RU125713U1

RU125713U1 - DEVICE FOR MEASURING VOLTAMPER AND VOLT-FARAD CHARACTERISTICS OF A SEMICONDUCTOR DEVICE

Info

Publication number: RU125713U1
Application number: RU2012144183/28U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Вьюхин
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-03-10

Abstract

Устройство для измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик полупроводникового прибора, содержащее исследуемый полупроводниковый прибор, генератор линейно-изменяющегося напряжения, первый аналого-цифровой преобразователь, электронно-вычислительную машину, монитор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит измерительную головку, разьем для подключения измерительной головки, интегратор, преобразователь напряжение - ток, фильтр верхних частот, усилитель, синхронный детектор, второй аналого-цифровой преобразователь, сумматор, генератор тестовой частоты измерения емкости, при этом исследуемый полупроводниковый прибор установлен между входом измерительной головки и выходом сумматора, выход измерительной головки подключен к входам двух каналов, первый канал содержит интегратор, выход которого через преобразователь напряжение - ток подключен к входу измерительной головки и к входу первого аналого-цифрового преобразователя, последний соединен с электронно-вычислительной машиной и монитором, второй канал содержит фильтр верхних частот, выход которого через электрически соединенные усилитель, синхронный детектор, второй аналого-цифровой преобразователь подсоединен к электронно-вычислительной машине, вход сумматора соединен с генератором линейно-изменяющегося напряжения и первым выходом генератора тестовой частоты измерения емкости, второй выход последнего соединен с синхронным детектором.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительная головка выполнена вынесенной из конструкции устройства и содержащей разъем для подключения ее к основному устройству.3. Устройство по п.A device for measuring the current-voltage and capacitance-voltage characteristics of a semiconductor device, containing the studied semiconductor device, a ramp generator, a first analog-to-digital converter, an electronic computer, a monitor, characterized in that it further comprises a measuring head, a connector for connecting a measuring heads, integrator, voltage-current converter, high-pass filter, amplifier, synchronous detector, second analog-to-digital converter, an adder, a generator of a test frequency for measuring capacitance, while the studied semiconductor device is installed between the input of the measuring head and the output of the adder, the output of the measuring head is connected to the inputs of two channels, the first channel contains an integrator, the output of which is connected to the input of the measuring head through a voltage-current converter and to the input of the first analog-to-digital converter, the latter is connected to the electronic computer and the monitor, the second channel contains a high-pass filter, the output of which о through an electrically connected amplifier, a synchronous detector, a second analog-to-digital converter is connected to an electronic computer, the adder input is connected to a ramp generator and the first output of the capacitance test frequency generator, the second output of the latter is connected to a synchronous detector. 2. The device according to claim 1, characterized in that the measuring head is made removed from the design of the device and contains a connector for connecting it to the main device. The device according to p.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к области измерения и контроля электрофизических параметров полупроводниковых приборов и может быть использована также для измерения тока и емкости любого двухполюсника.The utility model relates to measuring equipment, namely to the field of measurement and control of the electrophysical parameters of semiconductor devices and can also be used to measure the current and capacitance of any two-terminal device.

Зависимость тока от приложенного смещения - вольтамперная характеристика (ВАХ) и емкости от приложенного смещения - вольт-фарадная характеристика (ВФХ) полупроводникового прибора отражает его важнейшие электрофизические характеристики, такие как концентрация легирующих примесей, толщина диэлектрика, время жизни неосновных носителей и другие характеристики. Поэтому измерение вольтамперных и вольт-фарадных характеристик является одним из самых востребованных методов контроля полупроводниковых МДП-структур, р-n переходов, диодов Шоттки.The dependence of current on the applied bias - the current-voltage characteristic (CVC) and capacitance on the applied bias - the capacitance-voltage (CV) characteristic of a semiconductor device reflects its most important electrophysical characteristics, such as the concentration of dopants, the thickness of the dielectric, the lifetime of minority carriers and other characteristics. Therefore, the measurement of volt-ampere and capacitance-voltage characteristics is one of the most popular methods for monitoring semiconductor MIS structures, pn junctions, and Schottky diodes.

Принцип работы измерителей ВАХ и ВФХ следующий. При измерении ВАХ на первый зажим измеряемого прибора подается развертка в виде линейно-изменяющегося напряжения, со второго зажима снимается и измеряется ток. При измерении ВФХ на первый зажим подается сумма линейно-изменяющегося сигнала и малого тестового сигнала заданной частоты, со второго зажима снимается и измеряется фазочувствительными цепями постоянная и переменная компоненты тока. По полученным результатам, и известным параметрам развертки, частоты и амплитуды тестового сигнала, вычисляется и строится ВАХ и ВФХ.The principle of operation of the I – V and I – V characteristics is as follows. When measuring the I – V characteristic, a sweep in the form of a linearly varying voltage is applied to the first clamp of the measured device, and the current is taken from the second clamp and measured. When measuring the I – V characteristic, the sum of a linearly varying signal and a small test signal of a given frequency is applied to the first clamp, and the constant and variable current components are removed and measured by phase-sensitive circuits from the second clamp. According to the results obtained, and the known parameters of the sweep, frequency and amplitude of the test signal, the I – V and V – V characteristics are calculated and constructed.

Известно техническое решение, используемое в измерителе параметров полупроводниковых приборов ИППП 1 производства ОАО "Минский научно-исследовательский приборостроительный институт" (http://www.mnipi.ru/products.php4?grouD=11&device=0). Измеритель параметров полупроводниковых приборов ИППП-1 предназначен для контроля и исследований вольтамперных характеристик (ВАХ) электронных компонентов, путем их визуального наблюдения на экране в виде графиков или таблиц, расчета на их основе стандартных параметров исследуемого объекта и отображения функциональных зависимостей этих параметров, запоминания и документирования результатов измерений.A technical solution is known that is used in the parameter meter of semiconductor devices STI 1 manufactured by the Minsk Scientific Research Instrument Engineering Institute (http://www.mnipi.ru/products.php4?grouD=11&device=0). The parameter meter of semiconductor devices IPPP-1 is designed to control and study the current-voltage characteristics (CVC) of electronic components by visual observation on the screen in the form of graphs or tables, calculating standard parameters of the object under study and displaying the functional dependences of these parameters, storing and documenting measurement results.

Недостатком известного технического решения является то, что измеритель ИППП 1не может измерять вольт-фарадные характеристики полупроводниковыхA disadvantage of the known technical solution is that the STI meter 1 cannot measure the capacitance-voltage characteristics of semiconductor

приборов.appliances.

Известно техническое решение, используемое в системе измерения параметров полупроводниковых приборов 4200-SCS фирмы Keithley (http://www.keithlev.com/products/semiconductor/paramethcanalvzer/4200scs/?mn=4200-SCS).A known technical solution used in the system for measuring the parameters of semiconductor devices 4200-SCS company Keithley (http://www.keithlev.com/products/semiconductor/paramethcanalvzer/4200scs/?mn=42 00-SCS).

Система 4200-SCS модульная, содержит базовый блок и набор измерительных модулей. Конфигурации модулей позволяют реализовать раздельно режимы измерения вольт-амперной и вольт-фарадной характеристик. Конфигурирование модулей под задачу осуществляется подключением необходимых программных и аппаратных опций. Пример такого применения для снятия ВАХ и ВФХ солнечных элементов приведен в Application Note 2876 (http://www.keithley.com/data?asset=50913). The 4200-SCS system is modular and contains a base unit and a set of measurement modules. The configurations of the modules make it possible to implement separately the measurement modes of the volt-ampere and volt-farad characteristics. The configuration of modules for the task is carried out by connecting the necessary software and hardware options. An example of such an application for removing the current-voltage and voltage-voltage characteristics of solar cells is given in Application Note 2876 (http://www.keithley.com/data?asset=50913).

Недостатком известного технического решения является невозможность одновременного и независимого измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик. Одновременность означает получение отсчетов двух характеристик в одни моменты времени, независимость означает, что шкалы измерения двух характеристик устанавливаются независимо друг от друга.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of simultaneous and independent measurement of current-voltage and volt-farad characteristics. Simultaneity means obtaining samples of two characteristics at one time, independence means that the measurement scales of two characteristics are set independently of each other.

Известно техническое решение, используемое в анализаторе характеристик полупроводниковых приборов В1500 фирмы Agilent (http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-2785EN.pdf). Анализатор выполнен по блочному принципу и переключением программных и аппаратных опций может быть сконфигурирован на измерение или вольтамперных или вольт-фарадных характеристик полупроводниковых приборов.Known technical solution used in the analyzer characteristics of semiconductor devices B1500 company Agilent (http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-2785EN.pdf). The analyzer is made according to the block principle and by switching software and hardware options it can be configured to measure either current-voltage or voltage-voltage characteristics of semiconductor devices.

Недостатком известного технического решения является невозможность одновременного и независимого измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик полупроводниковых приборов. Кроме того, необходимость подключения дополнительных аппаратных и программных опций для изменения типа измеряемой характеристики усложняет работу с прибором.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of simultaneous and independent measurement of current-voltage and capacitance-voltage characteristics of semiconductor devices. In addition, the need to connect additional hardware and software options to change the type of measured characteristics complicates the work with the device.

Известно техническое решение для измерения характеристик полупроводниковых приборов, выбранное в качестве прототипа и содержащее генератор линейно - изменяющегося напряжения, выход которого соединен с входной клеммой для подключения исследуемого полупроводникового прибора, логарифмический усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, электронно-вычислительную машину, монитор, схему управления усилителем и схему управления и запуска генератора линейно - изменяющегося напряжения (Патент РФ № 2332678, «Устройство для регистрации коэффициента неидеальности экспоненциальных вольтамперных характеристик полупроводниковых изделий», МПК G01R31/26, опубликовано 27.08.2008.). Применение цифро-аналогового преобразователя для управления логарифмическим усилителем позволило расширить функциональные возможности и автоматизировать процесс измерения коэффициента неидеальности полупроводниковых изделий с привлечением электронно-вычислительной машины.A technical solution is known for measuring the characteristics of semiconductor devices, selected as a prototype and containing a linearly varying voltage generator, the output of which is connected to an input terminal for connecting the studied semiconductor device, a logarithmic amplifier, an analog-to-digital converter, a digital-to-analog converter, and an electronic computer , a monitor, an amplifier control circuit and a control and start-up circuit of a ramp generator (RF Patent No. 2332678, “Device for recording the non-ideality coefficient of exponential current-voltage characteristics of semiconductor products”, IPC G01R31 / 26, published on August 27, 2008.). The use of a digital-to-analog converter for controlling a logarithmic amplifier made it possible to expand the functionality and automate the process of measuring the coefficient of imperfection of semiconductor products with the involvement of an electronic computer.

Недостатком известного технического решения является то, что оно не обеспечивает измерение вольт-фарадной характеристики полупроводниковых приборов.A disadvantage of the known technical solution is that it does not provide a measurement of the capacitance-voltage characteristics of semiconductor devices.

Перед автором ставилась задача разработать устройство для измерения вольтамперных (ВАХ) и вольт-фарадных характеристик (ВФХ) полупроводникового прибора, которое бы позволило устанавливать диапазоны измерений ВАХ и ВФХ независимо при одновременном взятии отсчетов ВАХ и ВФХ.The author was tasked with developing a device for measuring the current-voltage (I – V) and voltage – voltage (C – V) characteristics of a semiconductor device, which would allow setting the measurement ranges of the I – V and V – V characteristics independently while simultaneously taking I – V and V – V measurements.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик полупроводникового прибора, содержащее исследуемый полупроводниковый прибор, генератор линейно-изменяющегося напряжения, первый аналого-цифровой преобразователь, электронно-вычислительную машину, монитор, дополнительно содержит измерительную головку, разьем для подключения измерительной головки, интегратор, преобразователь напряжение - ток, фильтр верхних частот, усилитель, синхронный детектор, второй аналого-цифровой преобразователь, сумматор, генератор тестовой частоты измерения емкости, при этом исследуемый полупроводниковый прибор установлен между входом измерительной головки и выходом сумматора, выход измерительной головки подключен к входам двух каналов, первый канал содержит интегратор, выход которого через преобразователь напряжение - ток подключен к входам измерительной головки и первого аналого-цифрового преобразователя, последний соединен с электронно-вычислительной машиной и монитором, второй канал содержит фильтр верхних частот, выход которого через электрически соединенные усилитель, синхронный детектор, второй аналого-цифровой преобразователь подсоединен к электронно-вычислительной машине, вход сумматора соединен с генератором линейно-изменяющегося напряжения и первым выходом генератора тестовой частоты измерения емкости, второй выход последнего соединен с синхронным детектором, измерительная головка выполнена вынесенной из конструкции устройства и содержащей разъем для подключения ее к основному устройству, а также измерительная головка выполнена содержащей операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включены наборы резисторов, емкостей и ключей, причем в каждом наборе резистор и емкость включены параллельно и последовательно с ключом, а преобразователь напряжение-ток выполнен в виде набора резисторов и ключей.The problem is solved in that the device for measuring the current-voltage and volt-farad characteristics of the semiconductor device, containing the investigated semiconductor device, a ramp generator, a first analog-to-digital converter, an electronic computer, a monitor, further comprises a measuring head, a connector for connection measuring head, integrator, voltage-current converter, high-pass filter, amplifier, synchronous detector, second analog-to-digital pre a developer, an adder, a generator of a test frequency for measuring capacitance, the semiconductor device under study is installed between the input of the measuring head and the output of the adder, the output of the measuring head is connected to the inputs of two channels, the first channel contains an integrator, the output of which is connected to the inputs of the measuring head through a voltage-current converter and the first analog-to-digital converter, the latter is connected to the electronic computer and the monitor, the second channel contains a high-pass filter, the output to through an electrically connected amplifier, a synchronous detector, a second analog-to-digital converter connected to an electronic computer, the input of the adder is connected to a ramp generator and the first output of the test frequency generator for measuring capacitance, the second output of the latter is connected to a synchronous detector, the measuring head is made removed from the design of the device and containing a connector for connecting it to the main device, as well as the measuring head is made containing an operational amplifier in a negative feedback loop which includes a set of resistors, capacitances and keys, wherein each set of resistors and capacitors are connected in parallel and in series with a key, and the voltage-current converter is configured as a set of resistors and switches.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей, в повышении точности измерений параметров исследуемых полупроводниковых приборов, в расширении динамического диапазона измерений характеристик, в повышении помехоустойчивости, а так же в упрощении конструкции устройства и расширении ассортимента устройств данного назначения.The technical effect of the claimed utility model is to expand the functionality, to increase the accuracy of measurements of the parameters of the studied semiconductor devices, to expand the dynamic range of measurements of characteristics, to increase noise immunity, as well as to simplify the design of the device and expand the range of devices for this purpose.

На фиг.1 представлена блок-схема, поясняющая работу заявляемого устройства для измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик полупроводникового прибора, где 1- исследуемый полупроводниковый прибор, 2 -измерительная головка, 3 - интегратор, 4 - преобразователь напряжение - ток, 5 -первый аналого-цифровой преобразователь, 6 - электронно-вычислительная машина, 7 -монитор, 8 - фильтр верхних частот, 9 - усилитель, 10 - синхронный детектор, 11 - второй аналого-цифровой преобразователь, 12 - сумматор, 13 -генератор линейно-изменяющегося напряжения, 14 - генератор тестовой частоты измерения емкости.Figure 1 presents a block diagram explaining the operation of the inventive device for measuring current-voltage and volt-capacitance characteristics of a semiconductor device, where 1 is the investigated semiconductor device, 2 is a measuring head, 3 is an integrator, 4 is a voltage-current converter, 5 is the first analog-to-digital converter, 6 — an electronic computer, 7 — a monitor, 8 — a high-pass filter, 9 — an amplifier, 10 — a synchronous detector, 11 — a second analog-to-digital converter, 12 — an adder, 13 — a ramp generator , fourteen - test frequency generator for measuring capacitance.

На Фиг.2 представлена блок-схема измерительной головки, где 15 - операционный усилитель, 16, 17, 18 - резисторы, 19, 20, 21 - конденсаторы, 22, 23, 24 - ключи.Figure 2 presents a block diagram of a measuring head, where 15 is an operational amplifier, 16, 17, 18 are resistors, 19, 20, 21 are capacitors, 22, 23, 24 are keys.

На Фиг.3 представлена блок-схема преобразователя напряжение - ток, где 25, 26, 27 - резисторы, 28, 29, 30 - ключи.Figure 3 presents a block diagram of a voltage-current converter, where 25, 26, 27 are resistors, 28, 29, 30 are keys.

Заявляемое устройство для измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик полупроводникового прибора работает следующим образом. Исследуемый полупроводниковый прибор 1 установлен между входом измерительной головки 2 и выходом сумматора 12, который суммирует сигнал с выхода генератора линейно-изменяющегося напряжения 13 и сигнал тестовой частоты от генератора тестовой частоты измерения емкости 14. Измерительная головка 2 преобразует постоянный и переменный токи, протекающие через исследуемый полупроводниковый прибор 1 в напряжение. Измерительная головка 2 может быть вынесена из устройства с целью размещеия ее вблизи исследуемого полупроводникового прибора 1, что уменьшает паразитную емкость линии связи между исследуемым прибором и измерителем и повышает помехоустойчивость устройства. Выход измерительной головки 2 подключен к двум каналам, в одном из которых измеряется вольтамперная характеристика, а во втором канале измеряется вольт-фарадная характеристика исследуемого полупроводникового прибора.The inventive device for measuring current-voltage and volt-farad characteristics of a semiconductor device operates as follows. The studied semiconductor device 1 is installed between the input of the measuring head 2 and the output of the adder 12, which sums the signal from the output of the ramp generator 13 and the test frequency signal from the generator of the test frequency measuring capacitance 14. The measuring head 2 converts direct and alternating currents flowing through the studied semiconductor device 1 into voltage. The measuring head 2 can be removed from the device with the aim of placing it near the investigated semiconductor device 1, which reduces the stray capacitance of the communication line between the studied device and the meter and increases the noise immunity of the device. The output of the measuring head 2 is connected to two channels, in one of which the current-voltage characteristic is measured, and in the second channel, the capacitance-voltage characteristic of the investigated semiconductor device is measured.

Канал измерения вольтамперной характеристики содержит интегратор 3, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-ток 4 и первым аналого-цифровым преобразователем 5. Выходной ток преобразователя напряжение-ток 4 поступает на вход измерительной головки 2 и компенсирует постоянный ток с выхода исследуемого полупроводникового прибора 1. Постоянная времени интегратора 3 выбрана такой, что интегратор 3 не реагирует на сигнал тестовой частоты Ft, но отслеживает изменение сигнала, источником которого является генератор линейно-изменяющегося напряжения 13. Измерительная головка 2, интегратор 3 и преобразователь напряжение-ток 4 включены в контур отрицательной обратной связи по постоянному току, в результате постоянная составляющая тока на входе измерительной головки 2 равна нулю, а мерой постоянного тока, протекающего через исследуемый полупроводниковый прибор 1 служит выходное напряжение интегратора 3, которое измеряется первым аналого-цифровым преобразователем 5.The measurement channel of the current-voltage characteristic contains an integrator 3, the output of which is connected to the input of the voltage-current converter 4 and the first analog-to-digital converter 5. The output current of the voltage-current converter 4 is supplied to the input of the measuring head 2 and compensates for the direct current from the output of the investigated semiconductor device 1. The time constant of the integrator 3 is chosen such that the integrator 3 does not respond to the signal of the test frequency Ft, but monitors the change in the signal, the source of which is a linearly the changing voltage 13. The measuring head 2, the integrator 3 and the voltage-current converter 4 are included in the DC negative feedback loop, as a result, the constant component of the current at the input of the measuring head 2 is zero, and the measure of the direct current flowing through the studied semiconductor device 1 serves as the output voltage of the integrator 3, which is measured by the first analog-to-digital Converter 5.

Канал измерения вольт-фарадной характеристики исследуемого полупроводникового прибора 1 содержит фильтр верхних частот 8, усилитель 9, синхронный детектор 10 и второй аналого-цифровой преобразователь 11. Переменная составляющая выходного сигнала измерительной головки 2 частотой Ft проходит через фильтр верхних частот 8, усиливается усилителем 9, детектируется синхронным детектором 10, на второй вход которого поступает логический сигнал тестовой частоты Ft от генератора тестовой частоты 14. Выходной сигнал синхронного детектора 10 измеряется вторым аналого-цифровым преобразователем 11. Выходы первого аналого-цифрового преобразователя 5 и второго аналого-цифрового преобразователя 11 поступают на входы электронно-вычислительной машины 6, в которой поточечно вычисляются и выводятся на монитор 7 результаты измерений вольтамперной и вольт-фарадной характеристик исследуемого полупроводникового прибора 1.The channel for measuring the capacitance-voltage characteristics of the studied semiconductor device 1 contains a high-pass filter 8, an amplifier 9, a synchronous detector 10 and a second analog-to-digital converter 11. The variable component of the output signal of the measuring head 2 with a frequency Ft passes through a high-pass filter 8, amplified by an amplifier 9, detected by a synchronous detector 10, the second input of which receives a logical signal of the test frequency Ft from the generator of the test frequency 14. The output signal of the synchronous detector 10 is measured an analog-to-digital converter 11. The outputs of the first analog-to-digital converter 5 and the second analog-to-digital converter 11 are supplied to the inputs of an electronic computer 6, in which the measurement results of the volt-ampere and volt-farad characteristics of the semiconductor device under study are calculated point-by-point and output to monitor 7 one.

На фиг.2 показана блок схема измерительной головки 2. Измерительная головка содержит операционный усилитель 15, в цепь отрицательной обратной связи которого включены резистивно - емкостные звенья 16, 19; 17, 20; 18, 21, коммутируемые ключами 22,23,24. Конденсаторы 19, 20, 21 совместно с ключами 22, 23, 24 задают диапазон измерения емкости исследуемого полупроводникового прибора 1, резисторы 16, 17, 18 обеспечивают режим операционного усилителя 15 по постоянному току, ключи 22, 23, 24 подключают выбранный диапазон измерения емкости. Значения сопротивлений и емкостей в каждой из резистивно-емкостных звеньев 16,19; 17,20; 18,21 выбираются из условия: 1/(ω_t*С)«R, где ω_t=2 חFt-круговая частота тестового сигнала, С - емкость 19, 20, 21, R- сопротивление 16,17,18. При выполнении этого условия резисторы 16, 17, 18 не будут шунтировать соответственно емкости 15, 16, 17, и для тестового сигнала частотой Ft цепь обратной связи операционного усилителя будет чисто емкостной. Следовательно, значение измеряемой емкости Сx полупроводникового прибора вычисляется из соотношения:Figure 2 shows a block diagram of the measuring head 2. The measuring head contains an operational amplifier 15, in the negative feedback circuit of which are included resistive-capacitive links 16, 19; 17, 20; 18, 21, dial-up keys 22,23,24. Capacitors 19, 20, 21 together with the keys 22, 23, 24 set the measuring range of the capacitance of the investigated semiconductor device 1, the resistors 16, 17, 18 provide the operational amplifier 15 with direct current, the keys 22, 23, 24 connect the selected range of capacitance measurement. The values of resistances and capacitances in each of the resistive-capacitive links are 16.19; 17.20; 18.21 are selected from the condition: 1 / (ω _t * С) «R, where ω _t = 2 ח Ft is the circular frequency of the test signal, C is the capacitance 19, 20, 21, R is the resistance 16.17.17.18. When this condition is met, the resistors 16, 17, 18 will not bypass capacitances 15, 16, 17, respectively, and for the test signal with frequency Ft, the feedback circuit of the operational amplifier will be purely capacitive. Therefore, the value of the measured capacitance Cx of the semiconductor device is calculated from the relation:

Cx=(Vo*C)/Vt (1)Cx = (Vo * C) / Vt (1)

где С - выбранная одним из ключей 22, 23, 24 диапазонная емкость, Vo - значение сигнала с частотой Ft на выходе измерительной головки, Vt - значение сигнала тестовой частоты Ft, подаваемой от сумматора 12 на первую клемму исследуемого полупроводникового прибора 1.where C is the range capacitance selected by one of the keys 22, 23, 24, Vo is the value of the signal with a frequency Ft at the output of the measuring head, Vt is the value of the signal of the test frequency Ft supplied from the adder 12 to the first terminal of the investigated semiconductor device 1.

На Фиг.3 приведена электрическая схема преобразователя напряжение - ток 4. Преобразователь напряжение - ток 4 содержит набор диапазонных резисторов 25, 26, 27 и набор ключей 28, 29, 30. Преобразователь напряжение - ток 4 преобразует выходное напряжение интегратора 3 в ток, поступающий на вход измерительной головки 2. Набор резисторов 25, 26, 27 совместно с ключами 28, 29, 30 обеспечивают выбор диапазона измерения тока. Измерительная головка 2 для постоянного тока работает как трансимпедансный усилитель и имеет нулевое входное сопротивление, поэтому коэффициент передачи преобразователя напряжение - ток 4 равен:Figure 3 shows the electric circuit of the voltage-current converter 4. The voltage-current converter 4 contains a set of range resistors 25, 26, 27 and a set of switches 28, 29, 30. The voltage-current converter 4 converts the output voltage of the integrator 3 into the current supplied to the input of the measuring head 2. A set of resistors 25, 26, 27 together with the keys 28, 29, 30 provide a choice of current measurement range. The measuring head 2 for direct current acts as a transimpedance amplifier and has a zero input resistance, therefore the transmission coefficient of the voltage-current 4 converter is:

К=1/R (ампер/вольт) (2)K = 1 / R (ampere / volt) (2)

где R - значение выбранного ключами 28, 29, 30 одного из диапазонных резисторов 25, 26, 27. Преобразователь напряжение - ток 4 включен в контур отрицательной обратной связи и вырабатывает ток равный по величине и противоположный по знаку току протекающему через исследуемый полупроводниковый прибор 1, который изменяется со скоростью линейно - изменяющегося напряжения от генератора линейно-изменяющегося напряжения 13.where R is the value of one of the range resistors 25, 26, 27 selected by the keys 28, 29, 30. The voltage-current converter 4 is included in the negative feedback loop and generates a current equal in magnitude and opposite in sign to the current flowing through the semiconductor device under study 1, which varies with the speed of the ramp voltage from the ramp generator 13.

Таким образом, одновременность взятия отсчетов ВАХ и ВФХ позволит более точно определять электрофизические параметры исследуемых приборов, а независимая установка диапазонов измерения ВАХ и ВФХ позволит расширить динамический диапазон измерений. Вынос измерительной головки к исследуемому полупроводниковому прибору повышает точность и помехоустойчивость измерений за счет существенного сокращения длины линии связи между измерительной головкой и исследуемым прибором.Thus, the simultaneous sampling of the I – V characteristics and the CV – characteristics will make it possible to more accurately determine the electrophysical parameters of the instruments under study, and the independent setting of the measurement ranges of the I – V characteristics and the CV – curves will allow expanding the dynamic measurement range. The removal of the measuring head to the studied semiconductor device increases the accuracy and noise immunity of the measurements due to a significant reduction in the length of the communication line between the measuring head and the studied device.

Claims

A device for measuring the current-voltage and capacitance-voltage characteristics of a semiconductor device, containing the studied semiconductor device, a ramp generator, a first analog-to-digital converter, an electronic computer, a monitor, characterized in that it further comprises a measuring head, a connector for connecting a measuring heads, integrator, voltage-current converter, high-pass filter, amplifier, synchronous detector, second analog-to-digital converter, an adder, a generator of a test frequency for measuring capacitance, while the studied semiconductor device is installed between the input of the measuring head and the output of the adder, the output of the measuring head is connected to the inputs of two channels, the first channel contains an integrator, the output of which is connected to the input of the measuring head through a voltage-current converter and to the input of the first analog-to-digital converter, the latter is connected to the electronic computer and the monitor, the second channel contains a high-pass filter, the output of which о through an electrically connected amplifier, a synchronous detector, a second analog-to-digital converter is connected to an electronic computer, the adder input is connected to a ramp generator and the first output of the capacitance test frequency generator, the second output of the latter is connected to a synchronous detector.

2. The device according to claim 1, characterized in that the measuring head is made remote from the design of the device and contains a connector for connecting it to the main device.

3. The device according to claim 1, characterized in that the measuring head is made up of an operational amplifier, in the negative feedback circuit of which are included sets of resistors, capacities and keys, and in each set the resistor and capacitance are connected in parallel and in series with the key.

4. The device according to claim 1, characterized in that the voltage-current converter is made in the form of a set of resistors and switches.