Przedmiotem wynalazku jest sposób okreslania napiecia progowego tranzystorów typu MIS stosowany zwlaszcza do badania tranzystorów i ukladów scalonych typu MIS w przemysle elektronicznym i laboratoriach badawczych.Istnieje wiele sposobów okreslania napiecia progowego definiowanego jako wartosc napiecia bramka - zró¬ dlo przy której jest zapoczatkowany stan silnej inwersji w obszarze przypowierzchniowym pólprzewodnika.Znany sposób okreslania napiecia progowego polega na pomiarze wartosci napiecia bramka — zródlo tran¬ zystora ze zwartymi elektrodami bramki i drenu dla dwóch wybranych z góry wartosci pradu drenu, a nastepnie na okresleniu napiecia progowegojako wartosci napiecia bramka — zródlo w punkcie przeciecia prostej przecho¬ dzacej przez punkty odpowiadajace pomierzonym wartosciom z osia napiec bramka - zródlo w ukladzie wspólrzednych pierwiastek kwadratowy z pradu drenu, napiecie bramka - zródlo.Wada tego sposobu jest powstawanie duzych bledów pomiaru, w przypadku gdy chociaz jeden z wybra¬ nych z góry punktów pracy tranzystora nie lezy na prostoliniowym odcinku charakterystyki Ip = f(UGS = Uds) gdzie Id oznacza prad drenu, Ugs_ napiecie bramka — zródlo, Uds - napiecie dren - zródlo.Istota sposobu wedlug wynalazku polega'na tym, ze polaryzuje sie tranzystor dla wymuszenia pradu drenu o kwadratowej zaleznosci natezenia tego pradu od czasu i rózniczkuje sie napiecie bramka - zródlo dla okresle¬ nia przedzialu czasu, w którym jej wartosc jest stala. Z tak okreslonego przedzialu czasu dowolnie wybiera sie chwile, w której mierzy sie wartosc napiecia bramka- zródlo, wartosc napiecia zrózniczkowanego i wartosc sygnalu wprost proporcjonalnego do przedzialu czasu, w którym prad drenu narasta od zera do wartosci odpo¬ wiadajacej tej wybranej chwili, przy czym wartosc napiecia zrózniczkowanegoi wartosc sygnalu proporcjonalne¬ go do przedzialu czasu, w którym prad drenu narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej wybranej chwili mnozy sie, a nastepnie odejmuje od wartosci napiecia bramka — zródlo w wybranej chwili czasu uzyskujac wartosc napiecia wprost proporcjonalna do wartosci napiecia progowego.Zgodnie z wynalazkiem z przedzialu czasu, w którym wartosc zrózniczkowanego napiecia bramka - zró¬ dlo jest stala wybiera sie dowolnie dwie chwile czasu, w których mierzy sie wartosci pradu drenu i wartosci2 111229 napiecia bramka — zródlo, po czym wartosc napiecia progowego okresla sie zgodnie z zaleznoscia: Vb2 VI Dl UT = UGS1 — -UGS2 — \^D2-/lDl VlD2 VlDl gdzie: Uj oznacza napiecie progowe tranzystora typu MIS, UgSI _ wartosc napiecia bramka — zródlo zmierzo¬ na w pierwszej dowolnie wybranej chwili, UGS2 — wartosc napiecia bramka - zródlo zmierzona w drugiej chwili czasu, ID1 — wartosc pradu drenu zmierzona w pierwszej chwili czasu, Id2 — wartosc pradu drenu zmierzona w drugiej chwili czasu.Wedlug wynalazku z przedzialu czasu, w którym wartosc zrózniczkowanego napiecia bramka — zródlo jest stala dowolnie wybiera sie dwie chwile czasu, w których mierzy sie wartosci napiecia bramka — zródlo i odnrierza sie czas jaki uplynal od chwili przyjetej za zerowa do dowolnie wybranej pierwszej chwili czasu, co odpowiada przedzialowi czasu, w którym prad drenu narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej pierwszej chwili i odmierza sie czas jaki uplynal od chwili przyjetej za zerowa do dowolnie wybranej drugiej chwili czasu, co odpowiada przedzialowi czasu, w którym prad drenu narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej drugiej chwili jak równiez odmierza sie róznice czasu pomiedzy dowolnie wybranymi dwoma chwilami czasu, po czym wartosc napiecia progowego okresla sie zgodnie z zaleznoscia: t2 ti Ut = UGSI UGS2 t2.-ti ta-t, gdzie: Ut oznacza napiecie progowe tranzystora typu MIS, UgSI jest to wartosc napiecia bramka — zródlo zmierzona w pierwszej chwili ti, a UGS2 Jest to wartosc napiecia zmierzona w drugiej chwili t2.Sposób wedlug wynalazku umozliwia szybki i dokladny, przeprowadzany automatycznie, pomiar napiecia progowego niezaleznie od tego w jakim zakresie pradu drenu charakterystyka: pierwiastek kwadratowy z pradu drenu w funkgi napiecia bramka — zródlo dla zwartych elektrod bramki i drenu mierzonego tranzystora typu MIS, jest liniowa.Przyklad stosowania sposobu jest blizej wyjasniony w oparciu o rysunek pozwalajacy lepiej zrozumiec proces jego stosowania, którego fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadzenia do okreslania napiecia progowego mierzonego tranzystora typu MIS na podstawie pomiaru napiecia bramka — zródlo, zrózniczkowanego napiecia bramka - zródlo i przedzialu czasu, fig. 2- schemat blokowy urzadzenia do okreslania napiecia progowego mierzonego tranzystora typu MIS na podstawie pomiaru dwóch wartosci napiec bramka — zródlo i dwóch warto¬ sci pradu drenu, fig. 3— schemat blokowy urzadzenia do okreslania napiecia progowego mierzonego tranzystora typu MIS w oparciu o pomiar dwóch wartosci napiecia bramka - zródlo i dwóch przedzialów czasu, natomiast fig. 4- wykorzystywana do okreslenia napiecia progowego charakterystyke tranzystora MIS oraz podstawowe zaleznosci czasowe napiec wystepujacych w urzadzeniach pomiarowych, przy czymze wzgledu na zadana zalez¬ nosc pradu drenu od czasu, zaleznosc pierwiastka kwadratowego z wartosci pradu drenu od napiecia bramka — - zródlo jest jakosciowo równowazna zaleznosci napiecia bramka - zródlo od czasu.Jak to je$t uwidocznione na fig. 1 elektrody bramki G i drenu D tranzystora T typu MIS sa zwarte i wlaczone pomiedzy zródlo pradowe ZP polaczone z generatorem taktujacym GT, a pierwszy uklad rózniczkujacy URi, który poprzez drugi uklad rózniczkujacy UR2 polaczony jest z ukladem identyfikacji Ul. Jedno wyjscie ukladu identyfikacji dolaczone jest do rejestru R polaczonego równiez z generatorem taktujacym GT i generatorem zegarowym GZ. Drugie wyjscie ukladu identyfikacji Ul dolaczone jest do wejsc woltomierzy próbkujacych z pamiecia S-Hi iS-H2 przy czym drugie wejscie woltomierza S-Hi polaczone jest z wyjsciem pierwszego ukladu rózniczkujacego URt zas drugie wejscie woltomierza S-H2 polaczone jest z wyjsciem mierzonego tranzy¬ stora T. Wyjscie woltomierza S—Hx poprzez przetwornik cyfrowo-analogowy P dolaczony do wyjscia rejestru R, polaczone jest z ujemnym wejsciem wzmacniacza róznicowego WR. Wyjscie woltomierza S—H2 polaczone jest z dodatnim wejsciem wzmacniacza róznicowego WR. Wyjscie wzmacniacza WR stanowi wyjscie urzadzenia mie¬ rzacego wartosc napiecia wprost proporcjonalnego do napiecia progowego Uj tranzystora T.Ze zródla pradowego ZP uruchamianego z generatora taktowego GT w chwili przyjetej za zerowa polaryzu¬ je sie tranzystor T dla wymuszenia pradu drenu Id, którego wartosc jest kwadratowa funkcja czasu, a wiec zmieniajacego sie zgodnie z zaleznoscia Id = At2 gdzie A oznacza staly wspólczynnik. Przy tak spolaryzowanym tranzystorze T jego napiecie wyjsciowe, a wiec napiecie bramka - zródlo Ugs doprowadza sie do woltomierza próbkujacego z pamiecia S-H2 dla zarejestrowania jego wartosci UgsO w chwili tQ i ten sam sygnal rózniczkuje sie w ukladzie rózniczkujacym URi dla okreslenia przedzialu czasu, w którym jego wartosc jest stala, przy czym uzyskane zrózniczkowane napiecie U! doprowadza sie do woltomierza próbkujacego S-Hi i do drugiego ukladu111229 3 rózniczkujacego UR2. Napiecie U2 na wyjsciu ukladu rózniczkujacego UR2 przyjmuje wartosc równa zeru dla zakresu wartosci napiec bramka- zródlo Ugs dla których charakterystyka /Id = f(UQS) i równowazna jej charakterystyka Ugs = f(t) sa prostoliniowe. Napiecie U2 z wyjscia ukladu rózniczkujacego UR2 doprowadza sie do ukladu identyfikacji Ul, na wyjsciu którego dla dowolnie wybranej chwili t0 z przedzialu czasu, w którym wartosc napiecia \JX jest stala wytwarza sie impuls wysterowujacy woltomierz S-h^ i S-H2 oraz blokujacy rejestr R, który uruchamia sie z generatora taktujacego GT i który zlicza impulsy generowane przez generator zegarowy GZ.Liczbe impulsów proporcjonalna do czasu jaki uplynal od chwili przyjetej za zerowa do dowolnie wybra¬ nej chwili t0 podaje sie na wejscia cyfrowe przetwornika cyfrowo-analogowego P, do którego jednoczesnie doprowadza sie zmierzone dla chwili t0 w woltomierzu S-Hj napiecie \Ji otrzymujac na wyjsciu przetwornika sygnal analogowy proporcjonalny do iloczynu jego sygnalów wejsciowych. Sygnal ten podaje sie na ujemne wejscie wzmacniacza róznicowego WR, przy czym najego wejscie dodatnie doprowadza sie zapamietane napiecie UGSO zmierzone takze dla chwili t0 uzyskujac na wyjsciu wartosc napiecia wprost proporcjonalnego do wartosci napiecia progowego Ut czyli, Uwy ^ Ut = UGSO - t0Ui czyli dUGS UT = UGS(to)-to*-tT-(to) dt gdzie: Uj oznacza napiecie progowe tranzystora T, UGSO Jest to napiecie bramka - zródlo na wyjsciu tranzy- dUGS stora T zmierzone w chwili to, aUi = ~ (to) jest to wartosc zrózniczkowanego napiecia bramka - zródlo dt zmierzonego w chwili t0.Jak to zostalo uwidocznione na fig. 2 elektrody bramki G i drenu D tranzystora T typu MIS sa zwarte i wlaczone pomiedzy zródlo pradowe ZP polaczone z generatorem taktujacym GT, a uklad rózniczkujacy UR polaczony z ukladem identyfikacji UL Urzadzenie wyposazone jest w cztery woltomierze próbkujace z pamiecia S—H1? S—H2, S—H3, S—H4 o wyjsciach dolaczonych do ukladu arytmetycznego UA, z których dwa woltomie¬ rze S-Hi i S—H3 maja wejscia polaczone z wyjsciem tranzystora T, a pozostale dwa S—H2 i S-H4 maja wejscia polaczone ze zródlem pradowym ZP, przy czym woltomierze S-HL iS-H2 takze sterowane sa z tego samego wyjscia ukladu identyfikacji Ul, a woltomierze S-H3 i S—H4 sterowane sa z drugiego wyjscia ukladu identyfika¬ cji UL Ze zródla pradowego ZP uruchamianego z generatora taktowego GT w chwili przyjetej za zerowa polary¬ zuje sie tranzystor T dla wymuszenia pradu drenu Id o kwadratowej zaleznosci od czasu czyli ID = At2 gdzie A oznacza staly wspólczynnik.Przy tak spolaryzowanym tranzystorze T jego napiecie wyjsciowe, a wiec napiecie bramka — zródlo Ugs róz¬ niczkuje sie dwukrotnie w ukladzie rózniczkujacym UR. Napiecie Ur na wyjsciu ukladu rózniczkujacego UR przyjmuje wartosc równa zeru dla zakresu wartosci napiec bramka - zródlo Ugs dla którego charakterystyka \/lD- f(UGS) i równowazna jej charakterystyka Ugs = f(t) sa prostoliniowe, a wiec tym samym okresla sie przedzial czasu, dla którego te zaleznosci sa liniowe. Napiecie Ur doprowadza sie do ukladu identyfikacji Ul, który w dowolnie wybranych dwóch chwilach czasu ti i t2 z tak okreslonego przedzialu czasu wytwarza impulsy uruchamiajace dla chwili czasu ti woltomierz S—Ht i S—H2, a dla chwili czasu t2 woltomierz S—H3 i S—H4.Woltomierz S—H{ mierzy wartosc napiecia bramka- zródlo UgsI* a woltomierz S—H2 wartosc pradu drenu ID1 w chwili czasu tl5 zas woltomierz S-H3 mierzy wartosc napiecia bramka- zródlo UgS2 a woltomierz S—H4 wartosc pradu drenu Id2 w chwili t2. Napiecia wyjsciowe woltomierzy próbkujacych z pamiecia doprowa¬ dza sie do ukladu arytmetycznego UA, którego napiecie wyjsciowe wprost proporgonalne do napiecia progowe¬ goUj tranzystora T powiazane jest w zadany sposób z napieciami sterujacymi: TT . IT IT ^lD2 II ^D1 Uwy -r Ut = UGS1 UG2 VlD2 - VlD1 \/lD2 - \^D 1 napiecie progowe tranzystora T, UgS! wartosc napiecia bramka - zródlo w chwili tt, UgS2 av napiecia uramka - zródlo w chwili t2, Idi wartosc pradu w chwili tx, Id2 wartosc pradu w chwili t2.W trzecim wariancie rozwiazaniajak to uwidocznione jest na fig. 3 elektrody bramki G i drenu D tranzysto- sa zwarte i wlaczone pomiedzy zródlo pradowe ZP polaczone z generatorem taktujacym GT, a uklad gdzie: Ut oznacza wartosc napiecia bramka4 111229 rózniczkujacy UR polaczony z ukladem identyfikacji Ul. Jedno wyjscie ukladu identyfikacji Ul dolaczone jest do wejscia rejestru Ra i rejestru Re, a takze do wejscia woltomierza próbkujacego z pamiecia S—Ht mierzacego wartosc napiecia bramka — zródlo Ugs w chwili czasu t! z tym, ze do drugiego wejscia rejestru Ra i rejestru Rb doprowadzony jest sygnal z wyjscia generatora taktujacego GT. Drugie wyjscie ukladu identyfikacji Ul dolaczo¬ ne jest do wejscia rejestru Rb i rejestru Re oraz do woltomierza próbkujacego z pamiecia S—H2 mierzacego wartosc napiecia bramka - zródlo Ugs w chwili t2. Do wejsc rejestrów Ra, Rb, Rc doprowadzony jest takze sygnal z wyjscia generatora zegarowego GZ. Wyjscie rejestru Rc polaczone jest z wejsciem przetwornika cyfro- wo-analogowego Pi, do którego dolaczone jest równiez wyjscie rejestru Rb i wyjscie woltomierza S-Ht, przy czym wyjscie przetwornika Px polaczone jest z dodatnim wejsciem wzmacniacza róznicowego WR. Ujemne wejscie wzmacniacza róznicowego WR polaczone jest z wyjsciem przetwornika cyfrowo-analogowego P2 , wejscie którego polaczone jest z wyjsciem rejestru Ra, wyjsciem rejestru Rc i wyjsciem woltomierza S—H2. Ze zródla pradowego ZP uruchamianego z generatora taktowego GT w chwili przyjetej za zerowa polaryzuje sie tranzystor T dla wymuszenia pradu drenu Id o kwadratowej zaleznosci od czasu czyli ID = At2 gdzie A oznacza staly wspólczynnik.Przy tak spolaryzowanym tranzystorze T jego napiecie wyjsciowe, a wiec napiecie bramka — zródlo Uqs róz¬ niczkuje sie dwukrotnie w ukladzie rózniczkujacym UR. Napiecie Ur na wyjsciu ukladu rózniczkujacego UR przyjmuje wartosc równa zeru dla zakresu wartosci napiec bramka — zródlo Uqs» dla którego charakterystyka VlD = f(UGS) i równowazna jej charakterystyka Ugs = f(t) sa prostoliniowe, a wiec tym samym okresla sie przedzial czasu, dla którego te zaleznosci sa liniowe. Napiecie Ur doprowadza sie do ukladu identyfikacji Ul, który w dowolnie wybranych dwóch chwilach czasu t| i t2 z tak okreslonego przedzialu czasu wytwarza impulsy blokujace rejestr Ra i otwierajace rejestr Rc w chwili czasu ti oraz blokujace rejestry Rb i Rc w chwili czasu t2.Jednoczesnie impulsy te uruchamiaja woltomierze próbkujace z pamiecia, woltomierz S-H! w chwili czasu t!, a woltomierz S—H2 w chwili czasu t2. Woltomierze te mierza wartosci napiecia bramka — zródlo UGS1 i UGS2- Rejestr Ra i rejestr Rfi wlacza sie z generatora taktowego GT w chwili czasu przyjetej za zerowa. W rejestrach RA RB RC zlicza sie impulsy generowane przez generator zegarowy GZ. Zawartosc rejestru Ra jest zatem proporcjonalna do przedzialu czasowego (O, ti), rejestru Rb do przedzialu czasowego (0, ^ ) zas rejestru Rc do przedzialu czasu (t^—tt). Zawartosci rejestrów Rb iRc doprowadza sie do przetwornika cyfrowo-analogowego Px, który na wejsciu dla napiecia odniesienia steruje sie napieciem bramka - zródlo UgsI zmierzonym w wolto¬ mierzu S—Hi w ehwili czasu tj.Wykorzystujac wlasciwosc przetwornika cyfrowo-analogowego Pi na jego wyjsciu uzyskuje sie sygnal proporcjonalny do iloczynu wartosci napiecia Uqs1 i zawartosci rejestru Rb podzielonej przez zawartosc rejestru RC- Analogicznie zawartosci rejestrów Ra i Rc doprowadza sie do drugiego przetwornika cyfrowo-analogowego P2, który na wejsciu dla napiecia odniesienia steruje sie napieciem bramka — zródlo UqS2 zmierzonym w wolto¬ mierzu S—H2 w chwili czasu t2, przy czym na jego wyjsciu uzyskuje sie sygnal proporcjonalny do iloczynu wartosci napiecia UgS2 i zawartosci rejestru Ra podzielonego przez zawartosc rejestru Rc. Napiecie wyjsciowe przetwornika P2 odejmuje sie od napiecia wyjsciowego przetwornika ?i we wzmacniaczu róznicowym WR.Uzyskiwane na wyjsciu wzmacniacza róznicowego WR napiecie jest wprost proporcjonalne do napiecia progowe¬ go Uj tranzystora T, co mozna zilustrowac podana zaleznoscia: t2 U Uwy - Ut = UGSI UGS2 t2 "ti t2 - tt gdzie: Uj oznacza wartosc napiecia progowego tranzystora T, UGSI jest to wartosc napiecia bramka — zródlo zmierzona w chwili czasu ti, a UgS2 - wartosc napiecia bramka — zródlo zmierzona w chwili czasu t2.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób okreslania napiecia progowego tranzystorów typu MIS ze zwartymi elektrodami bramki i drenu w czasie pomiaru, znamienny tym, ze polaryzuje sie tranzystor (T) dla wymusenia pradu drenu (Id) o kwadratowej zaleznosci natezenia tego pradu od czasu i rózniczkuje sie napiecie bramka — zródlo (Ugs) dla okreslenia przedzialu czasu, w którym jej wartosc (Ut) jest stala, po czym z tak okreslonego przedzialu czasu dowolnie wybiera sie chwile (to), w której mierzy sie wartosc napiecia bramka — zródlo (Ugso)» wartosc napiecia zrózniczkowanego (U^ i wartosc sygnalu wprost proporcjonalnego do przedzialu czasu (0,to),111229 5 w którym prad drenu (Id) narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej wybranej chwili (t0) przy czym wartosc napiecia zrózniczkowanego (Ui) i wartosc sygnalu proporcjonalnego do przedzialu czasu (0,to), w którym prad drenu (Id) narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej wybranej chwili (t0) mnozy sie. a nastepnie odejmuje od wartosci napiecia bramka - zródlo (Ugso) uzyskujac wartosc napiecia wprost propor¬ cjonalna do wartosci napiecia progowego (UT). 2. Sposób okreslania napiecia progowego tranzystorów typu MIS ze zwartymi elektrodami bramki i drenu w czasie pomiaru, znamienny tym, ze polaryzuje sie tranzystor (T) dla wymuszenia pradu drenu (Id) o kwadratowej zaleznosci natezenia tego pradu od czasu i rózniczkuje sie napiecie bramka - zródlo (Ugs) dla okreslenia przedzialu czasu, w którym jej wartosc jest stala, po czym z tak okreslonego przedzialu wybiera sie dowolnie dwie chwili czasu (ti, t2), w których mierzy sie wartosci pradu drenu (Id1 ID2) i wartosci napiecia bramka - zródlo (UgS1» UGS2) po czym wartosc napiecia progowego (Uj) okresla sie zgodnie z zaleznoscia: UT =UGSl UGS2 VlD2 - VlD1 ViD2 - VlD 1 gdzie: Uj oznacza napiecie progowe tranzystora typu MIS, Ugsi wartosc napiecia bramka - zródlo zmierzona w chwili ti, UGS2 — wartosc napiecia bramka - zródlo zmierzona w chwili t2, ID1 — wartosc pradu drenu zmierzona w chwili ti, Id2 — wartosc pradu drenu zmieizona w chwili ^. 3. Sposób okreslania napiecia progowego tranzystorów typu MIS ze zwartymi elektrodami bramki i drenu w czasie pomiaru, znamienny tym, ze polaiyzuje sie tranzystor (T) dla wymuszenia pradu drenu (Id) o kwadratowej zaleznosci natezenia tego pradu od czasu i rózniczkuje sie napiecie bramka - zródlo (Ugs) dla okreslenia przedzialu czasu, w którym jej wartosc jest stala, po czym z tak okreslonego przedzialu czasu dowol¬ nie wybiera sie dwie chwile czasu (ti, t2), w których mierzy sie wartosc napiecia bramka - zródlo (Ugsi* UGS2) i odmierza sie czas jaki uplynal od chwili przyjetej za zerowa do dowolnie wybranej pierwszej chwili czasu (ti), co odpowiada przedzialowi czasu (0, ti), w którym prad drenu (Id) narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej pierwszej dowolnie wybranej chwili czasu (tt) i odmierza sie czas jaki uplynal od chwili przyjetej za zerowa do dowolnie wybranej drugiej chwili czasu O2), co odpowiada przedzialowi czasu (0, t2), w którym prad drenu (Id) narasta od zera do wartosci odpowiadajacej tej dowolnie wybranej drugiej chwili czasu (t2), jak równiez odmierza sie róznice czasu (t2—ti) pomiedzy dowolnie wybranymi dwoma chwilami czasu (tj ,t2 ), po czym wartosc napiecia progowego (Uj) okresla sie zgodnie z zaleznoscia: t2 tj ut = ugsi Ugs2 t2-t! t2 - ti gdzie: Uj oznacza napiecie progowe tranzystora typu MIS, UGSI wartosc napiecia bramka - zródlo zmierzona w chwili czasu ti, UGS2 _ wartosc napiecia bramka — zródlo zmierzona w chwili t2.111229 GT ZP tJJP URI Ul tu, - lufe HS-H1 H p S-H2 6Z 1^1 u*y GT Fig.1 ZP W''W UP tUo Ul S-HI UA luwy Fig.2111229 |gT MEf -t-TurI— Ul S-HI S-H2 Q-ti 6Z ~RTU 1 Fig.3 VIS1 Pi ^t k« 3 F* zr lo UT Uss-Uos *SS» Ugs-Uds PL