RU2020502C1

RU2020502C1 - Device for indication of non-ideal coefficient of exponential volt-ampere characteristics of semiconductor devices

Info

Publication number: RU2020502C1
Authority: RU
Inventors: Георгий Ефимович Леонтьев
Original assignee: Георгий Ефимович Леонтьев
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: device is used for indication of non-ideal coefficient of exponential characteristics as two-terminal networks, and four-terminal networks in wide current range. Current-to-voltage log converter is used in the device. Input of the converter is connected to tested unit, and output is connected to input of differentiator. The first input of divider used in the device is connected to output of differentiator and the second input is connected to reference voltage source. Output of the divider is connected with input of two-coordinate recorder. EFFECT: indication of non-ideal coefficient in wide current range. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля экспоненциальных вольт-амперных характеристик (ВАХ), и может быть использовано для регистрации коэффициента неидеальности ВАХ диодов и биполярных транзисторов. The invention relates to measuring technique, and in particular to devices for monitoring exponential current-voltage characteristics (I – V characteristics), and can be used to record the non-ideal coefficient of I – V characteristics of diodes and bipolar transistors.

Известно устройство, содержащее источник тока, соединенный через первый ключ с входом электрометрического усилителя и первой шиной для подключения испытуемого элемента, измерительный прибор и источник опорного напряжения, соединенный выходами соответственно с общей шиной и вторым ключом, размыкающий и замыкающий контакты которого соединены соответственно с общей шиной и с выходом источника опорного напряжения, масштабно-суммирующий блок, третий ключ и суммирующий резистор, причем вторая шина для подключения испытуемого элемента соединена с выходом масштабно-суммирующего блока и с размыкающим контактом третьего ключа, подключенного переключающим контактом к выходу электрометрического усилителя непосредственно, а замыкающим контактом - соответственно и к его входу через суммирующий резистор и к одному входу измерительного прибора, другой вход которого соединен с общей шиной, вход масштабно-суммирующего блока присоединен к переключающему контакту второго ключа (см. авт. св. N 1081572, кл. G 01 R 31/26). A device is known that contains a current source connected through the first key to the input of the electrometric amplifier and the first bus for connecting the test element, a measuring device and a reference voltage source connected by outputs to the common bus and the second key, the opening and closing contacts of which are connected respectively to the common bus and with the output of the reference voltage source, a scale-summing unit, a third key and a summing resistor, the second bus for connecting the test element soy dinene with the output of the scale-summing unit and with the opening contact of the third key connected directly by the switching contact to the output of the electrometric amplifier, and the closing contact, respectively, to its input through the summing resistor and to one input of the measuring device, the other input of which is connected to the common bus, the input of the scale-summing block is connected to the switching contact of the second key (see ed. St. N 1081572, cl. G 01 R 31/26).

Недостатком известного устройства является невозможность непрерывной регистрации зависимости коэффициента неидеальности от протекающего через испытуемый диод тока или же от приложенного к нему напряжения, поскольку коэффициент неидеальности измеряется по точкам. A disadvantage of the known device is the impossibility of continuously recording the dependence of the non-ideal coefficient on the current flowing through the test diode or on the voltage applied to it, since the non-ideal coefficient is measured at points.

Ближайшим по существу является устройство, содержащее генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу вычитателя и к управляемому источнику тока с экспоненциальной передаточной характеристикой, реализованному на двух полевых транзисторах, выход источника тока подключен к второму входу вычитателя и к первому выводу испытуемого диода, второй вывод которого подключен к общей шине, а к выходу вычитателя последовательно подключены дифференциатор и регистрирующее устройство (см. авт. св. СССР N 1105835, кл. G 01 R 31/26). Essentially, the closest device is a device containing a ramp generator, the output of which is connected to the first input of the subtractor and to a controlled current source with an exponential transfer characteristic, implemented on two field-effect transistors, the output of the current source is connected to the second input of the subtractor and to the first output of the diode under test, the second output of which is connected to a common bus, and a differentiator and a recording device are connected to the subtractor output in series (see ed. St. USSR N 1105835, class G 01 R 31/26).

Недостатком известного устройства является малый диапазон токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ. Данное устройство не позволяет регистрировать коэффициент неидеальности переходных ВАХ четырехполюсников, например коэффициент неидеальности зависимости тока коллектора биполярного транзистора от напряжения база-эмиттер. A disadvantage of the known device is the small range of currents within which it is possible to record the non-ideality coefficient of the CVC. This device does not allow to register the non-ideality coefficient of the transient I – V characteristics of four-terminal devices, for example, the non-ideal coefficient of the dependence of the collector current of a bipolar transistor on the base-emitter voltage.

Целью изобретения является расширение как диапазона токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ, так и области применения устройства, чтобы с его помощью можно было регистрировать коэффициент неидеальности экспоненциальных ВАХ не только двухполюсников, но и четырехполюсников. The aim of the invention is to expand both the range of currents within which it is possible to record the non-ideality coefficient of the I – V characteristic, and the field of application of the device, so that with its help it is possible to register the non-ideal coefficient of the exponential I – V characteristics of not only two-terminal, but also four-terminal.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее задающий генератор, включающий генератор линейно изменяющегося напряжения и управляемый источник с экспоненциальной передаточной характеристикой, вычитатель, дифференциатор и регистратор, введен вместо вычитателя преобразователь логарифма тока в напряжение и делитель, включенный между дифференциатором и регистратором, причем в качестве регистратора применен двухкоординатный самописец, а задающий генератор включает в себя только генератор линейно изменяющегося напряжения. The goal is achieved by the fact that in the known device containing a master oscillator, including a linearly varying voltage generator and a controlled source with an exponential transfer characteristic, a subtractor, a differentiator and a registrar, instead of a subtractor, a current-to-voltage logarithm converter and a divider connected between the differentiator and the recorder are introduced, and a two-coordinate recorder is used as a recorder, and the master oscillator includes only a linearly varying voltage generator i.

Заявителю не известны другие технические решения, имеющие сходную совокупность признаков с совокупностью отличительных признаков заявленного решения, поэтому делается вывод, что это решение обладает существенными признаками. The applicant is not aware of other technical solutions having a similar set of features with a set of distinctive features of the claimed solution, therefore it is concluded that this solution has essential features.

Блок-схема предлагаемого устройства изображена на чертеже. A block diagram of the proposed device is shown in the drawing.

Предлагаемое устройство содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к входу двухкоординатного самописца 2 и первому входу испытуемого элемента 3. Второй выход испытуемого элемента 3 подключен к входу дифференциатора 5. Выход дифференциатора 5 подключен к первому входу делителя 6, к второму входу делителя подключено опорное напряжение U_оп, а выход делителя 6 подключен к входу Y двухкоординатного самописца 2.The proposed device contains a generator 1 of a linearly varying voltage, the output of which is connected to the input of the two-coordinate recorder 2 and the first input of the test element 3. The second output of the test element 3 is connected to the input of the differentiator 5. The output of the differentiator 5 is connected to the first input of the divider 6, and the second input of the divider the reference voltage is U _op , and the output of the divider 6 is connected to the input Y of the two-coordinate recorder 2.

В предлагаемом устройстве напряжение с выхода генератора 1 подается на один вывод испытуемого элемента 3, а ток на вход логарифмического преобразователя 4 поступает с другого вывода испытуемого элемента 3. In the proposed device, the voltage from the output of the generator 1 is supplied to one output of the tested element 3, and the current to the input of the logarithmic converter 4 is supplied from the other output of the tested element 3.

С помощью предлагаемого устройства можно регистрировать коэффициент неидеальности не только двухполюсников, но и четырехполюсников. Если испытуемый элемент - двухполюсник, например диод, то один его вывод подключается к выходу генератора 1, а другой - к входу логарифмического преобразователя 4. Если испытуемый элемент - четырехполюсник, например биполярный транзистор, и регистрируется коэффициент неидеальности зависимости тока коллектора от напряжения база-эмиттер, то эмиттерный вывод подключается к выходу генератора 1, коллекторный - к общей шине, а базовый - к входу логарифмического преобразователя 4. Using the proposed device, it is possible to record the coefficient of non-ideality of not only two-terminal, but also four-terminal. If the tested element is a two-terminal, for example, a diode, then one of its outputs is connected to the output of the generator 1, and the other to the input of a logarithmic converter 4. If the tested element is a four-terminal, for example a bipolar transistor, and the coefficient of non-ideality of the collector current versus base-emitter voltage is recorded , then the emitter output is connected to the output of the generator 1, the collector - to the common bus, and the base - to the input of the logarithmic converter 4.

Устройство работает следующим образом. Перед началом регистрации коэффициента неидеальности ВАХ генератор 1 находится в положении "Стоп", т.е. скорость нарастания его выходного напряжения равна нулю. Начальное напряжение генератора 1 устанавливается таким, чтобы через второй вывод испытуемого элемента 3 протекал ток I^o, начиная с которого будет регистрироваться коэффициент неидеальности. Обозначим это начальное напряжение как U₁ ⁰.The device operates as follows. Before the registration of the non-ideality coefficient of the CVC, the generator 1 is in the "Stop" position, i.e. the slew rate of its output voltage is zero. The initial voltage of the generator 1 is set so that a current I ^o flows through the second output of the test element 3, starting from which the imperfection coefficient will be recorded. We denote this initial voltage as U ₁ ⁰ .

Затем генератор 1 переводится в положение "Пуск" и его выходное напряжение U₁ будет нарастать по линейному закону
U₁ = U₁ ⁰ + K₁t, (1) где коэффициент К₁ - скорость нарастания выходного напряжения.Then the generator 1 is transferred to the "Start" position and its output voltage U ₁ will increase according to a linear law
U ₁ = U ₁ ⁰ + K ₁ t, (1) where the coefficient K ₁ is the slew rate of the output voltage.

Ток, текущий через второй вывод испытуемого элемента 3, связан с напряжением U₁, приложенным к первому выводу этого элемента, экспоненциальной зависимостью
J = J_sexp

= J_sexp

,
(2) где I_s - ток насыщения;
m - коэффициент неидеальности;
Ф_т - температурный потенциал.The current flowing through the second terminal of the test element 3 is connected with the voltage U ₁ applied to the first terminal of this element, an exponential dependence
J = J _s exp

= J _s exp

,
(2) where I _s is the saturation current;
m is the coefficient of non-ideality;
F _t - temperature potential.

Передаточная характеристика логарифмического преобразователя 4 описывается выражением
U₂ = K₂ lg K₃I, (3) где коэффициенты К₂ и К₃ описывают передаточную характеристику данного преобразователя.The transfer characteristic of the logarithmic Converter 4 is described by the expression
U ₂ = K ₂ log K ₃ I, (3) where the coefficients K ₂ and K ₃ describe the transfer characteristic of this converter.

Из выражений (2) и (3) получаем, что напряжение на выходе преобразователя 4 равно
U₂= K₂lg

K₃J_sexp

= K

lgK₃J_s+

.From the expressions (2) and (3) we obtain that the voltage at the output of the Converter 4 is equal to
U ₂ = K ₂ log

K ₃ J _s exp

= K

lgK ₃ J _s +

.

(4)
Это напряжение после дифференцирования дифференциатором 5 становится равным
U₃=

=

.(4)
This voltage after differentiation by the differentiator 5 becomes equal
U ₃ =

=

.

(5)
Выходное напряжение U₄ делителя 6 связано с напряжением U₃ на первом входе и U_оп на втором входе выражением
U₄= K

.(5)
The output voltage U _{4 of the} divider 6 is connected with the voltage U ₃ at the first input and U _op at the second input by the expression
U ₄ = K

.

(6)
Выбрав напряжение U_оп=

, из выражений (5) и (6) получаем, что напряжение U₄ на выходе делителя 6 пропорционально коэффициенту неидеальности
U_вых = К₄m. (7) Это напряжение поступает на вход Y двухкоординатного самописца 2. На вход Х этого самописца подается напряжение U₁, так что им регистрируется зависимость коэффициента неидеальности m от напряжения U₁.(6)
Choosing the voltage U _op =

, from expressions (5) and (6) we obtain that the voltage U ₄ at the output of the divider 6 is proportional to the non-ideality coefficient
U _o = K ₄ m. (7) This voltage is supplied to the input Y of the two-coordinate recorder 2. The voltage U ₁ is applied to the input X of this recorder, so that it determines the dependence of the non-ideal coefficient m on the voltage U ₁ .

Регистрация этой зависимости прекращается переводом генератора 1 в положение "Стоп". Registration of this dependence is terminated by transferring the generator 1 to the “Stop” position.

Диапазон токов, в пределах которого можно регистрировать коэффициент неидеальности ВАХ предлагаемым устройством, ограничен диапазоном преобразуемых токов логарифмическим преобразователем. Диапазон токов, преобразуемых логарифмическими преобразователями, может составлять десять и более декад (см. Гринберген, Кенке. Быстродействующая схема для снятия логарифмических вольт-амперных характеристик в II-декадном диапазоне токов. - "Приборы для научных исследований", 1976, т. 47, N 7, с. 66). Это значительно превышает диапазон токов, в пределах которого могут регистрировать коэффициент неидеальности известные устройства. The range of currents, within which it is possible to record the non-ideality coefficient of the current-voltage characteristic of the proposed device, is limited by the range of converted currents by a logarithmic converter. The range of currents converted by logarithmic converters can be ten or more decades (see Greenbergen, Kenke. A high-speed circuit for taking logarithmic current-voltage characteristics in the II-decade range of currents. - "Instruments for scientific research", 1976, v. 47, N 7, p. 66). This significantly exceeds the current range, within which known devices can record the imperfection coefficient.

Claims

DEVICE FOR REGISTRATION OF THE IDENTITY COEFFICIENT OF EXPONENTIAL VOLT-AMPER CHARACTERISTICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES, containing a linearly varying voltage generator, the output of which is connected to an input terminal for connecting the tested device, a differentiator and a registrar, characterized by the fact that it is equipped with a current and voltage converter while the output terminal for connecting the test device is connected to the input of the current logarithm converter through the test my device in the power supply, whose output is connected to the input of a differentiator, the output of which is connected to the first input of the divider, a second input and whose output is connected to a bus and a reference voltage input recorder device accordingly.