CN101504439B - 变温肖特基二极管特性测试仪 - Google Patents

变温肖特基二极管特性测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变温肖特基二极管特性测试仪，属于肖特基二极管测试技术领域。该测试仪包括一变温系统、一数据采集系统和一计算机控制系统，变温系统用于改变肖特基二极管的温度，测得温差电动势信号；数据采集系统用于对肖特基二极管样品的两端施加电压信号，收集肖特基二极管两端的电压数据和流过肖特基二极管的电流数据，以及获得温差电动势数据；计算机控制系统用于对数据采集系统进行控制，并根据数据采集系统的数据信息，计算出肖特基二极管的势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R。本发明可直接获得肖特基二极管的特性参数，提高了测量效率。

Description

变温肖特基二极管特性测试仪
技术领域
本发明是关于研究有关半导体器件温度特性的测试技术，具体涉及一种可以直接测定肖特基二极管的特征参数及其温度特性的测试仪。
背景技术
目前，肖特基二极管广泛应用在太阳能电池、各种探测器和传感器、微波器件和大规模集成电路中。有关肖特基接触理论、实验研究方法、器件制作和应用一直受到人们广泛的重视。
肖特基势垒器件的不断发展推动了界面物理和材料物理的深入研究，并在大功率、耐高温、高速、低噪声器件的应用中取得了重大进展，准确地测量肖特基二极管势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R等关键参数在相关器件的研制中具有重要意义。
目前，肖特基势垒测量的基本实验方法主要有四种：正向电流-电压法(I-V法)、电容-电压(C-V法)、激活能法和光电法，以上四种方法都有各自的优缺点。采用上述任何一种方法不能同时测得肖特基二极管的势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R，测量效率较低，尤其是测量样品数量较大时，既浪费时间和人力，成本又高。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种变温肖特基二极管特性测试仪。采用该测试仪可直接获得肖特基二极管的势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R。
本发明的技术方案是：
一种变温肖特基二极管特性测试仪，其特征在于，包括：
一变温系统，用于改变肖特基二极管的温度，测得温差电动势信号；
一数据采集系统，用于对肖特基二极管两端施加电压信号，收集肖特基二极管两端的电压数据和流过肖特基二极管的电流数据，以及获得温差电动势数据；
和一计算机控制系统，用于对数据采集系统进行控制，并根据数据采集系统的数据信息，计算出肖特基二极管的势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R。
变温系统可包括一杜瓦瓶、一恒温器和一加热装置，与加热装置连接的恒温器设置在杜瓦瓶内，肖特基二极管固定在恒温器上，杜瓦瓶内装液氮，给恒温器提供降温的冷源，在恒温器上设有热电偶，用于测量肖特基二极管的温度，产生温差电动势信号。
加热装置包括一加热电阻丝，该加热电阻丝连接一直流稳压电源、一温度控制仪和一继电器。
所述恒温器可为一T型铜体，热电偶和肖特基二极管固定在恒温器的端部平台上，所述加热电阻丝缠绕在T型铜体的底柱上。
加热装置还包括一温度传感器，用于测量加热电阻丝的温度，温度传感器的信号加在一温度控制仪上，该温度控制仪设定一个温度值用于比较温度传感器测到的温度，随后输出信号控制所述继电器的通断。
所述温度传感器可为电阻温度传感器，该电阻温度传感器与所述加热电阻丝直接接触。
所述恒温器的端部平台上表面粘贴一云母片，该云母片起绝缘作用，云母片上表面再固定一铜片，在该铜片上，用具有弹性的磷铜片压住肖特基二极管样品和热电偶。
数据采集系统可包括一数据采集卡和一电路板，数据采集卡用于对肖特基二极管的两端施加电压信号，并实时采集经电路板放大之后的肖特基二极管两端的电压数据、流过肖特基二极管的电流数据，以及热电偶的温差电动势数据。
本发明变温系统可以提供一个78K-460K范围内的任一稳定温度环境。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将I-V法与激活能法结合，采用计算机自动控制，实现了智能控制测量，提高了测量精度，用软件处理数据，直接获得计算结果，测量效率大大提高。此外，肖特基样品更换方便。
本发明样品加热采用温度控制仪控制，温度控制仪和样品加热丝处的电阻温度传感器相连，通过电阻温度传感器测量出加热丝的温度。如果需要改变样品温度，可直接在温度控制仪上设定，温度控制仪自动控制加热丝加热过程，直到温度稳定在设定的数值。
由于加热丝和样品有一定距离，温度稳定之后二者之间有一定的温差，故不能用加热丝的温度代替样品温度，本发明利用热电偶测量样品温度，精度高，稳定可靠。
附图说明
图1为本发明肖特基二极管特性测试仪的结构框图；
图2为本发明肖特基二极管特性测试仪恒温器结构图；
图3为本发明肖特基二极管特性测试仪的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明肖特基二极管特性测试仪的设计原理如下：通过编写计算机程序控制数据采集系统，让数据采集系统输出电压信号加到待测肖特基二极管两端；利用变温系统控制肖特基二极管的温度，然后利用数据采集系统收集肖特基二极管两端的电压、流过肖特基二极管的电流和肖特基二极管处的温差电动势，最后利用计算机程序从数据采集系统获取这三个信号并计算出肖特基二极管的四个参数。
本发明变温肖特基二极管特性测试仪包括变温系统、数据采集系统和计算机控制系统，如图1所示。变温系统包括杜瓦瓶、恒温器和加热装置，数据采集系统包括一±15V直流稳压电源、一个PCI-1716数据采集卡、一电路板、一个毫伏表、三个电压表和一个电流表。计算机控制系统包括一台完整的微机、配套测试软件和测试软件使用视频。
恒温器选用铜材料加工，铜的热容较大，有利于提供一个稳定的温度环境。恒温器结构如图2所示，其结构为一T型铜体1，T型铜体1包括一平台和平台下方的圆形底柱，在底柱上绕有加热电阻丝4，Pt电阻温度传感器7与电阻丝4接触。T型铜体1的平台也是圆形，其上表面利用绝缘导热胶粘贴一块直径比平台稍小的云母片8，该云母片起绝缘作用，云母片8上表面固定一铜片6，该铜片6上面安放样品3和铜-康铜热电偶2，利用具有弹性的磷铜片5压住样品3，这里铜片作为样品的一个电极，磷铜片作为样品的另一个电极。
铜-康铜热电偶的测温原理是：铜-康铜的热端置于测温点，该测温点位于样品3的附近，冷端置于参考点(可选择冰水混合物为参考点，它的温度是零摄氏度)，测出温差电动势，通过查电动势-温度对应表得到测温点的温度。
请参阅图3，本发明的设计电路图主要有两大块构成，左侧是加热电路，Pt电阻温度传感器与缠绕在恒温器上的加热电阻丝接触，其信号反馈给温度控制仪AL808。在温度控制仪面板上设定一个温度，该加热系统开始工作，自动将加热丝温度稳定在设定值。电路图的右侧是数据采集系统电路，样品的三种信号通过电路板放大然后被PCI-1716数据采集卡收集，随后利用计算机配套测试软件处理这些数据。
本发明测试仪的测试过程：把待测肖特基二极管安装到恒温器的端部平台上，启动配套测试软件，在软件界面端压设定框内输入一个电压数值，点击确定后，该软件控制PCI-1716数据采集卡输出一电压信号并通过电路板的电压跟随器电路加在待测样品的两端，同时该电路板的放大电路把样品两端的电压信号和流过样品的电流信号放大并传送给PCI-1716数据采集卡，计算机控制系统利用配套测试软件读取数据采集卡所采集到的电流和电压信号，通过相应的处理得到样品的一组电压和电流值。接着在软件界面端压设定框内改变一个电压值，点击确定之后得到样品的另一组电压和电流值，多次改变端压并测量，就得到样品的多组电压和电流值。这个过程也可以自动完成，即设定一个起始电压，设定扫描范围和扫描增量，然后开始扫描，同样会得到样品的多组电压和电流值，区别在于这个自动化方案所得到的数据中电压只能是等间距变化的。值得注意的是：测量样品的多组电压和电流数据时必须保持样品温度恒定，即反应样品在某一温度下的电压电流关系。
在温度控制仪AL808面板上设定一个新的温度值，等待加热系统工作，让样品稳定在该温度。采用铜-康铜热电偶测量，得到温差电动势信号经过电路板的放大电路放大并被PCI-1716数据采集卡采集，计算机控制系统利用配套测试软件从数据采集卡获取该温差电动势信号并显示，同时利用参考点温度(零摄氏度)计算出样品实际温度并且显示。
然后重复前面的电压电流测量工作就得到新的温度下样品的电压电流关系。在肖特基二极管参数测量中，需要测多个温度值下二极管的电压电流关系，测量完毕后利用配套测试软件即可算出肖特基二极管的势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R。
本发明除采用铜-康铜热电偶测温外，还可以采用铜-金铁、镍铬-金铁、正常银-金铁、镍铬-康铜和镍铬-镍铅等热电偶。
以上通过详细实施例描述了本发明所提供的肖特基二极管特性测试仪，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (7)

1.一种变温肖特基二极管特性测试仪，其特征在于，包括：
一变温系统，用于改变肖特基二极管的温度，测得温差电动势信号；
一数据采集系统，用于对肖特基二极管两端施加电压信号，收集肖特基二极管两端的电压数据和流过肖特基二极管的电流数据，以及获得温差电动势数据；
和一计算机控制系统，用于对数据采集系统进行控制，并根据数据采集系统的数据信息，计算出肖特基二极管的势垒高度qφb、有效理查德常数A**、理想因子n和串联电阻R，
所述变温系统包括一杜瓦瓶、一恒温器和一加热装置，与加热装置连接的恒温器设置在杜瓦瓶内，肖特基二极管固定在恒温器上，杜瓦瓶内装液氮，给恒温器提供降温的冷源，在恒温器上设有热电偶，用于测量肖特基二极管的温度，产生温差电动势信号。
2.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，加热装置包括一加热电阻丝，该加热电阻丝连接一直流稳压电源、一温度控制仪和一继电器。
3.如权利要求2所述的测试仪，其特征在于，所述恒温器为一T型铜体，热电偶和肖特基二极管固定在恒温器的端部平台上，所述加热电阻丝缠绕在T型铜体的底柱上。
4.如权利要求2或3所述的测试仪，其特征在于，加热装置还包括一温度传感器，用于测量加热电阻丝的温度，温度传感器的信号加在一温度控制仪上，该温度控制仪设定一个温度值用于比较温度传感器测到的温度，随后输出信号控制所述继电器的通断。
5.如权利要求4所述的测试仪，其特征在于，所述温度传感器为电阻温度传感器，该电阻温度传感器与所述加热电阻丝直接接触。
6.如权利要求3所述的测试仪，其特征在于，所述恒温器的端部平台上表面粘贴一云母片，该云母片起绝缘作用，云母片上表面再固定一铜片，在该铜片上，用具有弹性的磷铜片压住肖特基二极管样品和热电偶。
7.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，数据采集系统包括一数据采集卡和一电路板，数据采集卡用于对肖特基二极管的两端施加电压信号，并实时采集经电路板放大之后的肖特基二极管两端的电压数据、流过肖特基二极管的电流数据，以及热电偶的温差电动势数据。
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