Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистичесиик

Республик (ii>99 l 336 (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) 3à» å o 09. 07.80 (21) 2958583/18-21 с присоединением заявки М— (51) М. Кл.

G D1 R 31/26

Гввуаврстюеввй кенктет

CCCP вв иван кзебретеккй и Фтккытив (23) Приорнтет—

Опубликовано 23.01.83. Бюллетень М 3 (53) УДК621. 382. .2(088.8) Дата опубликования описания 23. 01.83 (72) Автор изобретения

Е.А.Пецюх (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Изобретение относится к контрольно измерительной технике, а именно к устройствам для измерения и контроля параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС), преимущественно статических параметров, таких как обратные токи р-и переходов,,коэффициент усиления по току, напряжений насыщения для транзисторов, токи утечки,, разность входных токов, ток потребления для ИС.

Известно -устройство для измерения статических параметров полупроводниковых приборов, например, коэффициента усиления по току транзисторов, содержащее генератор тока, источники напряжения, измерители тока и напряжения, резисторы, усилители, детекторы и регистрирующее устройство. В 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) толькг одного конкретного параметра полупроводникового прибора, при необходимости измерения нескольких параметров с о помощью электромеханических реле подключают соответствующие измерители к зажимам испытуемого полупроводникового прибора 1 j .

Однако использование механических

3s или электромеханических реле снижает надежность и производительность устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является о -устройство для измерения статического коэффициента усиления по току, содержащее управляемый генератор тока, соединенный с клеммой для подключения

3 99133 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 друго- о го переключателя, один из которых за- землен, а другой соединен с регистрирующим блоком (2)

Недостатками известного устройства являются ограниченность функциональных15 возможностей, низкое быстродействие измерения и ненадежность в работе, так как конструктивное выполнение устройства позволяет измерять раздель но только однотипные параметры, íà- 20 пример статический коэффициент усиления по току h><< (Вст) или коэффициент усиления по току на малом сигнале Ь у, и не позволяет измерять одновременно разнотипные статические параметры. !

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение быстродействия

30 измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов, содержащее управляемый генератор тока, соединенный с клеммой для подклю- З чения эмиттера испытуемого прибора, клемма для подключения коллектора которого соединена 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, введены блок управления и преобразователь, вход которого соединен с клеммой для подключения базы испйтуемого прибора, а выход - с входом арифметического блока, выход которого

;соединен с входом регистрирующего бло- о ка,, а первый, второй и третий входы управления подключены к соответству" ющим выходам блока управления, четвертый, пятый и шестой выходы которо" го подключены к соответствующим входам управления преобразователя, который выполнен на двух операционных усилителях, резисторе, электронном

6 4 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 элекipoHHblH 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 первые выводы первой и второй цепочек соединены с входной клеммой арифметического блока, а вторые выводы подклю чены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам операцион,ного усилителя, между неинвертирующим входом которого и общей шиной включейа третья цепочка, параллельно которой подключен конденсатор„ выход операционного усилителя соединен с выходной клеммой арифметического блока, входы управления которого подключены к входам управления соответствующих цепочек.

На чертеже приведена схема устрой. ства.

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), базы (Б) и коллектора (К), для ИСчетыре и более клемм, источник 4 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 последова33б 6

Ь 991 тельно соединенные электронный ключ и резистор,.регистрирующий блок 13, преобразователь 14, содержащий два ,операционных усилителя 15 и 16, pe" эистор 17, электронный ключ 18 и три цепочки - две параллельно включенные

19 и 20 и цейочку 21, каждая из которых включает последовательно соединенные резистор и электронный ключ.

Преобразователь 14 и арифметический

|блок 6 подключены к блоку 22 упргвления.

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 инвертирующий вход через первую цепочку 19 и вторую цепочку 20 подключен соответственно к о клемме 23 для подключения источника опорного напряжения О „, и к 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- вертирующему входам операционного усилителя 7, а третья цепочка 12 включена между неинвертирующим входом операционного усилителя 7 и общей шиной. Параллельно цепочке 12 и подключен конденсатор 9, выход усилителя 7 подключен к регистрирующему блоку 13.

С помощью преобразователя 14 задают и измеряют ток на клеммах и íà- 4о пряжение относительно общей шины.

Арифметический блок 6 является общим для всех преобразователей 14 (их количество равно числу клемм) и выполняет операцию вычитания двух .пооче-. м редно подаваемых выходных сигналов из одного или двух преобразователей

14, а также передачу выходного сигнала одного из преобразователей 14, к регистрирующему блоку 13. se

Устройство дпя измерения параметров полупроводниковых приборов работает следующим образом.

При измерении статических параметров полупроводниковых приборов, а

-именно коэффициента усиления по току

В, обратных токов р-и переходов И о

Д о „ 3> qo, напряжений насыщения 0 д

0 ностранэисторов, токов утечки, токов потребления ИС на клеммы, к которым подключены выводы испытуемого прибора, эадают.и измеряют токи и напряжения.

Для задания тока к клемме 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 операционно-. го 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 вины пропорциональный току от клеммы 2 и таким образом организована схема преобразования тока от клеммы 2 в напряжение (выходное напряжение операционного усилителя 15 будет прямо пропорционально току).

Для измерения напряжения на клеммах подается команда У3, 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 обеспечивает 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 полупроводнико-, вого прибора.

Для задания напряжения на клеммах подаются команды У2, У4, по которым источник опорного напряжения 0 я через цепочку 19 задает ток на инвертирующий вход усилителя 16, на выходе которого установится напряжение, пропорциональное напряжению источника

0вп 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 напря :1.31 336 8 жt. ние 1!аБнot! Г>О Велич н напряжениlo на выходе усиля!еля 16. Одним из вариантов задания напряжения на клемме

2 является задание нулевого напряжения, т.е. привязка клеммы 2 к общей шине. В эгом случае подается команда

У2 и при отсутствии команды У4 можно считать, uro Ооп равно нулю и соответственно на клемме 2 напряжение равно нулю.

Для передачи выходного сигнала из преобразователя 14 к арифметическому блоку 6 для измерения параметров полупроводниковых приборов подается команда У5, которая включает ключ 18. 15

При измерении дифференциального значения параметра, т.е. для осуществления операции вычитания двух сигналов, причем сигналы могут быть от двух различных преобразователей, подаются 20 команды Х1, Х2, Х3, причем в первом тесте подаются команды Х2 и Х3, а во втором тесте - только команда Х1 Команда Х1 означает, что включается цепочка 10 к выходу преобразователя 14, 25 команда Х2 означает, что включается цепочка 11 к выходу преобразователя

14, команда Х3 означает, что включается цепочка 12 к неинвертирующему входу усилителя 7. 30

При подаче команд Х2 и Х3 сигнад с выхода преобразователя 14 поступает на делитель, составленный из резисторов цепочек 10 и 11 (в среднюю точку. делителя подключен неинвертирующим ! входом усилитель 7), в котором он делителя пополам. Половинный сигнал запоминается на конденсаторе 9. При подаче команды сигнал с выхода преобразователя 14 подается через цепочку 40

10 на инвертирующий вход усилителя. 7 ° Обовначим его Uca., а выходное напряжение усилителя 7, которое подается на регистрирующий блок 13 обозначим

0 . В этом случае можно записать 4З следующее выражение

«1 { Uc - x Ue, ! (1)

R R

30 где R — значение сопротивлений резисторов цепочек 11 и 12.

Значение сопротивлений резисторов этих цепочек выбрано одинаковым, тогда

SS

= "с "с1 (2)

Если нес>Г>хс>димо передать сигнал с выхода преобразователя 14 к регистс>и;>ующеиу блоку 13, гс> подается конаяда Х1 и Х3. В э>ом случае неинвергирующий вход усилителя 7 подключаетсн к ос>щей шине через цепочку 12, а сигнал одного из преобразователей через цепочку 10 подается на инвертирующий вход усилителя 7. Так как значение сопро;гивлений 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 Вст, задают и измеряют следующие параметры: Б - 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 задаат и измеряют следующие параметры.

Обратные токи: 3 к - задают на коллекторной клемме напряжение, измеряют на базовой — ток; 3 - задают на эмиттерной клемме напряжение, иэмеРЯют на базовой — ток; Л1 во- задают на коллекторной клемме напряжение, измеряют на эмиттерной ток.

Напряжение насышения: Отсисгс- задают в базовой и коллекторной клеммах токи, задают в эмиттерной клемме нулевое напряжение (привязка в общей шине), измеряют на коллекторной клемме напряжение; 0 „с,с- задают в базовой 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 и клеммам испытуемой ИС подключено п преобразователей и соответственно на них подается и наборов команд 1У-пУ.

Такии Образом, предлагаемое устройство для измерения параметров полу. проводниковых приборов обеспечивает одновременное измерение разнотипных статических параме гров полупроводниковых приборов ингегральных схем, повышает произаодигельносгь измерения и надежное гь ус грс>йс гва в работе .

Формула изобретения

9913

Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов, содержащее управляемый генератор тока, соединенный с клеммой для подключения эмиттера испытуемого прибора, клемма для подключения коллектора которого соединен с источником коллекторного напряжения, арифметический блок, вы- }o полненный на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи и конденсатора, регистрирующий блок и клемму для подключения базы испытуемого прибора, о т- >S л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возйож- . ностей и повышения быстродействия из мерения, введены блок управления и преобразователь, вход которого соеди ув 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 тре- ?S тий входы управления подключены к соответствующим выходам блока управления, четвертый, пятый и шестой выходы которого подключены к соответствующим входам управления преобразова- зо теля, который выполнен на двух операционных усилителях, ревисторе, электронном ключе и трех цепочках, каждая из которых содержит последовательно соединенные резистор и

S электронный ключ, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к входной клемме преобразователя, его неинвертирующий вход соединен с выходом второго one- .

36 10 рационного усили еля 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 s цепи отрицательной обратной связи,,который через электронный ключ присоединен к выходной клемме преобразователя, входы управления которого

1 °, соединены соответственно1 с входами 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 ° нЕEektronfk Heft",, 12, 1975, р- 71-72 °

2.Авторское свидетельство СССР и 645102, кл. G 01 В 31126, 1972 (прототи ).

99133Ü

Составитель Н.Чистякова

Техред М. Тепер Корректор С.йекмар г

Редактор В. Иванова

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 125/63 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектнвя, 4