Устройство для измерения пороговых напряжений моп-транзисторов Советский патент 1979 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к электрой1ной промьш-шеш-юсти и- может быть использовано для контроля параметров МОП-транзисторов и исследования характеристик интегральных схем на их основе. Известно устройство для измерения noporoBtJX напряжений МОП-транзисторов, содержащее источник опорного напряжения, токозадающий резистор, источник питания цепи стока испытуемого МОП-транзистора и операционный усилитель, к инвертирующему входу.ко торого подключен исток испытуемого транзистора, а к выходу - его затвор Благодаря введению большого сопротив лейия токозадающего резистора в цеп стока протекает ток очень малой величины и при этом на выходе операционного усилителя устанавливается напряжение, близкое к пороговому. Причем выходное напряжение операцио ного усилителя тем ближе к порогово му, чем меньше заданный уровень тока стока 1. Однако это устройство позволяет измерять пороговые напряжения МОПгранзисторов только в индуцироваиньм каналом итолько в режиме насыщения Кроме того, для получения достаточно хорошей точности измерений устройство требует применения операционных усилителей с очень высоким входным сопротивлением и большим усилением. Известно также устройство для измерения пороговых напряжений МОПтранзисторов, содержащее источники питания стока, затвора и подложки испытуемого транзистора, фиксатор уровня тока стока, в который входят эталонные резисторы, служащие для его измерения, схема начального смещения, следящая система, обеспечивающая установление на затворе такого напряжения, при котором,в цепи исток-сток транзистора протекает заданное фиксатором значение тока, и индикатор, измеряющий установившееся напряжение, на затворе, соответствующее пороговому при достаточно малом значении тока 2. Это устройство более универсально, так как позволяет измерять че только ;пороговые напряжения транзисторов с индуцированным каналом, но и напряжения отсечки транзисторов с встроенным каналом. наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит два аналоговых ключа, два аналоговых запоминающих элемента, решающее устройство, регистрирующее устройство, а также коммутируег/пдй источ ник тока стока испытуемого транзисто ра. Работа устройства основана на не пользовании известной аппроксимирующей квадратичной зависимости тока ст ка йт напряжения на затворе МОП-тран зистора в области насыщения icT Р(изатБ пор)(1) где ICT цепи исток-сток; р - постоянней коэффициент (конструктивный параметр) напряжение на затворе; и pop - пороговое напряжение. При коммутации тока стока на зат,воре транзистора устанавливаются соответствующие значения напряжений. Если выбрать такие значения тока, чтобы они отмечались в 4 раза, то на затворе транзистора.устанавливаются при этом такие напряжения, по которым легко определяется пороговое напряжение из уравнения, которое решает несложное решающее устройство пор - - jatTBj Wв,, где - напряжение на затворе транзистора при протекании через него тока7, и - напряжение на затворе транзистора при протекании через нёгЪ тока 4 I 3J . Недостатком указанного.устройства является то, что оно позволяет измерять только пороговые напряжения МОП-транзисторов с индицированньлм каналом, поскольку в нем нет возможности изменять полярность напряжения между затвором и истоком испытуемого транзистора, а также проводить эти измерения только в режиме насыщения транзистора. . Цель изобретения - расширение области применения устройства для измерения пороговых напряжений МОПгран з исто ров . Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два ана логовых ключа, два аналоговых запомингиощих элемента, решающее устройст во, регистрирующее устройство, введе ны генератор низкой частоты, подключенный к затвору испытуемого транзис тора и к управляющим входам аналоговых ключей, ИСТОЧНИКстокового напря жения, подключенный к стоку транзистора через коммутирующее устройство, выход которого соединен с решающим устройством, эталонный резистор, одним выводом соединенный с общей шиной, а другим - с истоком транзистора и инвертирующими входами двух ком параторов напряжения, к неинвертирую дим входам которых подключены два ис Точника опорных напряжений, выходк. компараторов напряжения через схемы формирования импульсов управления соединены с аналоговыми ключами. Такое устройство позволяет измерять как пороговые напряжения МОПтранзисторов с индуцированным каналом, так и напряжения отсечки полевых транзисторов с встроенным каналом, причем не только в режиме насыщения, но и в ненасыщенной област, а также независимо от длины канала транзистора. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 низкой частоты, клеммЫ для подключения затвора 2, стока 3 и истока 4 испытуемого транзистора, коммутирующее устройство 5, источник стокового напряжения 6, эталонный резистор 7,. источники опорного напряжения 8 и 9, компараторы напряжения 10 и 11, схемы формирования импульсов управления 12 и 13, аналоговые ключи 14 и 15, аналоговые запоминающие элементы 16 и 17, решающее устройство 18 и регистрирующее устройство 19. Устройство работает следующим образом. Генератор низкой частоты 1 подает на затвор 2 испытуемого транзистора знакопеременное напряжение (например, синусоидальное) с большей, чем ожидаемый диапазон измеряемых пороговых напряжений амплитудой. Нл сток 3 испытуемого транзистора через коммутирующее устройство 5 подается постоянное напряжение от источника стокового напряжения б. В цепь истока 4 включен эталонный резистор 7, на котором создается падение напряжения от тока, текущего через транзистор. К истоку подключены также инвертирующие входы компараторов напряжения 10 и 11, на неинвертирующие входы которых поданы опорные напряжения Uof, и UOP от источников 8 и 9. Компараторы напряжения 10 и 11 и схемы формирования импульсов управления 12 и 13 настроены таким образом, что их срабатывание происходит по одному разу в течение периода изменения напряжения низкой частоты на затворе 2 транзистора от максимального положительного до максимального отрицательного или наоборот, в зависимости от типа проводимости канала транзистора, Причем срабатывание происходит в моменты равенства падений напряжений на эталонном резисторе 7 значениям опорных напряжений UQ и Uon Выходные импульсы схем формирования импульсов 12 и 13 открывают аналоговые ключи 14 и 15 и в течение действия этих импульсов на аналоговых запоминающих элементах 16 и 17 Происходит запоминание напряжений на затворе 2 транзистора U UjaTBz соответствующих напряжениям Uon и. Uoni Напряжения и эатва поступают .на решающееустрой ство 18,- которое вычисляет экстрапо лированное пороговое напряжение и подает его на регистрирующее устрой ство 19, В зависимости от того, в каком р жиме (насыщенном или ненасыщенном) необходимо производить измерения,коммутирующее устройство 5 обеспечивает соответствующий режим измерени испытуемого транзистора и одновреме но изменяет функцию, которую вычисляет решающее устройство 18. В насыщенном режиме вычисление производиться по формуле По сравнению с известными предлагаемое устройство имеет более широки возможности при измерении порогового напряжения или напряжения отсечки по левых транзисторов, а также создает возможность автоматизации измерения этих напряжений и других параметров транзисторов (крутизны, коэффициента влияния подложки, подвижности носителей в канале), Формула изобретения Устройство для измерения пороговых напряжений МОП-транзисторов, со держащее два ключа, два зaпo шнaющиx элемента, решающее устройство, регистрирующее устройство, о т л и чающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможноетей устройства,.в него введены генератор низкой частоты, подключенный к затвору испытуемого транзистора и к управляющим входам ключей, источник стокового напряжения, подключенный к стоку транзистора через коммутирующее устройство, выход которого соединен с решающим устройством, эталонный резистор, одним, выводом соединенный с общей шиной, а другимс истоком транзистора и инвертирующими входами двух компараторов напряжения, к неинвертирующим входам которых подключены два источника опорных напряжений, -вблходы компараторов напряжения через схемы формирования импульсов управления соединены с ключами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Грэм, Измерение параметров транзисторов с помощью схем на операционных усилителях, Электроника 1972, т, 45,№ 5, с. 45-52. 2.Бйнгелис А.Ю, и др. Комплект ;аппаратуры для измерения параметров полевых транзисторов, .Обмен, опытом в радиопромышленности , 1971, вып. 2, с., 42-44, 3.Уилнаи, Определение noptiWe ro напряжения полевого МОП-транзистора с помощью одного измерения. Электроника, 1972, т, 45, № 19, с, 8081,.