УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБРАТНЫХ ТОКОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1995 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к электронной промышленности и может быть использовано для измерения обратных токов р n переходов диодов, транзисторов и интегральных схем, а также в составе автоматизированных измерительных систем при производстве полупроводниковых приборов.

Известно устройство для измерения обратных токов полупроводниковых приборов по авторскому свидетельству N 673939, которое содержит, как и данное устройство, последовательно включенные импульсный режимный источник напряжения, контактное устройство для подключения испытуемого прибора, стробируемый преобразователь ток-напряжение, измеритель напряжения и схему синхронизации, соединенную с управляющими входами режимного источника, преобразователя и измерителя.

Известное устройство благодаря наличию стробируемого преобразователя ток-напряжение, на основе операционного усилителя с дополнительным резистором в цепи обратной связи, включаемого с помощью ключа, который управляется схемой стробирования, позволяет повысить производительность контроля полупроводниковых приборов с малыми величинами обратных токов. Однако производительность контроля остается низкой для приборов, имеющих значительный диапазон времени установления обратных токов.

Диапазон времени установления обратных токов для некоторых приборов составляет от нескольких десятков миллисекунд до нескольких секунд, а так как время включения импульсного режимного источника напряжения должно задаваться равным максимальному значению времени установления обратного тока для данного испытываемого типа приборов, то известное импульсное устройство по производительности контроля становится в ряд ручных устройств. Кроме того, максимальная величина времени установления обратного тока в контрольной партии может быть определена с доверительной вероятностью, что обусловлено конечным числом приборов в контрольных партиях, а также допустимым изменением характеристик материалов, климатических условий и вакуумной гигиены в технологическом процессе производства полупроводниковых приборов, поэтому известное устройство имеет недостаточную достоверность контроля, то есть в процессе массового производства обязательно будут годные приборы с большим временем установления обратного тока, чем максимальная величина времени установления в контрольной партии, которые будут забракованы.

Целью данного изобретения является уменьшение времени измерения и повышение достоверности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения обратных токов полупроводниковых приборов, содержащее последовательно включенные импульсный режимный источник напряжения, контактное устройство для подключения испытуемого прибора, стробируемый преобразователь ток-напряжение, измеритель напряжения и схему синхронизации, соединенную с управляющими входами режимного источника, преобразователя и измерителя введены анализатор относительного приращения измеряемой величины, генератор временных меток, счетчик и схема И-НЕ, при этом выход генераторов временных меток подключен к первым входам измерителя напряжения, анализатора и счетчика, вход генератора и вторые входы счетчика и анализатора подключены к выходу устройства синхронизации, выход измерителя подключен к третьему входу анализатора, выход счетчика и первый выход анализатора раздельно подключены к входам схемы И-НЕ, а объединенные второй вход анализатора и выход схемы И-НЕ подключены к второму входу схемы синхронизации.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 даны временные диаграммы, поясняющие его работу.

Предлагаемое устройство содержит импульсный режимный источник напряжения 1, контактное устройство 2 для подключения испытуемого прибора, схему синхронизации 3, предназначенную для управления работой режимного источника 1, стробируемого преобразователя ток-напряжение 4, генератора временных меток 5, измерителя напряжения 6, счетчика импульсов 7 и анализатора относительного приращения измеряемой величины 8. Устройство содержит также логическую схему И-НЕ 9, первый вход которой подключен к выходу анализатора 8 относительного приращения измеряемой величины, второй вход к выходу счетчика 7, а выход к схеме синхронизации и анализатору 8.

Генератор временных меток 5 предназначен для включения измерителя 6, счетчика 7 и анализатора 8 через задаваемые (программируемые), равные интервалы времени.

Измеритель напряжения 6 служит для измерения выходного напряжения преобразователя ток-напряжение 4 в моменты включения его генератором меток и хранения результата измерения до следующего, очередного, включения.

Время измерения измерителем должно быть на 2 порядка меньше, чем интервал времени между соседними метками генератора меток 5.

Счетчик 7 предназначен для задания максимального времени измерения одного прибора и выключения схемы синхронизации 3 (после выполнения анализа в анализаторе 8) через схему И-НЕ, в случае переполнения счетчика.

Назначение анализатора 8 определение относительного приращения измеряемой величины за время интервала между двумя метками, сравнения относительного приращения (по абсолютной величине) с заранее заданным (запрограммированным) значением относительного приращения и выдачи сигналов о времени анализа и результате сравнения.

Работа устройства происходит следующим образом.

После установления в контактное устройство 2 испытуемого прибора сигналом Пуск включается устройство синхронизации 3, которое по выходу программирует (задает) интервал между метками в генераторе меток 5 и максимальное время измерения одного прибора t_изм.max (путем программирования числа импульсов счета до переполнения счетчика), разрешает работу измерителя напряжения 6, анализатора 8 и формирует сигнал для запуска режимного источника 1, стробируемого преобразователя 4 и генератора 5 (см. фиг.2б, момент времени t_o).

C момента времени t_o (после заряда паразитной емкости подключающего устройства через дополнительный резистор в цепи обратной связи стробируемого преобразователя код-напряжение) на выходе стробируемого преобразователя код-напряжение 4 формируется напряжение положительной полярности, пропорциональное измеряемому обратному току, форма которого для прибора П2 показана на фиг. 2а сплошной линией (возможные формы для других испытуемых приборов П1, П3 показаны пунктирными линиями).

Через интервал времени t₁-t_o, равный запрограммированному интервалу между метками (например, 10 Мс), генератор меток 5 вырабатывает импульс (фиг. 2в), по переднему фронту которого включается измеритель напряжения 6 (фиг. 2г).

Величина измеренного напряжения U₁ передается по заднему фронту импульса генератора 5 из измерителя 6 в анализатор 8, где запоминается.

В момент времени t₂ генератор временных меток 5 вновь запускает измеритель напряжения 6 и измеренную величину U₂ передает в анализатор 8, где она также запоминается.

Анализатор определяет величину относительного приращения измеряемого напряжения за интервал времени t₂-t₁ по формуле:
δ_uизм.100% (1) где U₁, U₂ значения измеряемого напряжения в моменты времени t₁, t₂соответственно и сравнивает с заданным значением (нормой) δ_un.

Если в момент сравнения величина δ_изм. > δ_un измеренное значение относительного приращения больше нормы относительного приращения переходный процесс обратного тока не установился, то измерение продолжается, как для рассматриваемого случая прибора П2.

Каждый раз, после момента сравнения, через время задержки от заднего фронта импульса генератора временных меток 5, необходимого для работы анализатора 8 (десяти микросекунд), на выходе 1 анализатора 8 появляются импульсы положительной полярности (фиг.2а), поступающие на вход схемы И-НЕ 9.

Для рассматриваемого случая в интервал времени t₃-t₂ счетчик не заполнился (выходной сигнал счетчика не изменил уровня), поэтому выключения схемы синхронизации 3 через схему И-НЕ не происходит, процесс измерения продолжается.

В момент времени t₃ генератор меток 5 вновь включает измеритель напряжения 6 и переписывает по заднему фронту своего выходного импульса в анализатор 8 измеренную величину напряжения U₃, где она запоминается и используется для определения относительного приращения ранее запомненной величины U₂ за время очередного интервала t₃-t₂ по формуле (2)
δ_uизм.100% (2) где U₃ значение измеряемого напряжения в момент времени и сравнения измеренного относительного приращения с нормой.

При δ_uизм.< δ_uзад. (случай установившегося процесса обратного тока с заданной точностью, определяемой нормой δ_un в процентах), сигнал на выходе анализатора изменяет уровень (фиг.2и) и отрицательным перепадом выключает схему синхронизации 3, которая, в свою очередь, выключает генератор временных меток 5, режимный источник 1 и преобразователь код-напряжение 4, а также разрешает вывод информации с измерителя 6 о величине обратного тока, измеренного в установившемся процессе (используется для передачи последнее измерение измерителя 6).

Для прибора П1, у которого время установления обратного тока меньше времени t₂-t_o (установившийся процесс обратного тока к моменту t₂), отключение устройства синхронизации 3 произойдет раньше (см. фиг.2б, 2и, момент t₂¹), то есть после первого же сравнения.

Если время установления обратного тока испытуемого прибора больше максимального времени измерения, задаваемого счетчиком 7 (фиг.2а для прибора П3), то счетчик 7 выдает сигнал Переполнение (фиг.2д), разрешая выключение схемой И-НЕ 9 (фиг. 2к) устройства синхронизации 3 по переднему фронту сигнала с выхода анализатора 8. Максимальное время измерения одного прибора в данном устройстве можно устанавливать в несколько раз большим, чем максимальное время установления обратного тока, определяемое по результатам временных измерений обратных токов приборов контрольной партии, так как число таких приборов невелико, и незначительно отразится на понижении производительности контроля.

Таким образом, в данном устройстве фактическое время измерения одного прибора является величиной переменной и практически равно времени установления обратного тока испытуемого прибора, а не задается, как в известном устройстве по максимальному значению времени установления обратного тока одного из приборов контрольной партии, что повышает производительность контроля, а измерение величины обратного тока происходит всегда в установившемся режиме, что повышает достоверность контроля.

Предложенное техническое решение более эффективно по сравнению с известным, так как позволяет повысить производительность контроля не менее чем в 1,5 раза и увеличить процент выхода годных приборов не менее чем на 0,2% Его целесообразно использовать в быстродействующих автоматизированных измерительных системах, ориентированных на массовое производство полупроводниковых приборов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБРАТНЫХ ТОКОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ по авт. св. N 673939, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени измерения и повышения достоверности источника контроля, в него введены анализатор относительного приращения измеряемой величины, генератор временных меток, счетчик и схема И НЕ, при этом выход генератора временных меток подключен к первым входам измерителя напряжения, анализатора и счетчика, вход генератора и вторые входы счетчика и анализатора подключены к выходу устройства синхронизации, выход измерителя подключен к третьему входу анализатора, выход счетчика и первый выход анализатора раздельно подключены к входам схемы И НЕ, а объединенные второй выход анализатора и выход схемы И - НЕ подключены к второму входу схемы синхронизации.