SU1100588A1

SU1100588A1 - Device for measuring volt-farad characteristics

Info

Publication number: SU1100588A1
Application number: SU823491891A
Authority: SU
Inventors: Яков Овсеевич Ройзин; Николай Николаевич Шевцов; Виктор Иванович Солошенко; Иван Михайлович Викулин; Валерий Петрович Пашкуденко
Original assignee: Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1984-06-30

Abstract

УСТРОЙСТВОДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛЬТ-ФАРАДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, содержащее генератор, первый выход которого включен в первичную обмотку трансформаторного моста переменного тока, вторична обмотка которого составл ет два плеча моста, в два других плеча которого соответственно включены обраэцогалй резистор и конденсатор с клеммами дл подключений испытуемого прибора, к одной клемме дп подключени испытуемого прибора подключен первый выход генератора пилообразного напр жени , второй выход которого подключен к первому входу двгухкоординатного сгиуюпнсца, второй &amp;ХОД которого соединен с выходом фазового детектора, первый вход кото1хэго подключен к второму выходу генератора , а второй вход - к выходу усилител , вход которого соединен с выходом моста переменного тока, о т л и ч а ю &amp;( е е с тем, что, с целью повышенн быстрод йстви измерени , оно снабжено блоком обратной св зи и блоком сопр жени , причем блок обратной св зи выполнен в виде последовательно соединенных бло с € ка дифференцировани и блока выделени абсолютной величины, а блок сопр жени - в виде регул тора тока, блока оптоэлектронной св зи и резистора , выход блока выделени абсолютной величины соединен с входом регул тора тока, выход которого подключен к первому входу блока оптоэлектронной св зи, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напр жени через резистор, второй вход которого соединен,с третьим выходом , генератора пилообразного напр жени , а вход блока дифференцироСЛ вани подключен к выходу фазового 00 - детектсфа. ооA VOLT-FARADE CHARACTERISTIC DEVICE DEVICE, containing a generator, the first output of which is included in the primary winding of an alternating current transformer bridge, the secondary winding of which consists of two arms of the bridge, which are connected to the other two arms, respectively one terminal dp connect the test device connected to the first output of the sawtooth generator, the second output of which is connected to the first input The second & HOD of which is connected to the output of the phase detector, the first input of which is connected to the second output of the generator, and the second input - to the output of the amplifier, which is connected to the output of the AC bridge ; amp; (e e so that, in order to increase the speed of measurement, it is equipped with a feedback unit and an interface unit, and the feedback unit is designed as a series-connected differentiation unit and an absolute value allocation unit, and the conjugation block is in the form current regulator, optoelectronic communication unit and resistor, the output of the absolute value extraction unit is connected to the input of the current controller, the output of which is connected to the first input of the optoelectronic communication unit, the output of which is connected to the input of the sawtooth generator through a resistor, the second input is connected , with the third output of the sawtooth voltage generator, and the input of the differential voltage switch unit is connected to the output of phase 00 - detector. oo

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в системах контрол параметpOB полупроводниковых приборов и ин егральных схем.The invention relates to a measurement technique and can be used in control systems for parameters of semiconductor devices and integrated circuits.

Известно устройство дл измерени 5 вольт-фарадных характеристик, автоматически записывающее значени емкости образца как функцию приложенного напр жени смещени l.A device for measuring 5 capacitance characteristics is known that automatically records the values of the sample capacitance as a function of the applied bias voltage l.

Недостатком известного устройст- ва вл етс низка производительность змерений, A disadvantage of the known device is low measurement performance.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности вл етс устройство, содержащее генератор, 15 Первый выход; которого включен в первичную обмотку трансформаторного моста переменного тока, вторична обмота которого составл ет два плеча оста, в два других плеча которого 20 соответственно включены образцовый езистор и конденсатор с клеммами л подключени испытуемого прибора, к одной клемме дл подключени испытуемого прибора подключен первый вы- 25 ход генератора пилообразного напр жени , второй выход которого подключен к первому входу двухкоординатного самописца, второй вход которого соеинен с выходом фазового детектора, .jg первый вход которого подключен к втоому выходу генератора,а второй вход- к выходу усилител , вход которого соединен с выходом моста переменного тока 23..,Closest to the invention in its technical essence is a device containing a generator, 15 First output; which is connected to the primary winding of an alternating current transformer bridge, the secondary winding of which consists of two arms, the other two arms of which, respectively, include an exemplary resistor and a capacitor with terminals l connecting the device under test, the first terminal 25 is connected to one terminal for connecting the device under test. Saw-generator voltage, the second output of which is connected to the first input of a two-coordinate recorder, the second input of which is connected to the output of the phase detector, .jg first input cat cerned vtoomu connected to the generator output and the second input-to the output amplifier having an input coupled to an output AC bridge 23 ..

Недостатком указанного устройства вл етс низка производительность измерений, При увеличении скорости развертки участки зависимости С-V. где имеют NfecTO резкие перепады величины емкости, записываютс с сииибка- 0 ми, св занными с инерционностью измерительного устройства и регистрирующей аппаратуры.The disadvantage of this device is the low measurement performance. With an increase in the scan rate, the portions of the C – V dependence are increased. where NfecTO have sharp drops in capacitance values, are recorded with shims associated with the inertia of the measuring device and recording equipment.

Цель изобретени - повьпиение быст-дг родействи измерени .The purpose of the invention is to show the fast-dg measurement rotate.

Эта цель достигаетс тем, что устрой ство-содержащее генератор,первый выход которого включен в первичную обмотку трансформаторного моста пере- . менного тока, вторична обмотка которого составл ет два плеча моста, в два других плеча которого соответственно включены образцовый резистор и конденсатор с клеммами дл подключе-: ни испытуемого прибора подключен пер- 55 вый выход генератора пилообразного напр жени , второй выход которого подключен к первому входу двухкоординатного самописцд, второй вход которого соединен с выходом фазового де- 60 тектора, первый вход которого подключен к второму выходу генератора, а второй вход - к выходу усилител , вход которого соединен с выходом моста переменного тока, снабжено блоком 55This goal is achieved by the fact that the device-containing generator, the first output of which is included in the primary winding of the transformer bridge, is re-. The secondary current, the secondary winding of which consists of two shoulders of the bridge, in the other two arms of which are respectively included an exemplary resistor and a capacitor with terminals for connecting the device under test is connected to the first generator of the sawtooth voltage, the second output of which is connected to the first input two-coordinate recorder, the second input of which is connected to the output of the phase detector 60, the first input of which is connected to the second output of the generator, and the second input - to the output of the amplifier, the input of which is connected to the output of m hundred AC unit 55 is provided with

обратной св зи и блоком сопр жени , причем блок обратной св зи выполнен в виде последовательно соединенных блока дифференцировани и блока выделени абсолютной величины, а блок сопр жени - в виде регул тора тока, блока оптоэлектронной св зи и резистора , выхс5д блока выделени абсолютной величины соединен с входом регул тора тока, выход которого подключен к первому входу блока оптоэлектронной св зи, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напр жени через резистор, второй вход кот рого соединен с третьим выходом генератора пилообразного напр жени , а вход блока дифференцировани подключен к выходу фазового детектора. the feedback unit and the interface unit, the feedback unit is made in the form of serially connected differentiation unit and absolute value allocation unit, and the interface unit - in the form of current regulator, optoelectronic communication unit and resistor, output of absolute value extraction unit is connected with the input of the current regulator, the output of which is connected to the first input of the optoelectronic communication unit, the output of which is connected to the input of the sawtooth generator through a resistor, the second input of which is connected to the third output The sawtooth voltage generator and the input of the differentiation unit are connected to the output of the phase detector.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 функциональна схема блока обратной св зи и схема блока сопр жени ; на фиг, 3 - временные диаграммы работы устройства,FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; Fig. 2 is a functional block diagram of the feedback unit and a block diagram of the interface block; Fig, 3 - time diagrams of the device,

Устройство дл измерени вольтфарадных характеристик содержит генератор 1, первый выход которого включен в первичную обмотку трансформаторного моста 2 переменного тока вторична обмотка которого составл ет два плеча моста, в два других плеча которого соответственно включены образцовый резистор 3 и конденсатор 4 с клеммами 5, 6 дл подключени испытуемого прибора, к одной клемме 5 дл подключени испытуемого прибора подключен первый выход генератора 7 пилообразного напр жени , второй выход которого подключен к первому входу двухкоординатного самописца 8, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 9, первый вход которого подключен к второму выходу генератора 1, а второй вход - к выходу усилител 10, вход которого соединен с выходом моста 2 переменного тока, блок 11 обратной св зи и блок 12 сопр жени ,причем блок обратной св зи выполнен в виде последовательно соединенных блока 13 дифферен цировани и блока 14 выделени абсолютной величины, а блок сопр жени в виде регул тора тока 15, блока 16 оптоэлек1ронной св зи и резистора 17, выход блока 14 выделени абсолютной величины соединен с входом регул тора тока 15, выходкоторого подключен к первому входу блока 16 оптоэлек тронной св зи, выход которого подключен к входу генератора 7 пилообразного напр жени через резистор 17, второй рход которого соединен с третьим выходом генератора 7 пилообразного напр жени , а вход блока 13 дифференцировани подключен к выходу фазового детектора 9,A device for measuring the voltage characteristics contains a generator 1, the first output of which is included in the primary winding of an AC transformer bridge 2 whose secondary winding consists of two arms of the bridge, the other two arms of which respectively include a sample resistor 3 and a capacitor 4 with terminals 5, 6 for connection the test instrument, to one terminal 5 for connecting the test instrument, the first output of the sawtooth generator 7 is connected, the second output of which is connected to the first input of the two-conductor A recorder 8, the second input of which is connected to the output of the phase detector 9, the first input of which is connected to the second output of the generator 1, and the second input to the output of the amplifier 10, the input of which is connected to the output of the AC bridge 2, feedback unit 11 and the unit 12, the feedback unit is made in the form of series-connected differential unit 13 and absolute value extracting unit 14, and the interface unit in the form of current regulator 15, optoelectronic unit 16 and resistor 17, output of absolute selection unit 14 The values are connected to the input of current regulator 15, the output of which is connected to the first input of the optoelectronic communication unit 16, the output of which is connected to the input of the sawtooth generator 7 through a resistor 17, the second of which is connected to the third output of the sawtooth generator 7, and the input The differentiation unit 13 is connected to the output of the phase detector 9,

Устройство работает следующим образом . К Клеммам 5 и 6 подключают испыxyeNMft прибор. Сигнал разбаланса моста 2 (фиг, Зв), пропорциональный измер емому импедансу, усиливаетс малошум щим усилителем 10 (фиг. Зг), детектируетс фазовым детектором 9 (фиг. Зд,е), настроенным на реактивную составл ющую сигнала. Сигнал на мост 2 (фиг. За) и опорный сигнал на детектор 9 поступают от генератора 1 Напр жение смещени на испытуемый прибор подаетс от генератора 7 пило образного напр жени (фиг. ЗЛ), собранного по схеме интегратора на опер ционном усилителе. Период пилообразного напр жени задаетс посто нной времени t f (R;, + RjJC, где RT - co ротивление ограничивающего резистора 17 (фиг. 36), , - фотосопротив ление, вход щее в состав блока. 16 оп тоэлектронной св зи. Когда йзмер ема емкость не зависит от величины приложенного напр жени смещени на выходе фазового детектора 9, регистрируетс посто нный сигнал и производна ЗГ О При этом на вход at регул тора тока 15 подаетс нулевой .относительно земли потенциал, на выходе регул тора тока 15 по вл етс сигнал (фиг. ЗК) и через лампочку б блока 16 оптоэлектронной св зи течет значительный ток. При этом величина фото сопротивлени R 2 R и период генератора напр жени развертки определ ютс (сопротивлением R, что соответствует быстрому движению каретки двухкоординатного самописца по оси напр жений (фиг. ЗМ) . При изменении величины измер емой емкости испытуемого прибора на выходе устройства по вл етс измен ющийс во времени сигнал и становитс отличной от нул производна c/ol (фиг. ЗЖ) . После дифференцировани выходного сигнала, осущес|твл емого блоком 13 (фиг. 33), производитс операци выделени абсолютной величины блоком 14 (фиг. ЗИ) и посто нна составл юща полученного сигнала подаетс на блок 15. При этом ток нагрузки, уменьшаетс / увеличиваетс сопротивление R блока 16 отптозлектронной св зи и замедл етс скорость развертки . Таким образом, при записи участков , где происходит изменение емкости , система медленно отслеживает изменение величины С, в то врем как участки, где емкость измен етс незначительно , записываютс на большой скорости. Устройство выполнено на интегральных схемах 140 и 284 серий. Блок обгратной св зи выполнен с использова|Нием полевого транзистора КП 903 и оптико-электронного преобразовател ОЭП-1. Врем записи стандартной С-V характеристики МДП-структуры составл ет несколько секунд, в то врем как аналогичные измерени с использованием известных устройств такого типа дл тс дес тки секунд.The device works as follows. To Terminals 5 and 6, connect a test-xyNMft device. The unbalance signal of bridge 2 (fig, Sv), proportional to the measured impedance, is amplified by a low-noise amplifier 10 (fig. 3g), detected by phase detector 9 (fig. A, f) tuned to the reactive component of the signal. Signal to bridge 2 (fig. Za) and reference signal to detector 9 come from generator 1. The bias voltage to the device under test is supplied from generator 7 by saw voltage, which is assembled according to an integrator circuit on an operational amplifier. The sawtooth period is specified by a constant time tf (R ;, + RjJC, where RT is the co-resistance of the limiting resistor 17 (Fig. 36), is the photoresistance included in the block. 16 optoelectronic communication. When measuring the capacitance does not depend on the magnitude of the applied bias voltage at the output of the phase detector 9, a constant signal and a derivative signal are recorded. At the input at the current regulator 15 a zero potential is applied relative to ground, the output of the current regulator 15 is a signal ( Fig. LC) and through the light bulb b of the block 16 optoelectric A significant current flows in this connection. In this case, the magnitude of the photo resistance R 2 R and the period of the sweep voltage generator are determined (by resistance R, which corresponds to the rapid movement of the two-coordinate recorder carriage along the voltage axis (Fig. 3M). When the value of the measured capacitance changes The test instrument at the output of the device appears a time-varying signal and becomes a non-zero derivative of c / ol (Fig. ZZH). After the output signal differentiated by unit 13 (Fig. 33) is differentiated, an absolute value is selected by block 14 (Fig. DI) and the constant component of the received signal is fed to unit 15. At the same time, the load current decreases / increases the resistance R of the electronic communication unit 16 and the scanning speed slows down. Thus, when recording areas where a change in capacitance occurs, the system slowly tracks the change in C, while portions where the capacitance changes slightly are recorded at high speed. The device is made on integrated circuits 140 and 284 series. The coupling unit is made using a KP 903 field effect transistor and an OEP-1 optical-electronic converter. The recording time of a standard C-V characteristic of the MIS structure is several seconds, while similar measurements using known devices of this type for ten seconds.

KT-8KT-8

Claims

DEVICE * FOR MEASURING VOLT – FARAD CHARACTERISTICS, containing a generator, the first output of which is included in the primary winding of the transformer AC bridge, the secondary winding of which is two shoulders of the bridge, the other two arms of which respectively include a reference resistor and capacitor with terminals for connecting the device under test , the first output of the sawtooth voltage generator is connected to one terminal for connecting the test device, the second output of which is connected to the first input two-coordinate recorder, the second input of which is connected to the output of the phase detector, the first input of which is connected to the second output of the generator, and the second input to the output of the amplifier, the input of which is connected to the output of the AC bridge, and therefore that, in order to improve the measurement performance, it is equipped with a feedback unit and an interface unit, and the feedback unit is made in the form of series-connected differentiation unit and an absolute value extraction unit, and the interface unit is in the form of a current regulator, op oelektronnoy connection and a resistor, the output selection block absolute value connected to the input of the current regulator, whose output is Con-S whose to the first input of the optoelectronic coupling unit, whose output is connected to the input of the sawtooth generator via a resistor, the second of which is connected to input ₉ to the third output ^ generator sawtooth voltage, and the input of the differentiation unit is connected to the output of the phase ₍ detector.