Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсннкСоцнаиистичесникРеспублик и 99336(51) М. Кл. 6 01 Й 31/26 ГевуаарстюеккыВ квинтет ФСь. Р вв алан кзевретеккй н еткрытнй.2(088.8) Дата опубликования описания 23.01 83(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. 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 автоматичес.кими измерителями.Это устройство позволяет производить измерения (классификацию) толькгодного конкретного параметра полупроводникового прибора, при необходимости измерения нескольких параметров с о помощью электромеханических реле подключают соответствующие измерители кзажимам испытуемого полупроводникового прибора 1.Однако использование механических 3 з или электромеханических реле снижаетнадежность и производительность устройств.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является о устройство для измерения статического коэффициента усиления по току, содержащее управляемый генератор тока,соединенный с клеммой для подключения3 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 го переключателя, один из которых за- землен, а другой соединен с регистрирующим блоком 2Недостатками известного устройства являются ограниченность функциональных 15 возможностей, низкое быстродействие измерения и ненадежность в работе, так как конструктивное выполнение устройства позволяет измерять раздель но только однотипные параметры, на пример статический коэффициент усилейия по току 62 (Вст) или коэффициент усиления по току на малом сигнале й у в , и не позволяет измерять одновременно разнотипные статические 25 параметры.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение быстродействия30 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 ко. торого соединена с источником коллек. торного 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 испытуемого прибора, а выход - с входом арифметического блока, выход которого ;соединен с входом регистрирующего бло.0 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 б фключе 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 вхо. дами 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 ИС- четыре и более клемм, источник 1 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 последоваь 991тельно соединенные электронный ключи резистор, регистрирующий блок 13,преобразователь 14, содержащий два,операционных усилителя 15 и 16, ре"эистьр 17, электронный ключ 18 и три 5цепочки - две параллельно включенные19 и 20 и цейочку 21, каждая из которых включает последовательно соединенные резистор и электронный ключ.Преобразователь 14 и ариФметическийблок 6 подключены к блоку 22 упргвления.Инвертирующий вход операционногоусилителя 15 подключен к клемме 2,его неинвертирующий вход соединен свыходом операционного усилителя 16,неинвертирующий вход которого подключен к общей точке, а инвертирующийвход через первую цепочку 19 и вторуюцепочку 20 подключен соответственно коклемме 23 для подключения источникаопорного напряжения О пв 1 ъ, и к выходу. операционного усилителя 15 с третьейцепочкой 21 в цепи отрицательной обратной связи. Выход операционного усифлителя 15 через электронный ключ 18присоединен к ариФметическому блоку 6,на входе которого включены две цепочки 10 и 11, которые присоединены соответственно к инвертирующему и неин зввертирующему входам операционногоусилителя 7, а третья цепочка 12включена между неинвертирующим входом операционногоусилителя 7 и общей шиной. Параллельно цепочке 12 ззподключен конденсатор 9, выход усилителя 7 подключен к регистрирующемублоку 13,С помощью преобразователя 14 задают и измеряют ток на клеммах и на опряжение относительно общей шины.АриФметический блок 6 является общимдля всех преобразователей 14 (их количество равно числу клемм) и выполняет операцию вычитания двух .пооче", езредно подаваемых выходных сигналовиз одного или двух преобразователей14, а также передачу выходного сигнала одного из преобразователей 14, крегистрирующему блоку 13. юеУстройство 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 Ио Задо ф Зкзъ напряжений насыщения О,Оностранэисторов, токов утечки токов потребления ИС на клеммы, к которым подключены выводы испытуемого прибора, эадают,и измеряют токи и напряжения.Для задания тока к клеммеподается команда У 1 от блока 22, котораявключает управляемый генератор 5 тока.Для измерения тока на клеммах подается команда У 2, 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 уси. лителя 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 У 3, по которой выход усилителя 15 через резистор цепочки 20 подключается к неинвертиру ющему входу усилителя 16. В этом случае резистор цепочки 20 и усилитель 16 с резистором 17 в цепи отрицательнойобратной связи образуют цепь отрицательной обратной связи по напряжению для усилителя 15, причемвыбор величины этих резисторов обеспе. чивает 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.1Для задания напряжения на клеммах подаются команды У 2, У 4, по которым источник опорного напряжения Ооп через цепочку 19 задает ток на инвертирующий вход усилителя 16, на еыходе которого установится напряжение, пропорциональное напряжению источника Овп 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 клемме 2, при этом устанавливается напряжс ние ра Оно. по Велич Не напряжению на выходе усиляеля 16, Одним из вариан 1 ов задания напряжения на клемме 2 является задание нулевого напряжения, т,е. привязка клеммы 2 к общей шине. В этом случае подается команда У 2 и при отсутствии команды У 4 можно считать, что Ооп равно нулю и соответственно на клемме 2 напряжение равно нулю, 1 ОДля передачи выходного сигнала из преобразователя 14 к арифметическому блоку 6 для измерения параметров полупроводниковых приборов подается команда У 5, которая включает ключ 18, 15При измерении дифференциального значения параметра, т.е. для осуществ. пения операции вычитания двух сигналов, причем сигналы могут быть от двух различных преобразователей, подаются 20 команды Х 1, Х 2, Х 3, причем в первом тесте подаются команды Х 2 и Х 3, а во втором тесте - только команда Х 1. Команда Х 1 означает, что включается цепочка 10 к выходу преобразователя 14, 25 команда Х 2 означает, что включается цепочка 11 к выходу преобразователякоманда Х 3 означает, что включается цепочка 12 к неинвертирующему входу усилителя 7. 30При подаче команд Х 2 и Х 3 сигнад с выхода преобразователя 14 поступает на делитель, составленный из резисторов цепочек 10 и 11 (в среднюю точку. делиеля подключен неинвертирующимвходом усилитель 7), в котором он делителя пополам, Половинный сигнал запоминается на конденсаторе 9. При подаче команды сигнал с выхода преоб. разователя 14 подается через цепочкУ 40 10 на инвертирующий вход усилителя. 7 Обовначим его Ос 2., а выходное напря" жение усилителя 7, которое подается на регистрирующий блок 13 обозначим Оыт,. В этом случае можно записать 45 следующее выражение1 (Оьэ+Ос-с,(1)В ВЯ где Й - значение сопротивлений резисторов цепочек 11 и 12.Значение сопротивлений резисторов этих цепочек выбрано одинаковым, тогда5Оьыт = Ос - Ос 1 (2) Если неоГходимо передать сигнал с выхода преобразователя 14 к регист" ри;ующеиу блоку 13, о подается конаяда Х 1 и Х 3, В э 1 ом случае неинвертирующий вход усилителя 7 подключаетсн к общей шине через цепочку 12, асигнал одного из преобразователейцерез цепочку 10 подается на инвертирующий вход усилителя 7, Так какзначение сопро;тивлений резистора цепочки 10 и резистора 8 равны, то навыходе усилителя 7 установится напря.жение, которое подается на регистрирующий блок 13, равное напряжениюсигнала, но с противоположным знаком,При измерении одного параметра транзистора, а именно статического коэффициента усиления по току Вст, задают иизмеряют следующие параметры: Б - вэмиттерной клемме задают ток, в коллекторной задают напряжение, в базовой измеряют ток, в этом случае кбазовой клемме подключен преобразователь и соответственно подается толькоодин набор команд У.При измерении всех статическихпараметров транзисторов задаат и измеряют следующие параметры,Обратные токи: Д к - задают наколлекторной клемме напряжение, измеряют на базовой - ток; 3- задают на эмиттерной клемме напряжение,иэмеРЯют на базовой - ток; 21 ао- задают на коллекторной клемме напряжение, измеряют на эмиттерной ток.Напряжение насыщения: Окас- задают в базовой и коллекторной клеммахтоки, задают в эмиттерной клемме нулевое напряжение (привязка в общейшине), измеряют на коллекторной клемме напряжение; Ос,с- задают в базовой и коллекторной клеммах токи, задают в эмиттерной нулевое напряжение(привязка к общей шине), измеряют набазовой напряжение, в этом случае ккаждой клемме подклюцен преобразователь и соответственно подается тринабора команд.В случае измерения всех статических параметров ИС к и клеммам испытуемой ИС подключено п преобразователей и соответственно на них подается и наборов команд 1 У-пУ,Такии Образом, предлагаемое устройство для измерения параметров полу проводниковых прибооов обеспечивает одновременное измерение разнотипных статических параме тров полупроводниковых приборов интегральных схем, повышает производительность измерения и надежное гь ус тройг ва в работе .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- о полненный на операционном усилителе с резистором в цепи отрицательной обратной связи и конденсатора, регистрирующий блок и клемму для подключения базы испытуемого прибора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возиож ностей и повышения быстродействия из мерения, введены блок управления и преобразователь, вход которого соеди щв нен с клеммой для подключения базыиспытуемого прибора, а выход с вхо дом арифметического блока, выход которого соединен с входом регистрирующего блока, а первый, второй и тре- и 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 и3 электронный ключ, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя подключен к входной клемме преобразователя, его неинвертирующий вход соединен с выходом второго опе-,36 10рационного усилителя с резистором вцепи отоицательной обратной связи,неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а инвертирующийвход через первую и вторую цепочки,соединен соответственно с клеммой дляподключения источника опорного напряжения и к выходу первого операционного усилителя с третьей цепочкой вцепи отрицательной обратной связи,,который через электронный ключ присоединен к выходной клемме преобразователя, входы управления которого1 ,соединены соответственно; с входамиуправления трех цепочек и электронного ключа, а в арифметический блоквведены три цепочки, содержащие каждая последовательно соединенные элект.ронный ключ и резистор, причем первые выводы первой и второй цепочексоединены с входной клеммой арифмети-"ческого блока, а вторые выводы подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирущему входам опера.ционного усилителя, между неинвертирующим входом которого и общей шинойвключена третья цепочка, параллельнокоторой подключен конденсатор, выходоперационного усилителя соединен с вы.ходной клеммой арифметического блока,входы управления которого подключенык входам управления соответствующихцепочек.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1нЕЮеИгоп 1 с Нейфф 12, 1975,р. 71-7 г.2.Авторское свидетельство СССРй 645102, кл, 6 01 В 31/26, 1972991336 Составитель Н,ЧистяковаТехред М, Тепер Корректор С.йекмаг Редактор В. Иванова аз 125/6 жгород, ул. Проектная,Филиал ППП "Патент" Тираж 708 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Рау