CN106597247A - 基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统 - Google Patents

基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统 Download PDF

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陈伟
刘岩
白小燕
杨善潮
金晓明
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
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Abstract

本发明涉及一种适用于辐射效应研究中长距离对半导体器件伏安特性曲线进行测量的测量系统，具体涉及一种基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统。该测量系统包括控制计算机、源表、矩阵开关、测试板和辐照板；所述控制计算机分别与源表和矩阵开关相连；所述源表、矩阵开关与测试板构成测试回路；所述测试板与辐照板相连；所述源表的sense hi端口和sence lo端口与测试板形成电压测量回路；所述源表的source hi端口和source lo端口与测试板形成电流测量回路。本发明改变了长线电阻与半导体器件PN结及电压电流表之间的电路关系，从原理性上妥善解决了长线电阻在辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量中的问题，可以在相当宽的电流范围内保持较高的测量精度。

Description

基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统
技术领域
本发明涉及一种适用于辐射效应研究中长距离对半导体器件伏安特性曲线进行测量的测量系统，具体涉及一种基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统。
背景技术
PN结是电子学电路中最小的基本单元，因此研究由少数PN结构成的半导体器件的辐射效应，对于辐射效应机理研究的发展具有重要的基础作用。半导体器件伏安特性曲线是提取器件敏感参数的基础，因此半导体器件伏安特性曲线的测量在整个辐射效应机理研究中具有关键的基础地位。
在辐射效应测量中由于辐射环境的影响长线测试难以回避。在传统的双引线测量法中(如图1所示)，长引线电阻会影响半导体器件伏安特性曲线测量中的电压测量。随着电流的增大，长线电阻造成的压降在整个电路压降中的比重越来越大，甚至超过PN结上的压降，使得测量结果不可靠。长引线电阻存在一定的非线性，而且电路中的接触电阻具有随机性和不可控的特点，使得长引线电阻难以修正。在现有的测量方法中，长线电阻的存在大大限制了半导体器件伏安特性曲线中电流的测量范围，也就严重限制了测量系统所能测量的半导体器件种类及其伏安特性曲线的范围，不利于辐射效应研究的发展。
发明内容
为了解决传统的双引线测量法中长引线电阻影响测量精度的技术问题，本发明提供一种基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统。
本发明的技术解决方案是：一种基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统，其特殊之处在于：包括控制计算机、源表、矩阵开关、测试板和辐照板；所述控制计算机与源表和矩阵开关相连；所述源表、矩阵开关与测试板构成测试回路；所述测试板与辐照板相连；所述源表的sense hi端口和sence lo端口与测试板形成电压测量回路；所述源表的source hi端口和source lo端口与测试板形成电流测量回路。
较佳的，上述控制计算机通过GPIB电缆与源表和矩阵开关相连。
较佳的，上述测试板通过多芯线或排线与辐照板相连。
较佳的，上述矩阵开关集成两个矩阵模块形成4×16开关单元。
较佳的，上述测试板连接辐照板的一端与辐照板的被测试电路管脚一一对应；所述测试板连接矩阵开关的一端与矩阵开关的开关单元一一对应；测试板和辐照板的管脚总数小于或等于矩阵开关的阵列数。
本发明的有益效果在于：本发明改变了长线电阻与半导体器件PN结及电压电流表之间的电路关系，从原理性上妥善解决了长线电阻在辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量中的问题，可以在相当宽的电流范围内保持较高的测量精度。
附图说明
图1为传统的双引线测试回路原理示意图。
图2为本发明四引线测试双回路原理示意图。
图3为本发明较佳实施例的系统组成示意图。
图4为四引线法测量到的二极管I-V曲线的长短线对比示意图。
图5为双引线法和四引线法测量到的不同中子注量下二极管的I-V曲线。
具体实施方式
基于四引线法的半导体器件伏安特性曲线测量系统通过将传统的双引线测量法拓展为四引线测量法，构成电流电压测量的双回路，改变了长线电阻与半导体器件PN结及电压电流表之间的电路关系，使得在新的电路关系下长线电阻不再成为系统测量精度的影响因素，从而从原理性上妥善解决了长线电阻在半导体器件伏安特性曲线测量中的问题，提高了基础数据测量的准确度，对于辐射效应研究的发展具有重要意义。
参见图2，本发明提供的四引线测量法中分别构成电流电压测量双回路，从而改变了长线电阻与PN结及电流电压表之间的电路关系。在新的电路关系下，电流回路中长线电阻与PN结、电流表构成串联，因此不影响电流的测量；电压回路中长线电阻与PN结并联，PN结与电压表并联，由于电压表的内阻非常大(100MΩ量级)，因此长线中的电流在pA量级，使得长线压降几乎为0同时对PN结中电流的影响也几乎为0。
参见图3，本发明较佳实施例是以源表、矩阵开关为核心仪器的半导体器件伏安特性曲线长线测量系统。整个测量系统主要包括测试板(测试转接板)和辐照板，根据待测器件的管脚分布，制作相应的辐照板，即可实现辐照条件下半导体器件伏安特性曲线的测量。
测试板连接辐照板的一端应和辐照板的被测试电路管脚一一对应；连接矩阵开关的一端应和矩阵开关的开关单元一一对应；测试板和辐照板的管脚总数应不大于矩阵开关的阵列数，管脚应和4×16的“16”连接。源表的sense hi、sence lo应和被测器件形成电压测量回路，source hi、source lo和被测器件形成电流测量回路。源表的四线应通过测试板和矩阵开关4×16的“4”连接。
通用的源表能提供的最大电流为1.5A，最大电压为42V，可基本覆盖大部分半导体器件的需求，保证该测量系统具有较强的通用性。矩阵开关中集成了两个矩阵模块(4×16开关单元)，使得该系统可完成对32个两端元件或16个四端元件的同时测量。
控制计算机(电脑)能够同时控制源表和矩阵开关，实现不断进行“开关切换”——“参数测试”的功能。基于LabVIEW图形化开发平台，编制软件将源表、矩阵开关结合在一起，实现对仪器的自动控制和测量结果的自动保存，同时可自动记录每条I-V曲线的测量时间。通过自动控制不仅缩短了测试时间，还可建立半导体I-V曲线与辐射剂量的对应关系，保证了辐射效应测量的准确性。
图4是辐照前分别用20厘米短线和30米长线下用本发明提供的基于四引线法的测量系统测量到的二极管伏安特性曲线，图5是30米长线下分别用传统双引线法和本发明四引线法测量到的不同中子注量下二极管的伏安特性曲线。从这两张图上可以看出传统的双引线法中大电流下长线测量导致二极管伏安特性曲线严重偏离短线下的测量结果，大大限制了所能测量到的半导体器件伏安特性曲线范围，而且极易造成对半导体器件辐射效应的错误认识，而本发明在很宽的电流范围内长短线的测量结果均基本重合，保持了较高的测量精度。

Claims (5)

1.一种基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统，其特征在于：包括控制计算机、源表、矩阵开关、测试板和辐照板；所述控制计算机分别与源表和矩阵开关相连；所述源表、矩阵开关与测试板构成测试回路；所述测试板与辐照板相连；所述源表的sense hi端口和sence lo端口与测试板形成电压测量回路；所述源表的source hi端口和source lo端口与测试板形成电流测量回路。
2.根据权利要求1所述的基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统，其特征在于：所述控制计算机通过GPIB电缆与源表和矩阵开关相连。
3.根据权利要求2所述的基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统，其特征在于：所述测试板通过多芯线或排线与辐照板相连。
4.根据权利要求3所述的基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统，其特征在于：所述矩阵开关集成两个矩阵模块形成4×16开关单元。
5.根据权利要求4所述的基于四引线法的辐射效应半导体器件伏安特性曲线测量系统，其特征在于：所述测试板连接辐照板的一端与辐照板的被测试电路管脚一一对应；所述测试板连接矩阵开关的一端与矩阵开关的开关单元一一对应；测试板和辐照板的管脚总数小于或等于矩阵开关的阵列数。
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