Устройство для измерения и регистрации напряжения лавинного пробоя р-п переходов Советский патент 1982 года по МПК G01R31/26 

(54) УСТРОЙСТВО даЯ ИЗМЕРЕНИЯ

и РЕГИСТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ ЛАВИННОГО ПРОБОЯ р - п-ПЕРЕХОДОВ

1

Изобретение относится к электронной промышленности и к технике измерений электрических параметров полупроводниковых приборов. Оно может быть эффективно исследовано при проведении исследований быстрых изменений напряжения лавинного пробоя р - п-переходов под действием различных факторов, например ионизирующего излучения.

Известно устройство для измерения пробивных напряжений полупроводниковых приборов, содержащее пороговое устройство и токосъемное сопротивление в цепи испытуемого прибора, генератор .пускового импульса, запускающий генератор линейно-изменяющегося напряжения и триггер управления схемой запрета поступления импульсов в счетчик. В этом устройстве S момент достижения линейно-ивменяющимся напряжением величины напряжения пробоя р -. п-перехода в счетчик прекращают поступать счетные импульсы, поступавшие в него с момента пуска генератора линейно-изменяющегося напряжения. Напряжение пробоя оценивается по количеству поступивших в счетчик импульсов Ц.

Недостатком известного устройства является то, что время развертки линейно-изменяющегося напряжения должно быть достаточно продолжительным, так как для сохранения необходимой точности измерений к моменту достижения линейно-изменяющимся напряжением величины напряжения пробоя, в счетчике должно накопиться достаточно большое количество импульсов. Это свойство принципиально ограничивает быстродействие устройства.

Другим из известных устройств является устройство для измерения пробивного напряжения р - п-перехода, содержащее генератор импульсного напряжения и измерительное устройство. Причем, с целью обеспечения неразрушающего контроля, оно содержит конденсатор, подключенный между выходом генератора импульсного напряжения и клеммами для подключения испытуемого элемента. Амплитуда импульсов постепенно повышается до наступления пробоя испытуемого изделия 2 .

Недостаток данного устройства заключается в том, что оператор вынужден вручную постепенно повышать , 30 литуду импульсов, поступающих на р - n-переход до наступления пробоя Это существенно ограничивает быстродействие устройства и не позволяет его использовать для регистрации быстрых изменений параметра. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, реализующее известный способ , содержащее клеммы для подключения испытуемого перехода, фазочувствительный детектор, регистратор, полосовой усилитель, генератор высокой частоты и источник питания, подключенные ко входам смесителя, выход которого соединен с одной из клемм для подключения испытуемого перехода 31, В этом устройстве в качестве источника питания использован генератор пилообразного напряжения, амплитуда которого медленно повышается до момента возникновения пробоя. Увеличение скорости роста н-апряжения невозможно, так как это приводит к тому, что вследствие неизбежных задержек в элементах схемы, момент снятия напряжения с р - п-перехода оказывается задержанным относительно момента начала развития лавинного пробоя. Это обстоятельство увеличивает вероятность повреждения р - п-перехода и его разрушения. В связи с этим пилообразное напряжение должно быть медленно-нарастающим, что ограничивает точность регистраци параметра и является недостатком уст ройства. Целью изобретения является повыше ние точности непрерывной регистрации напряжения лавинного пробоя при воздействии импульсов ионизирующего излучения. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения и регистрации лавинного пробоя р - п-переходов , содержащее клеммы для подкл чения испытуемого перехода, фазочувствительный детектор, регистратор, полосовой усилитель, генератор высокой частоты и источник питания, подключенные ко входам смесителя, выход которого соединен с одной из кле для подключения испыт/уемот о перехода введены Фазовращатель, комплексная нагрузка, заграждающий фильтр и интегратор, а источник питания выполне в виде последовательно соединенных источника тока и управляемого аттенюатора, к управляющему входу которого через интегратор подключен выход фазочувствительного детектора, первый вход которого соединен через фазовращатель с выходом генератора высокой частоты, а второй вход через полосовой усилитель - со второй клеммой для подключения испытуемого перехода, к которой подключена комплексная нагрузка, и регистратор соединен с выходом смесителя через заграждающий фильтр. На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства. Устройство для измерения напряжения лавинного пробоя р - п-переходов состоит из генератора 1 высокой частоты, подключенного ко входу фа30вращателя 2 и первому входу смесителя 3, к другому входу которого подключен выход аттенюатора 4, вход которого связан с выходом источника 5 тока. Аттенюатор 4 и источник тока 5 образуют схему управляемого источника питания. Выходы фазовращателя 2 и полосового усилителя 6 подключены ко входам фазочувствительного детектора 7, выход которого соединен со входом интегратора 8, подключенного своим выходом к управляющему входу аттенюатора. Выход смесителя 3 подключен к последовательно соединенным заграждающему фильтру 9 и регистратору 10, а также к одной из клемм 11 для подключения испытуемого перехода а другая клемма 12 соединена с комплексной нагрузкой 13 и входом полосового усилителя 6. Устройство работает следующим образом. Постоянный ток, выдаваемый источником 5 тока, проходя управляемый аттенюатор 4, смешивается в смесителе 3 с током от генератора 1 высокочастотного напряжения. Суммарный ток протекает в обратном направлении через р - п-переход, замыкаясь на землю через нагрузку 13. Комплексная нагрузка 13 представляет собой соединенные параллельно индуктивность с активным сопротивлением, близким к нулю, и резистор, который ограничивает величину сопротивления нагрузки на высоких частотах. На частоте генератора 1 высоких частот сопротивление нагрузки равно сопротивлению резистора, но на низких частотах ее сопротивление близко к нулю. Высокочастотное напряжение, выделенное нагрузкой 13, усиливается в полосовом усилителе 6, центральная частота полосы пропускания которого равна частоте высокочастотного генератора 1. Усиленный сигнал поступает на один вход фазочувствительного детектора 7, на другой вход которого подается напряжение высоко частотного генератора 1, прошедшее фазовращатель 2. Фазовращатель устраняет паразитные фазовые сдвиги элементов устройства. Передаточная характеристика фазочувствительного детектора 7 такова, при равенстве фаз двух входных сигналов напряжение на его выходе равно нулю. При разности фаз, отличной от нуля, на выходе детектора появляется напряжение, полярность и амплитуда кот рого зависит от знака разности фаз входных сигналов. Интегратор 8 накапливает заряд, обусловленный пода чей на его вход сигнала с выхода фа зочувствительного детектора 7, и выдает сигнал, пропорциональный заряду на управляющий вход аттенюатора 4 . Описанные элементы устройства представляют собой следящую систему. Амплитуда управляющего напряжения на входе аттенюатора поддерживается такой, что ток через р - ппереход на обратной ветви вольт-амперной характеристики соответствует напряжению лавинного пробоя. При этом разность фаз напряжения с генератора 1 (после прохождения фазовращателя 2) и напряжения с усилителя 6, пропорционального току через р - п-переход, равна нулю, а напряжение на входе интегратора 8 отсутствует. Если при изменении свойств р - п перехода задаваемый ток отклоняется от значения, соответствующего напряжению лавинного пробоя, появляется разность фаз сигналов на выходе .детектора 7 и соответствующее ей напряжение на входе интегратора 8. Заряд, накопленный интегратором и соответственно его выходной сиг нал, уменьшается или увеличивается в зависимости от полярности сдвига фаз. Это в свою очередь вызывает под стройку аттенюатором 4 тока испытуе мого перехода к уровню,соответству щему новому значению напряжения лав ного пробоя. Таким образом, на клемме 11 непрерывно поддержива:ется напряжение, соответствующее развитию лавинного пробоя. Сигнал с этой клем мы, пройдя заграждающий фильтр 9, настроенный на частоту высокочастотного генератора 1, поступает в регис ратор 10. Поскольку сопротивление комплексной нагрузки 13 на низких частотах практически равно нулю, ано р - п-перехода на этих частотах оказывается заземленным, а потенциал катода 11 р - п-перехода представляет собой напряжение лавинного пробоя поступающее в память регистратора 10 Предложенное устройство для измер ния напряжения лавинного пробоя р переходов по сравнению с известным позволяет приблизительно на порядок повысить точность регистрации, т.е. проводить измерение и регистрацию быстроизменяющегося напряжения пробоя р - п-переходов. Вследствие этого становится возможным проводить эксперименты по исследованию изменения напряжения лавинного пробоя и связанных с ним электрофизических характеристик р - п-перехода при воздействии на него различных факторов, например коротких импульсов ионизирующего излучения. Формула изобретения Устройство для измерения и регистрации напряжения лавинного пробоя р - п-переходов, содержащее клеммы для подключения испытуемо го. пере хода, фазочувствительный детектор, регистратор, полосовой усилитель, генератор высокой частоты и источник питания, подключенные к входам смесителя, выход которого соединен с одной из клемм для подключения испытуемого перехода, отличающееся тем, что, с целью повышения точности непрерывной регистрации напряжения на р - п-переходе в области лавинного пробоя при воздействии импульсов ионизирующего излучения, в него введены фазовращатель, комплексная нагрузка, заграждающий фильтр и интегратор, а источник питания выполнен в виде последовательно соединенных источника тока и управляемого аттенюатора, к управляющему входу которого через интегратор подключен выход фазочувствительного детектора, первый вход которого соединен через фазоврсодатедь с выходом генератора высокой частоты, а второй вход через полосовой усилитель - с второй клеммой для подключения испытуемого перехода, к которой подключена комплексная- нагрузка, и регистратор соединен с выходом смесителя через заграждающий фильтр. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 307360, кл. G .01 R 31/26, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР .№ 654917, кл. G 01 R 31/26, 1977. 3.Авторское свидетельство СССР i№ 421959, кл. G 01 R 31/26, 1972 (прототип).