Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов Советский патент 1983 года по МПК G01R31/26 G01R31/28 

(5t) УСТРОЙСТВО ДЛЯ-ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС), преимущественно статических параметров,таких как обратные токи р-п переходов, коэффициент усиления по току, напряжений насыщения для транзисторов, токи утечки, разность входных токов, ток. потребления для ИС. Известно устройство для измерения статических параметровполупроводниковых приборов, например, коэффициента усиления по току транзисторов, содержащее генератор тока, источники напряжения, измерители тока и напряжения, резисторы, усилители, детекторы и регистрирующее устройство. 8 нем при измерении заданных статических параметров полупроводниковых приборов задают и измеряют токи и напряжения с помощью коммутации механическими ключами, например ручными измерителями параметров, или электромеханическими реле, например автоматическими измерителями. Это устройство позволяет производить измерения (классификацию) только одного конкретного параметра полупроводникового прибора, при необходимости измерения нескольких параметров с помощью электромеханических реле подключают соответствующие измерители к зажимам испытуемого полупроводникового прибора 1 у. Однако использование механических или электромеханических реле снижает надежность и производительность устройств. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения статического коэффициента усиления по току, содержащее управляемый генератор тока, соединенный с клеммой для подключения

эмиттера, источник коллекторного напряжения, операционный усилитель, соединенный с клеммой для подключения базы, в отрицательную обратную связь которого включены резистор, два конденсатора и два синхронных переключателя, входы которых через конденсаторы соединены с выходом усилителя, а выходы каждого из переключателей соединены с противоположными выходами другого переключателя, один из которых заземлен, а другой соединен с регистрирующим блоком 2 .

Недостатками известного устройства являются ограниченность функциональных5 возможностей, низкое быстродействие измерения и ненадежность в работе, так как конструктивное выполнение устройства позволяет измерять раздел но только однотипные параметры, наnptjMep статический коэффициент усиления по току (BCT) коэффициент усиления по току на малом сигнале h-iiE и не позволяет измерять одновременно разнотипные статические параметры. I Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ус ройства и повышение быстродействия измерения. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов, содержащее управляемый генератор тока , соединенный с клеммой для подклю цения эмиттера испытуемого прибора, клемма для подключения коллектора ко торого соединена с источником коллек торного напряжения, арифметический блок, выполненный на операционном усилителе с р|езистором в цепи отрицательной обратной связи и конденсатора, регистр|ирующий блок и клемму для подключения базы испытуемого при бора, введенЦ блок управления и преобразователь, вход которого оединен с клеммой подключения базы испытуемого прибс|ра, а выход - с входом арифметическс|го блока, выход которог /соединен с в)одом регистрирующего бл ка,. а первый второй и третий входы управления подключены к соответствующим выходам I блока управления, четвертый, пятый и шестой выходы которо го подключены к соответствующим эходам управления преобразователя, кото рый выполнен на двух операционных усилителях, резисторе, электронном

ключе и трех цепочках, каждая из ко торых содержит последовательно соеди ненные резистор и электронный ключ, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к входной клемме преобразователя, его неинвертирующий вход соединен с выходом второго операционного усилителя с резистором в цепи отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а инвертирующий вход через первую и вторую цепочки соединен соответственно с клеммой для подключения источника опорного напряжения и к выходу первоГО операционного усилителя с третьей цепочкой в цепи отрицательной обратной связи, который через электронный ключ присоединен к выходной клемме преобразователя, входы управления которого соединены соответственно с входами управления трех цепочек и электронного ключа, а в арифметический блок введены три цепочки, содержащие каждая последовательно соединенные электронный ключ и резистор, причем nepBbie выводы первой и второй цепочек соединены с входной клеммой арифметического блока, а вторые выводы подклю чены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилителя, между неинвертирующим входом которого и общей шиной включена третья цепочка, параллельно которой подключен конденсатор, выход операционного усилителя соединен с выходной 1 еммой арифметического блока, входы управления которого подключены к входам управления соответствующих цепочек. На чертеже приведена схема устройства. Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов содержит клеммы 1-3 для подключения испытуемого прибора, количество которых равно числу выводов прибора, например для транзистора - три клеммы соотвественно выводам эмиттера (Э), ба(Б) и коллектора (К), для ИС зычетыре и более клемм, источник Ц коллекторного напряжения, управляемый, генератор 5 тока, арифметический блок 6, содержащий операционный усилитель 7 с резистором 8 в цепи отрицательной обратной связи и конденсатор 9. Устройство также содержит три цепочки 10-12, содержащие каждая последовательно соединенные электронный ключ и резистор,регистрирующий блок 13, преобразователь , содержащий два

операционных усилителя 15 и 16, резистор llf, электронный ключ 18 и три 5 цепочки - две параллельно включенные 19 и 20 и цепочку 21 , каждая из которых включает последовательно соединенные резистор и электронный ключ. Преобразователь 1 и арифметический блок 6 подключены к блоку 22 упревпения.

Инвертирующий вход операционного усилителя 15 подключен к клемме 2, его неинвертирующий вход соединен с выходом операционного усилителя 16, неинвертирующий вход которого подключен к общей точке, а инвертируюи й вход через первую цепочку 19 и вторую цепочку 20 подключен соответственно к20 клемме 23 для подключения источника опорного напряжения выходу

операционного усилителя 15 с третьей цепочкой 21 в цепи отрицательной обратной связи. Выход операционного уси лителя 15 через электронный ключ 18 присоединен к арифметическому блоку 6, на входе которого включены две цепочки 10 и 11, которые присоединены соответственно к инвертирующему и неин- М вертирующему входам операционного усилителя 7, а третья цепочка 12 включена между неинвертирующим входом операционного Усилителя 7 и общей шиной. Параллельно цепочке 12 35 подключен конденсатор 9, выход усилителя 7 подключен к регистрирующему блоку 13.

С помощью преобразователя 1k задают и измеряют ток на клеммах и на- 40 пряжение относительно общей шины. Арифметический блок 6 является о&цим для всех преобразователей 1 (их количество равно числу кпемм) и выполняет операцию вычитания двух .пооче- 45 редно подаваемых выходных сигналов из одного или двух преобразователей 14, а также передачу выходного сигнала одного из преобразователей 14, к регистрирующему блоку 13.50

Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов работает следующим образом.

При измерении статических параметров полупроводниковых приборов, а именно коэффициента усиления по току Bf, обратных токов р-п переходо э эдо 3 напряжений насыщения ,

ирцд транзисторов, токов утечки, токов потребления ИС на клеммы, к которым подключены выводы испытуемого прибора, задают.и измеряют токи и напряжения.

Для задания тока к клемме 1 подается команда У1 от блока 22, которая включает управляемый генератор 5 тока Для измерения тока на клеммах подается команда У2, по которой в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 15 включается резистор цепочки 21, так как на входе усилителя 16 потенциал равен потенциалу общей шины, то неинвертирующий вход усилителя 15 будет иметь потенциал, равный потенциалу общей шины, а на выходе усилителя 15 будет потенциал относительно общей шины пропорциональный току от клеммы 2 и таким образом организована схема преобразования тока от клеммы 2 в напряжение (выходное напряжение операционного усияителя 15 будет прямо пропорционально току).

Для измерения напряжения на клеммах подается команда УЗ по которой выход усилителя 15 через резистор цепочки 20 подключается к неинвертирующему входу усилителя 16. В этом случае резистор цепочки 20 и усилитель 16 с резистором 17 в цепи отрицательной обратной связи образуют цепь отрицательной обратной связи по напряжению для усилителя 15, причем выбор величины этих резисторов обеспчивает возможность получать стопроцентную обратную связь по напряжению а организованная схема представляет собой повторитель напряжения. Поэтому выходное напряжение операционного усилителя 15 равно напряжению на клемме 2 для испытуемого полупроводникового прибора. f

Для задания напряжения на клеммах

подаются команды У2, У4, по которым источник опорного напряжения UQ через цепочку 19 задает ток на инвертирующий вход усилителя 16, на выходе которого установится напряжение, пропорциональное напряжению источника UOY, и обратно пропорциональное отношению значений сопротивления резистора цепочки 19 к сопротивлению 17. С выхода усилителя 15 по цепи обратной связи закороченный электронный ключ 18 и цепочку 21 подается ток. к клем ме 2, при этом устанавливается напря7жение равное по ВйЛич1Н4 напряжению tta выходе усилителя 1б. Одним из вариантов задания напряжения на клемме 2 является задание нулевого напряжения, т.е. привязка клеммы 2 к общей шине. В этом случае подается команда У2 и при отсутствии команды У можно считать, что Don равно нулю и соответственно на клемме 2 напряжение равно нулю. Для передачи выходного сигнала из преобразователя 1 к арифметическому блоку 6 для измерения параметров полу проводниковых приборов подается команда У5, которая включает ключ 18. При измерении дифференциального значения параметра, т.е. для осущест ления операции вычитания дёрх сигналов, причем сигналы могут быть от дву различных преобразователей, подаются команды XI, Х2, ХЗ, причем в первом тесте подаются команды Х2 и ХЗ, а во втором тесте - только команда XI. Ко манда XI означает, что включается це почка 10 к выходу преобразователя 1 команда Х2 означает, что включается цепочка 11 к выходу преобразователя , команда ХЗ означает, что включается цепочка 12 к неинвертирующему входу усилителя 7При подаче команд Х2 и ХЗ сигнад выхода преобразователя 1 k nocTyjiaeT на делитель, составленный из резисто ров цепочек 10 и 11 (в среднюю точку делигеля подю1ючен неинвертирующим входом усилитель 7), в котором он делителя пополам. Половинный сигнал запоминается на конденсаторе 9. При подаче команду сигнал с выхода преоб разователя 1 подается через цепочку 10 на инвертирующий вход усилителя 7 0боэначим его Uca, а выходное напряжение усилителя 7, которое подается на регистрирующий блок 13 обозначим . в этом случае можно записать следующее выражение Usbiy+lUc. Uca- 4Uc где R - значение сопротивлений резис торов цепочек 11 и 12. Значение сопротивлений резисторов этих цепочек выбрано одинаковым, тог да ftbin сг C и сч л - i I-1 Если необходимо Передать сигнал с выхода преобразователя 1 к регистрирующему блоку 13, го подается ко36 а мандсЗ XI и ХЗ. 8 эюм случае неинвертирующий вход усилителя 7 подключается к об|цей шине через цепочку 12, а сигнал одного из преобразователей через цепочку 10 подается на инвертирующий вход усилителя 7. Так как значение сопротивлений резистора цепочки 10 и резистора 8 равны, то на выходе усилителя 7 установится напряжение, которое подается на регистрирующий блок 13, равное напряжению сигнала,но с противоположным знаком, . При измерении одного параметра транзистора, а именно статического коэффициента усиления по току BC;,-, задают и измеряют следующие параметры: в эмиттерной клемме задают ток, в коллекторной задают напряжение, в базовой измеряют ток, в этом случае к базовой клемме подключен преобразователь и соответственно подается только один набор команд У. При измерении всех статических параметров транзисторов задают и измеряют следующие параметры. Обратные токи: Зх.ео задают на коллекторной клемме напряжение, измеряют на базовой - ток; Зд,,- задают на эмиттерной клемме напряжение, измеряют на базовой - ток; дают на коллекторной клемме напряжение, измеряют на эмиттерной ток. Напряжение насышения: UX.HCIC- задают в базовой и коллекторной клеммах токи, задают в эмиттерной клемме нулевое напряжение (привязка в общей шине), измеряют на коллекторной клемме напряжение; %vicit задают в базо вой и коллекторной клеммах токи, задают в эмиттерной нулевое напряжение (привязка к общей шине), измеряют на базовой напряжение, в этом случае к каждой клемме подключен преобразователь и соответственно подается три набора команд. В случае измерения всех статических параметров ИС к п клеммам испытуемой ИС подключено п преобразователей и соответственно на них подается п наборов команд 1У-пУ. Таким ббразом, предлагаемое усгрой ство для измерения параметров полупроводниковых приборов обеспечивает одновременное измерение разнотипных статических параметров полупроводниковых приборов интегральных схем, повышает произзодигельность измерения и надежность усгройггва в работе. Формула изобретения Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов, содержащее управляемый генератор тока, соединенный с клеммой для подключени эмиттера испытуемого прибора, клемма для подключения коллектора которого соединен с источником коллекторного напряжения, арифметический блок, выполненный на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи и конденсатора, регистрирующий блок и клемму для подключения базы испытуемого прибора, о тлиЧающееся тем, что, с целью расширения функциональных возмож ностей и повышения быстродействия иЗ мерения, введены блок управления и преобразователь, вход которого соеди нен с клеммой для подключения базы испытуемого прибора, а выход с вхо дом арифметического блока, выход которого соединен с входом регистрирующего блока, а первый, второй и третий входы управления подключены к соответствующим выходам блока управления, четвертый, пятый и шестой выходы которого подключены к соответст вующим входам управления преобразова теля, который выполнен на двух операционных усилителях, реэисторе, электронном ключе и трех цепочках, каждая из которых содержит последовательно соединенные резистор и электронный ключ, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к входной клемме преобразователя, его неинвертирующий вход соединен с выходом второго опе910 рационного усилителя с резистором в цепи отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а инвертирующий вход через первую и вторую цепочки, соединен соответственно с клеммой для подключения источника опорного напряжения и к выходу первого операционного усилителя с третьей цепочкой в цепи отрицательной обратной связи, который через электронный ключ присоединен к выходной клемме преобразователя , входы управления которого 1 ч с входами соединены соответственно| управления трех цепочек и электронного ключа, а в арифметический блок введены три цепочки, содержащие каждая последовательно соединенные электронный ключ и резистор, причем первые выводы первой и второй цепочек соединены с входной клеммой арифмети ческого блока, а вторые выводы под- ключены соответственно к инвертирующему и неинвертирущему входам операционного усилителя, между неинвертирующим входом которого и общей шиной включена третья цепочка, параллельно которой подключен конденсатор, выход операционного усилителя соединен с выходной клеммой арифметического блока, входы управления которого подключены к входам управления соответствующих цепочек. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. EJektronik Heft,, 12, 1975, p. 71-72. 2.Авторское свидетельство СССР Н , кл. G 01 R 31/26, 1972 (прототип).