испытуемый прибор всего одного импульса устройством измеряются сразу два временных параметра. Наг ряжение на конденсаторе 15 будет эквивалентно, например, времени включения , испытуемого транзистора, а на конденсаторе 14 1времени рассасывания неосновных носителей ts , если U-oncj 0,1 Usbixmax либо соответственно задержке включения и времени выключения to±f при Udfi2 - г Ugbix max. Установкой величин токов ,Jr( Jr-2 либо емкостей Cj, Cj выбираются необходимые пределы измерения, а регулировкой уровня либо крутизны фронтов импульса Uj,;; (t) , поступающегочерез схему сдвига уровня на вход первого балансного каскада, изменяется, момент переключения этого каскада, т.е; подстраивается нуль измерения. Схема сдвига уровня необходима, по- . скольку балансные каскады работают при напряжениях ft) EcM Ucmqx Ujbix min (t) B(rt В случае .необходимости входные напряжения балансных каскадов Ugx и ) ограничиваются. Дополнительным преимуществом схемы является инвариантность к фазировке входHfcJx напряжений. Для того, чтобы измерять временные параметры, например, неинвертирующёго .исшлтуемого. прибора, не нужен дополнительный инвертор. Достаточно поменять местами входы второго балансного каскада. Формула изобретения Измеритель временных параметров полупроводниковых приборов, содержащий формирователь импульсов, источники опорных уровней и напряжения cмeщeнJ я, два балансных каскада с генераторами стабильного тока, включенньзми в цепь эмиттеров сравнивающих транзисторов, диоды, согласующие транзисторы, схему сдвига уровня, конденсаторы, к которым подключены отсчетные устройства, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, балансные каскады выполнены на транзисторах разной проводимости, причем очки соединения коллекторов балансых каскадов соединены через диоды с сточником напряжения смещения, а чеез соглас тоШетранзисторы - с кон