RU150080U1 - Универсальная коммутационная плата для измерения радиационно-чувствительных электропараметров полупроводниковых приборов - Google Patents

Abstract

Универсальная плата, которая путем коммутации измерительных и задающих приборов обеспечивает электрические режимы измерения параметров полупроводниковых приборов, отличающаяся тем, что она разбита на три сектора для полупроводниковых приборов: n-р-n и p-n-р биполярные транзисторы, n- и р-канальные МОП транзисторы, диоды, в каждом секторе имеются разъемы для подключения внешнего источника питания, схемотехническое решение для выбора заданного электрического режима для исследуемого объекта, а также разъемы для непосредственного подключения приборов для измерения основных характеристик полупроводникового прибора.

Description

Заявляемое техническое решение относится к области микроэлектроники и автоматизации (техника) физического эксперимента.

В настоящее время известны различного рода средства для сборки электронных схем и измерения параметров МОП транзисторов, биполярных транзисторов, диодов по отдельности.

Известна станция измерения параметров полупроводниковых приборов В 1500а, ф. Agilent (http://www.home.agilent.com/ru/pd-582565-pn-B1500A), в которой предусмотрено возможность измерения параметров полупроводниковых приборов в диапазоне от 0,1 фА до 1 А и от 0,5 мкВ до 200 В и десять слотов для сменных измерительных модулей. Габариты: 420 мм (Ш), 330 мм (В), 575 мм (Г), вес 20 кг. И В 1505а, ф. Agilent (http://www.home.agilent.com/ru/pd-1480796-pn-B1505A), в которых предусмотрено возможность исследования параметров мощных устройств в диапазоне выходного тока и напряжения до 1500 А и 10 кВ в сочетании с возможностью точного измерения малых значений и 10 гнезд для модулей. Габариты: 420 мм (Ш), 330 мм (В), 575 мм (Г), вес 20 кг. Технология проведения работ на этом оборудовании предполагает монтаж электрической схемы для каждого класса устройств и соединении ее с источником, при этом возможны ошибки, которые вынуждают выполнять повторные измерения. Большие временные затраты, связанные с монтажом электрической цепи, значительно сокращают время на проведение самого эксперимента, что можно отнести к существенным недостаткам известных решений. Недостатком данных станций также являются их габаритные размеры, что затрудняет ее использование при радиационном эксперименте и коммутация внутри измерительных станций, что также не позволяет использовать ее рядом с источником радиационного излучения.

Известны тестеры полупроводниковых приборов FORMULA ТТ, компания ФОРМ (http://form.ru/?option=com_content&view=article&id=8&Itemid=187&vmenu=1), которая обеспечивает контроль и измерения статических параметров полупроводниковых приборов в диапазонах от 0,1 до 2000 В и от 50 нА до 100 А, и FORMULA ТТ2 (http://form.ru/?option=com_content&view=article&id=258&Itemid=258&vmenu=0), которая является развитием популярной модели FORMULA ТТ и реализует расширенную функциональность и дополнительные диапазоны измерений. Габариты: 600 мм (Д), 600 мм (Ш), 350 мм (В), вес 15 кг. Недостатком известного технического решения является измерительная остнаска с набором определенных корпусов, что затрудняет возможность подключения большого диапазона полупроводниковых приборов. Указанное решение существенно больше по габаритным размерам, что затрудняет использование его при радиационном эксперименте. Коммутация приборов в указанном решении происходит внутри измерительной станции, что также не позволяет использовать ее рядом с источником радиационного излучения.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является макетная плата для изучения силовой электроники (Лабораторная станция NI Elvis II. Образовательная программа National Instruments, каталог, ni-com/Russia), которая содержит комплект электронных схем, в том числе для изучения полупроводниковых приборов. У казанное решение не обеспечивает работу при токах больше 10 мА, напряжениях больше 10 Вольт. Недостатком известного технического решения является большие габариты и относительно большая насыщенность платы электронными схемами, не участвующими в конкретном исследовании, что затрудняет восприятие исследуемой схемы и снижает информативность исследований. Кроме того, прежде чем проводить эксперимент, нужно собрать схему, произведя электрические соединения выбранных элементов, как между собой, так и с исследуемым полупроводниковым прибором, что существенно сокращает время на проведение исследований и обработку полученных результатов. Существенны также ограничения, связанные с небольшим допустимым диапазоном напряжений и токов для исследуемых схем, составляющим от минус 10 Вольт до плюс 10 Вольт и от минус 10 мА до плюс 10 мА, что сужает спектр исследуемых приборов. Также нужно отметить, что трехпроводный вольт-амперный анализатор позволяет снимать вольт-амперную характеристику только биполярных транзисторов n-p-n типа.

Заявляемое техническое решение относится к области тестирования изделий микроэлектроники и направлено на сокращение затрат времени на электрический монтаж схемы измерения радиационно-чувствительных электропараметров исследуемого полупроводникового прибора и расширение экспериментальных возможностей и информативности при проведении радиационных исследований и испытаний стойкости полупроводниковых приборов.

Указанный технический результат достигается тем, что универсальная коммутационная плата обеспечивает все схемы включения для измерения радиационно-чувствительных параметров полупроводниковых приборов, а также разъемы для подключения приборов измерения основных параметров биполярных транзисторов, МОП транзисторов и диодов.

В основу нового технического решения положена задача создания универсальной платы для исследования полупроводниковых приборов, для которой характерно расширение экспериментальных возможностей и информативности, а также сокращение временных затрат, связанных с электрическим монтажом схемы.

Поставленная задача решается тем, что универсальная коммутационная плата разбита на три сектора для полупроводниковых приборов: n-p-n и p-n-p биполярные транзисторы, n- и p-канальные МОП транзисторы, диоды. В каждом секторе имеется разъемы для подключения внешнего источника питания, схемотехническое решение для выбора заданного электрического режима для исследуемого объекта, а также разъемы для непосредственного подключения приборов для измерения основных характеристик полупроводникового прибора. Универсальную плату можно использовать также при подключении к средствам электронного измерения и отображения информации и задания электрических режимов работы. Плата разработана с таким расчетом, что включает абсолютно все электрические режимы работы для каждого полупроводникового прибора. Режим работы выбирается определением нужного внешнего разъема питания, а также переключением перемычек на плате и добавлением необходимых навесных элементов (резисторов и конденсаторов).

Заявляемая универсальная печатная плата поясняется описанием и чертежами, где на фиг.1 показана его структурная схема, а на фиг.16 - внешний вид. Его структурная схема имеет следующие функциональные элементы:

1 - разъем для подключения источников питания через кабели для p-канального МОП транзистора (например: MF-2×4 MRA вилка на плату 4.2 мм угловая, фирма «Тусо Electronics»):

- при использовании внешнего источника питания для задания напряжения больше 40 Вольт фиг.2 (аналогично для позиций 2-5 на фиг.1);

- при использовании источника питания NI PXI-4110 (ф. National Instruments) фиг.3 (аналогично для позиций 2-5 на фиг.1).

2 - разъем для подключения источников питания через кабели для n-канального МОП транзистора;

3 - разъем для подключения источников питания через кабели для p-n-p биполярного транзистора;

4 - разъем для подключения источников питания через кабели для n-p-n биполярного транзистора;

5 - разъем для подключения источников питания через кабели для диода;

6 - резистор в цепи истока n- или p-канального МОП транзистора;

7 - резистор в цепи стока n- или p-канального МОП транзистора;

8 - резистор в цепи затвора n- или p-канального МОП транзистора;

9 - перемычки для выбора источника питания МОП транзистора, фиг.3 (например: вилка штыревая 2.54 мм 2×2 прямая, фирма «Connfly Electronic):

- использование внешнего источника питания в дополнение к аппаратно-программному источнику фиг.4 (например: NI PXI-4110, ф. National Instruments));

- использование только аппаратно-программного источника питания фиг.5;

- использование только аппаратно-программного источника питания, режим включения первого и второго канала и дополнительно 40 Вольт фиг.6.

10 - радиационно-стойкий коммутатор переключения каналов при выборе режимов работы МОП транзистора (например: реле BT-5S 5VDC, фирмы Bestar);

11 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока в цепи истока МОП транзистора (например: ВР-117, фирмы Dragon City Industries);

12 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока в цепи стока МОП транзистора (например: ВР-117, фирмы Dragon City Industries);

13 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока в цепи затвора МОП транзистора (например: ВР-117, фирмы Dragon City Industries);

14 - перемычки для предусмотренной возможности использования внешних аппаратно-программных амперметров повышенной точности (например: вилка штыревая 2.54 мм 2×3 прямая, фирма «Connfly Electronic);

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока в цепи затвора МОП транзистора фиг.7;

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока в цепи стока МОП транзистора фиг.8;

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока в цепи истока МОП транзистора фиг.9.

15 - резистор в цепи коллектора n-p-n или p-n-p биполярного транзистора;

16 - резистор в цепи базы n-p-n или p-n-p биполярного транзистора;

17 - токозадающий резистор в цепи базы биполярного транзистора;

18 - токозадающий резистор в цепи базы биполярного транзистора;

19 - радиационно-стойкий коммутатор переключения каналов при выборе режимов работы биполярного транзистора (например: реле BT-5S 5VDC, фирмы Bestar);

20 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока в цепи эмиттера биполярного транзистора (например: гнездо на панель ВР-117, фирмы «Dragon City Industries»);

21 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока в цепи коллектора биполярного транзистора (например: гнездо на панель ВР-117, фирмы «Dragon City Industries»);

22 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока в цепи базы биполярного транзистора (например: гнездо на панель ВР-117, фирмы «Dragon City Industries»);

23 - перемычки для предусмотренной возможности использования внешних амперметров повышенной точности (например: вилка штыревая 2.54 мм 2×3 прямая, фирма «Connfly Electronic):

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока в цепи коллектора биполярного транзистора фиг.7;

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока в цепи базы биполярного транзистора фиг.8;

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока в цепи эмиттера биполярного транзистора фиг.9.

24 - радиационно-стойкий коммутатор переключения каналов при выборе режимов работы диода (например: реле BT-5S 5VDC, фирмы Bestar);

25 - токосъемный резистор в цепи катода диода;

26 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении тока утечки в цепи катода диода (например: гнездо на панель ВР-117, фирмы «Dragon City Industries>>);

27 - разъемы для соединения с мультиметром при измерении прямого падения напряжения на диоде (например: гнездо на панель ВР-117, фирмы «Dragon City Industries>>);

28 - перемычки для предусмотренной возможности использования внешних аппаратно-программных амперметров повышенной точности:

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для измерения тока утечки в цепи катода диода фиг.10;

- при использовании внешнего аппаратно-программного амперметра для задания тока в цепи анода при измерении прямого падения напряжения на диоде фиг.11.

29 - разъемы для подключения исследуемого полупроводникового прибора (например: PBD-16R гнездо на плату угловое шаг 2.54 мм 2×8, фирма «Connfly Electronic>>:

- разъемы для подключения n- или p-канального МОП транзистора фиг.12;

- разъемы для подключения n-p-n или p-n-p биполярного транзистора фиг.13;

- разъемы для подключения диода фиг.14.

Пример работы универсальной платы раскрыт на примере работы n-канального МОП транзистора.

Универсальная коммутационная плата работает следующим образом.

Перед приведением платы в рабочее состояние необходимо добавить в схему включения на плате нужные навесные элементы для исходного МОП транзистора (резисторы и конденсаторы).

С помощью коммутатора (фиг.3) выбрать режим работы исследуемого объекта.

В исходном состоянии плата (фиг.1) обесточена. Ее перевод в рабочее состояние осуществляется подключением разъема питания (фиг.2) от внешнего источника постоянного напряжения, или подачей напряжения при помощи специализированного программного обеспечения (источник питания PXI-4110 (ф. National Instruments)) через кабель питания к разъему MF-2×4 MRA на плате фиг.3.

Задание электрического режима МОП-транзистора производится с помощью ноутбука с установленным специализированным программным обеспечением и крейтом PXI-1033 (ф. National Instruments) с установленными, источником питания PXI-4110 (ф. National Instruments) и мультиметром PXI-4071 (ф. National Instruments). Мультиметр PXI-4071 при помощи стандартного кабеля прибора NI PXI-4071 подключается к плате. Подключение исследуемого МОП-транзистора к крейту производится при помощи универсальной платы в разъем PBD-16R гнездо (фиг 12).

Структурная схема взаимодействия универсальной платы с программо-аппаратными элементами отображения, управления и задания режимов работы полупроводниковых приборов при проведении радиационных испытаний на дозовые эффекты показана на фиг.15.

Claims (1)

1. Универсальная плата, которая путем коммутации измерительных и задающих приборов обеспечивает электрические режимы измерения параметров полупроводниковых приборов, отличающаяся тем, что она разбита на три сектора для полупроводниковых приборов: n-р-n и p-n-р биполярные транзисторы, n- и р-канальные МОП транзисторы, диоды, в каждом секторе имеются разъемы для подключения внешнего источника питания, схемотехническое решение для выбора заданного электрического режима для исследуемого объекта, а также разъемы для непосредственного подключения приборов для измерения основных характеристик полупроводникового прибора.

   

Images