Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С S-ОБРАЗНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С S-ОБРАЗНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С S-ОБРАЗНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: исследование и измерение параметров приборов с S-образной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Сущнось изобретения: характерные точки ВАХ в автоматическом режиме заносятся в регистры и индицируются. Выделение характерных точек производится с помощью цифрового компаратора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2024031
Класс(ы) патента: G01R31/26
Номер заявки: 5056226/21
Дата подачи заявки: 24.07.1992
Дата публикации: 30.11.1994
Заявитель(и): Самарский авиационный институт
Автор(ы): Чернобровин Н.Г.; Пиганов М.Н.; Епифанцев А.С.; Капитонов В.А.; Ефремов Е.В.
Патентообладатель(и): Самарский авиационный институт
Описание изобретения: Изобретение относится к электронной технике и предназначено для исследований и измерений параметров полупроводниковых приборов с S-образной вольт-амперной характеристикой (ВАХ).
Известно устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной характеристикой, содержащее источник питания, нагруженный резистор, испытуемый прибор, параллельно клеммам которого включены емкость и цепь из детектора и первого вольтметра, параллельно с которым соединены емкость и последовательно включенные второй вольтметр и третий вольтметр, параллельно с которым соединен детектор, подключенный через емкость к клеммам испытуемого прибора (авт. св. СССР N 428314, кл. G 01 R 31/26, 15.05.74). Недостатком устройства является ограниченное число измеряемых параметров.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототипом) к предлагаемому является устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной ВАХ, которое содержит генератор напряжения, измерительную цепь из нагрузки и испытуемого прибора, повторитель напряжения, дифференцирующую цепь, схему управления, ключ и счетчик импульсов, причем генератор напряжения через нагрузку подключен к испытуемого прибору и входу повторителя напряжения, выход которого подключен к пиковому вольтметру, входу ключа и через дифференцирующую цепь к входу схемы управления, а выход ключа соединен с входами второго пикового вольтметра и счетчика импульсов (авт. св. СССР N 648920, кл. G 01 R 31/26, 25.02.79).
Недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет определить параметры только участка вольт-амперной характеристики, соответствующего переходу испытуемого прибора из закрытого высокоомного состояния в открытое низкоомное, т.е. напряжения включения (Uвкл) и поддержки (Uпод). Параметры, соответствующие обратному переходу прибора из открытого состояния в закрытое, т.е. напряжения отпускания (Uотп) и возврата (Uвоз) устройство измерить не позволяет. Кроме того, в устройстве не ограничивается длительность воздействия испытательного напряжения на испытуемый прибор в открытом состоянии, что приводит к дополнительной деградации параметров испытуемых приборов в процессе измерения.
Поставлена задача создать устройство для измерения параметров приборов с S-образной ВАХ, которое позволило бы расширить функциональные возможности и облегчить режимы измерения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной ВАХ, содержащее генератор напряжения, выход которого через нагрузку соединен с испытуемым прибором и входом повторителя напряжения, схему управления и счетчик импульсов, снабжено аналого-цифровым преобразователем (АЦП), пятью регистрами, цифровым компаратором и блоком индикации, причем в качестве генератора напряжения используется цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, выполненного в виде реверсивного счетчика, вход прямого счета которого соединен с первым выходом схемы управления, вход обратного счета - с вторым выходом схемы управления, третий выход которой соединен с управляющим входом первого регистра, четвертый - с управляющим входом АЦП, пятый - с управляющими входами второго и четвертого регистров, шестой - с управляющими входами третьего и пятого регистров, седьмой - с управляющим входом блока индикации, информационный вход АЦП подключен к выходу повторителя напряжения, выход АЦП - к информационным входам первого, второго и третьего регистров и первому входу цифрового компаратора, выход первого регистра подключен к информационным входам четвертого и пятого регистров и второму входу цифрового компаратора, прямой выход которого соединен с первым входом схемы управления, инверсный выход - с вторым входом схемы управления, а выходы второго, третьего, четвертого и пятого регистров соединены с информационным входом блока индикации.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - S-образная ВАХ; на фиг. 3 - структура схемы управления; на фиг. 4 - эпюры напряжения на выходах некоторых блоков устройства.
Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной ВАХ содержит реверсивный счетчик 1 импульсов, ЦАП 2, нагрузку 3, испытуемый полупроводниковый прибор 4, повторитель 5 напряжения, схему 6 управления, АЦП 7, первый регистр 8, цифровой компаратор 9, второй 10, третий 11, четвертый 12 и пятый 13 регистры, блок 14 индикации. Выход ЦАП 2 через нагрузку 3 соединен с испытуемым прибором 4 и входом повторителя 5 напряжения. Вход ЦАП 2 подключен к выходу реверсивного счетчика 1, вход прямого счета которого соединен с первым выходом схемы 6 управления, а вход обратного счета - с вторым выходом схемы управления. Третий выход схемы 6 управления соединен с управляющим входом первого регистра 8, четвертый - с управляющим входом АЦП 7, пятый - с управляющими входами второго 10 и четвертого 12 регистров, шестой - с управляющими входами третьего 11 и пятого 13 регистров, а седьмой - с управляющим входом блока 14 индикации. Информационный вход АЦП 7 подключен к выходу повторителя 5 напряжения, выход АЦП подключен к информационным входам первого 8, второго 10 и третьего 11 регистров и первому входу цифрового компаратора 9. Выход первого регистра 8 подключен к информационным входам четвертого 12 и пятого 13 регистров и второму входу цифрового компаратора 9. Прямой выход цифрового компаратора 9 соединен с первым входом схемы 6 управления, а инверсный выход - с ее вторым входом. Выходы второго 10 и третьего 11, четвертого 12 и пятого 13 регистров соединены с информационным входом блока 14 индикации.
Схема управления содержит генератор 15 тактовых импульсов, первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 19, пятый 20, шестой 21, седьмой 22 элементы И, первый 23 и второй 24 инверторы, первый 25 и второй 26 элементы ИЛИ, счетчик 27 импульсов, дешифратор 28. Выход генератора 15 тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И 16, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора 23, а выход - с первыми входами второго 17, третьего 18, четвертого 19 и пятого 20 элементов И. Выход второго элемента И 17 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 25 и является первым выходом 29 схемы 6 управления, а второй вход подключен к первому выходу дешифратора 28 и первому входу шестого элемента И 21, второй вход которого является первым входом 30 схемы 6 управления, а выход соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 26. Выход последнего соединен с входом счетчика 27 импульсов, выход которого подключен к входу дешифратора 28. Второй выход дешифратора 28 соединен с вторым входом третьего элемента И 18, третий выход - с вторым входом четвертого элемента И 19 и первым входом седьмого элемента И 22, второй вход которого является вторым входом 31 схемы 6 управления, а выход соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 26. Четвертый выход дешифратора 28 подключен к второму входу пятого элемента И 20, выход четвертого элемента И 19 подключен к второму выходу 32 схемы 6 управления и второму входу первого элемента ИЛИ 25, выход которого соединен с третьим выходом 33 схемы управления и входом второго инвертора 24, выход которого соединен с четвертым выходом 34 схемы управления. Выход третьего элемента И 18 соединен с пятым выходом 35 схемы 6 управления и третьим входом второго элемента ИЛИ 26, четвертый вход которого подключен к выходу пятого элемента И 20 и шестому выходу 36 схемы управления, а пятый выход дешифратора 28 соединен с входом первого инвертора 23 и седьмым выходом 37 схемы управления.
Принцип работы устройства измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной характеристикой основан на дискретном изменении напряжения на испытуемом приборе, запоминании кодов дискретных значений напряжения, следующих последовательно между собой, записи в регистры и индикации значений соответствующих смене знака их разности в моменты скачкообразного перехода испытуемого прибора из закрытого высокоомного в открытое низкоомное состояние (фиг. 2).
Устройство для измерения параметров полупроводниковых приборов с S-образной характеристикой работает следующим образом.
В исходном состоянии реверсивный счетчик 1 импульсов, регистры 8, 10, 11, 12, 13 и схема 6 управления обнулены. С первого выхода схемы управления тактовые импульсы поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 2 импульсов (фиг. 4а), на выходе которого формируется нарастающий цифровой код, поступающий на вход ЦАП 2. С выхода ЦАП дискретно нарастающее напряжение через нагрузку 3 подается на испытуемый прибор 4. Текущее значения напряжения на испытуемом приборе через повторитель 5 напряжения подается на информационный вход АЦП 7 (фиг. 4в), который запускается передним фронтом синхроимпульсов, поступающих на его управляющий вход с четвертого выхода схемы 6 управления (фиг. 4г). Соответствующий дискретным текущим напряжения на испытуемом приборе цифровой код с выхода АЦП 7 подается на информационный вход первого регистра 8, первый вход цифрового компаратора 9, а также на информационные входы второго 10 и третьего 11 регистров. Запись кода напряжения из АЦП 7 в первый регистр 8 производится по фронту синхроимпульсов, поступающих с третьего выхода схемы 6 управления (фиг. 4д). При этом содержащийся в регистре 8 код, соответствующий значению напряжения на испытуемом приборе на предыдущем такте, передается на второй вход цифрового компаратора 9 и информационные входы четвертого 12 и пятого 13 регистров.
Таким образом, в цифровом компараторе 9 на каждом такте работы осуществляется сравнение цифровых кодов напряжения на испытуемом приборе 4, соответствующих текущему и предшествующему тактам. До достижения напряжением на испытуемом приборе 4 значения Uвкл (фиг. 2) и перехода его в открытое низкоомное состояние значения этого напряжения и соответствующие им цифровые коды в текущих тактах превышают значения напряжения на приборе 4 и эквивалентные им коды в предыдущих тактах (фиг. 4в). При этом на прямом выходе цифрового компаратора фиксируется уровень логического "0", передаваемый на первый вход схемы 6 управления, а на инверсном - уровень логической "1", передаваемый на ее второй вход (фиг. 4е, ж).
По достижении напряжением на испытуемом приборе 4 значения Uвкл происходит его скачкообразный переход в открытое низкоомное состояние, которому соответствует меньшее значение напряжения Uпод (фиг. 4в). При этом цифровой код на втором входе цифрового компаратора 9, соответствующий текущему такту работы устройства, меньше передаваемого из первого регистра 8 кода, соответствующего предыдущему такту. В результате на прямом выходе цифрового компаратора 9 и первом входе схемы 6 управления устанавливается уровень логической "1" (фиг. 4е), а на инверсном выходе и соответственно на втором входе схемы управления - уровень логического "0". При этом схема управления прекращает формирование тактовых импульсов на первом, третьем и четвертом выходах, таким образом прерывая прямой счет реверсивного счетчика 1 импульсов (фиг. 4а) и синхронизацию первого регистра 8 (фиг. 4д) и АЦП 7 (фиг. 4г). Одновременно на пятом выходе схемы 6 управления формируется синхроимпульс, подаваемый на управляющие входы второго 10 и четвертого 12 регистров. По переднему фронту этого синхроимпульса (фиг. 4з) происходит запись кодов напряжения Uвкл из первого регистра 8 в четвертый регистр 12 и напряжения Uпод из АЦП 7 во второй регистр 10, где осуществляется их хранение до конца процесса измерения. В следующем такте работы устройства начинается цикл измерений параметров (Uотп, Uвоз), характеризующих переход испытуемого прибора 4 из открытого состояния в закрытое (фиг. 2). Синхронизация АЦП 7 и первого регистра 8 осуществляется аналогично циклу измерения Uвкл, Uпод. В начале цикла первый вход схемы 6 управления закрыт уровнем логического "0", второй активизирован уровнем логической "1" с соответствующих выходов цифрового компаратора 9. Тактовые импульсы с второго выхода схемы управления подаются на вход обратного счета реверсивного счетчика 1 импульсов (фиг. 4б), формируя на его выходе убывающий цифровой код. При этом напряжение на выходе ЦАП 2 и соответственно на испытуемом приборе 4 дискретно убывает от значения Uпод (фиг. 4в).
По достижении очередным дискретным значением напряжения на испытуемом приборе 4 величины Uотп происходит скачкообразный переход последнего в закрытое высокоомное состояние, вызывая повышение напряжения на нем до значения Uвоз (фиг. 2, фиг. 4в). При этом код напряжения, подаваемый на первый вход цифрового компаратора 9 с выхода АЦП 7 и соответствующий текущему такту работы устройства, оказывается выше записанного в регистр 8 цифрового кода, соответствующего предыдущему такту, и на прямом выходе цифрового компаратора 9 формируется уровень логической "1", а на инверсном - логического "0", которые поступают на соответствующие входы схемы 6 управления, запрещая формирование тактовых импульсов, передаваемых с второго выхода схемы управления на вход обратного счета реверсивного счетчика 1 импульсов, а также импульсов синхронизации первого регистра 8 и АЦП 7 на третьем и четвертом выходах схемы управления (фиг. 4г, д). На шестом выходе схемы 6 управления при этом формируется синхроимпульс, поступающий на управляющие входы третьего 11 и пятого 13 регистров (фиг. 4и), по переднему фронту которого происходит запись в них кодов напряжений Uотп и Uвоз с выходов первого регистра 8 и АЦП 7 соответственно. Затем на седьмом выходе схемы 6 управления формируется уровень логической "1", поступающий на управляющий вход блока 14 индикации, разрешая передачу в него и индикацию содержимого регистров 10, 11, 12, 13, т.е. значений Uвкл, Uпод, Uотп, Uвоз.
Схема 6 управления работает следующим образом. В исходном состоянии на ее первом входе 30 установлен уровень логического "0" (фиг. 4е), на втором 31 - уровень логической "1" (фиг. 4ж), счетчик 27 импульсов обнулен. На первом выходе дешифратора 28 присутствует уровень логической "1", на втором, третьем, четвертом и пятом - уровень логического "0".
Уровень логического "0" с пятого выхода дешифратора 28 инвертируется первым инвертором 23 и на втором входе первого элемента И 16 устанавливается уровень логической "1", разрешая прохождение тактовых импульсов на первые входы второго 17, третьего 18, четвертого 19 и пятого элементов И.
Уровень логической "1" с первого выхода дешифратора 28, подаваемый на второй вход второго элемента И 17, разрешает прохождение тактовых импульсов на первый выход 29 схемы 6 управления (фиг. 4а) и через первый элемент ИЛИ 25 на ее третий выход 33 (фиг. 4д), а также через второй инвертор 24 на ее четвертый выход 34 (фиг. 4г). Одновременно уровень логической "1" с первого выхода дешифратора 28 подается на первый вход шестого элемента И 21, второй вход которого является первым входом 30 схемы 6 управления. Уровнем логического "0", с второго, третьего, четвертого выходов дешифратора 28 подаваемым на вторые входы элементов И 18, 19, 20, последние заперты, запрещая прохождение тактовых импульсов на второй 32, пятый 35 и шестой 36 выходы схемы управления. На седьмой выход 37 схемы управления передается уровень логического "0" с пятого выхода дешифратора 28.
При поступлении на первый вход 30 схемы 6 управления уровня логической "1" (фиг. 4е) он проходит через шестой элемент И 21 на первый вход второго элемента ИЛИ 26, при этом логическая "1" с его выхода вызывает переход счетчика 27 и дешифратора 28 в новое состояние, когда на первом, третьем, четвертом и пятом выходах последнего устанавливается уровень логического "0", а на втором выходе - уровень логической "1". Уровнем логического "0" с первого выхода дешифратора 28 запирается второй элемент И 17, запрещая прохождение тактовых импульсов на первый 29, третий 33 и четвертый 34 выходы схемы 6 управления (фиг. 4а, г, д).
Уровень логической "1" с второго выхода дешифратора 28 поступает на второй вход третьего элемента И 18, разрешая прохождение тактового импульса на пятый выход 35 схемы 6 управления (фиг. 4з). Этот же тактовый импульс с выхода третьего элемента И 18, поступая на третий вход второго элемента ИЛИ 26 и далее с его выхода на вход счетчика 27 импульсов, переводит его и дешифратор 28 в новое состояние, которому соответствуют уровни логического "0" на первом, втором, четвертом и пятом выходах и уровни логической "1" на третьем выходе дешифратора.
Уровень логической "1", поступая с третьего выхода дешифратора 28 на второй вход третьего элемента И 19, разрешает прохождение тактовых импульсов на второй выход 32 схемы 6 управления и через первый элемент ИЛИ 25 и второй инвертор 24 соответственно на третий 33 и четвертый 34 выходы схемы управления (фиг. 4 б, г, д). Одновременно уровень логической "1" с третьего выхода дешифратора 28 поступает на первый вход седьмого элемента И 22, второй вход которого является вторым входом 31 схемы управления. При поступлении на второй вход 31 схемы управления и соответственно на второй вход элемента И 22 уровня логической "1" (фиг. 4ж) он передается на второй вход второго элемента ИЛИ 26 и далее на вход счетчика 27 импульсов, переводя его и дешифратор 28 в очередное состояние логического "0" на первом, втором, третьем и пятом выходах и логической "1" на четвертом выходе последнего.
Уровень логического "0" с третьего выхода дешифратора запирает третий элемент И 19, запрещая прохождение тактовых импульсов на второй 32, третий 33 и четвертый 35 выходы схемы 6 управления (фиг. 4 б, г, д).
В то же время уровень логической "1" с четвертого выхода дешифратора 28 поступает на второй вход пятого элемента И 20, разрешая прохождение тактового импульса на шестой выход 36 схемы управления (фиг. 4и). Этот же тактовый импульс с выхода пятого элемента И 20 поступает на четвертый вход второго элемента ИЛИ 26 и далее на вход счетчика 27 импульсов, переводя его и соответственно дешифратор 28 в следующее состояние логического "0" на первом, втором, третьем и четвертом и логической "1" на пятом выходах. Уровень логической "1" с пятого выхода дешифратора поступает на вход первого инвертора 23, с выхода которого уровень логического "0" поступает на второй вход первого элемента И 16, запрещая прохождение тактовых импульсов с генератора 15 на все выходы схемы 6 управления. На седьмом выходе 37 схемы управления в соответствии с состоянием пятого выхода дешифратора 28 при этом устанавливается уровень логической "1" (фиг. 4к).
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет измерять большее число параметров испытуемого полупроводникового прибора, что расширяет функциональные возможности устройства и сужает номенклатуру измерительного оборудования на операциях контроля, что, в конечном итоге, снижает затраты на проведение контроля параметров приборов с S-образной ВАХ.
Время нахождения прибора в открытом состоянии при максимальных значениях тока сокращается до периода следования тактовых импульсов, что облегчает режим измерения и исключает деградацию испытуемого прибора в процессе контроля, повышая таким образом срок его службы и надежность, уменьшая экономические потери от отказов приборов с S-образной ВАХ в радиоэлектронных устройствах.
Преобразование информации и параметров испытуемого прибора в цифровой вид и цифровой метод формирования, подаваемого на прибор напряжения, создают возможность автоматизации процессов измерения и обработки измерительной информации, повышая производительность операций контроля, что ведет к снижению технологической себестоимости и улучшению условий труда операторов.
Формула изобретения: 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С S-ОБРАЗНОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ, содержащее генератор напряжения, выход которого через нагрузку соединен с узлом подключения испытуемого прибора и входом повторителя напряжения, блок управления и счетчик импульсов, отличающееся тем, что оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, пятью регистрами, цифровым компаратором и блоком индикации, генератор напряжения выполнен в виде цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, выполненного реверсивным, причем счетные входы счетчика соединены с первым и вторым выходами блока управления, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены с управляющим входом первого регистра, с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, с управляющими входами второго и четвертого регистров, с управляющими входами третьего и пятого регистров и с управляющим входом блока индикации соответственно, информационный вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу повторителя напряжения, выход аналого -цифрового преобразователя подключен к информационным входам первого, второго и третьего регистров и к первому входу цифрового компаратора, выход первого регистра подключен к информационным входам четвертого и пятого регистров и второму входу цифрового компаратора, прямой и инверсный выходы которого соединены с входами блока управления, а выходы второго, третьего, четвертого и пятого регистров соединены с информационным входом блока индикации.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде генератора тактовых импульсов, семи элементов И, двух инверторов, двух элементов ИЛИ, счетчика импульсов и дешифратора, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, выход первого элемента И соединен с первыми входами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, выход второго элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и первым выходом блока управления, второй вход второго элемента И подключен к первому выходу дешифратора и первому входу шестого элемента И, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым входом блока управления и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму входу третьего элемента И, второму входу четвертого элемента И и первому входу седьмого элемента И, второй вход и выход которого соединены с вторыми входами блока управления и второго элемента ИЛИ, четвертый выход дешифратора подключен к второму входу пятого элемента И, выход четвертого элемента И подключен к второму выходу блока управления и второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим выходом блока управления и входом второго инвертора, выход которого соединен с четвертым выходом блока управления, выход третьего элемента И соединен с пятым выходом блока управления и третьим входом второго элемента ИЛИ, четвертый вход которого подключен к выходу пятого элемента И и шестому выходу блока управления, а пятый выход дешифратора соединен с входом первого инвертора и седьмым выходом блока управления.