SU742827A1

SU742827A1 - Semiconductor capacitor capacitance meter

Info

Publication number: SU742827A1
Application number: SU772508396A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Александрович Ефремов
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6707
Priority date: 1977-07-12
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1980-06-25

Description

Изобретение относитс к контроль но-иэмерительной технике и предназна чено дл измерени емкостей р-п-переходов и МОП-конденсаторов полупроводниковых структур. Известен измеритель емкости диодного перехода при помощи операционного усилител , который содержит источник смещени , источник переменного тока, двухвходовый операционный усилитель, охваченный обратными св з ми по посто нному и переменному то кам, причем контролируемый прибор подключен к инвертирующему входу СУ, а названные источники - к неинвертирук цему входу f 11 . Недостатком известного измерител вл етс низка точность измерени при дистанционном контроле емкос тей полупроводниковых конденсаторов, обусловленна значительной величиной погрешности, вносимой паразитными емкост ми лри удалении измер емой ем кости от измерител , а также использование двухвхсдового СУ ограничивает диапазон излюрени , так как об зательным условием работоспособности .такого усилител вл етс нгшичие на его входах синфазных сигналов, не превышакадих, как правило, 15В. Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс измеритель емкости р-п-перехода полупроводникового прибора, который содержит источник смещени , источник переменного тока, ОУ, подключенный входом к контактному устройству дл включени испытуемого прибора и охваченный обратными св з ми по посто нному току псюредством резистора и низкочастотного повторител , а попеременному - посредством конденсатора;согласующий трансформатор, первична обмотка которого включена последовательно с источником смещени ; после .довательно соединенные дополнительный контакт и регулируемый делитель напр жени ; коммутатор, выполненный в виде симметричного переключанвдего устройства и двух ключевых элементов; детектор , включеннь1й на выходе измерител и совмещающий в себе функции вычитагсщего устройства. Согласующий трансфо матор , дополнительный контакт и регулируем депктель напр жени установлены в контактнбк устройстве. Первый выход симметричного переключающего устройства через один из ключевых элементов св зан со вторичной обмоткой трансформатора,второй выход - через.другой ключевой элемент с делителем напр жени и со входом детектора, а ключевые элементы св заны между соббй-и подключены к выходу источника переменного тока 2 „ Недостатком известного устройства вл етс ограниченный диапазон измерени емкооти, меньший максимально возможного, определ емого диапазоном выгодного напр жени детектора, совма ак цего в себе функции вычитаквдего устройства.Это объ сн етс тем, что ве ичина сигнала С + с., , где Рпфр величина паразитной емкости а &%, - величина контролируемой емкофти , измер етс в первый измери-теЛгьный интервал, а компенсаци параЭитной емкости осуществл етс во второй, что в целом приводит к уменьшевию рабочего диапазона по измерений полезной емкости на величину параёитной , т.е. максимальное напр жение на выходе детектора определ ет максимально бозможную иаме ) емую сумму паразитной и полезной составл ющих емкости.The invention relates to the control of a measuring technique and is intended for measuring capacitances of pn-junctions and MOS capacitors of semiconductor structures. A capacitance meter of a diode junction is known by means of an operational amplifier, which contains a bias source, an alternating current source, a two-input operational amplifier covered by feedbacks on constant and alternating currents, the monitored device being connected to the inverting input of the SU, and these sources are connected to non-inverting the input f 11. A disadvantage of the known meter is the low measurement accuracy when remotely monitoring capacitances of semiconductor capacitors, due to the large amount of error introduced by parasitic capacitances when the measured bone is removed from the meter, and the use of two-stage SUs limits the range of eneracy as an essential condition for performance. Such an amplifier is located at its inputs of common mode signals, not exceeding a maximum of 15 V, as a rule. The closest technical solution to the invention is a capacitance meter for a pn junction semiconductor device that contains an offset source, an alternating current source, an op-amp connected by an input to a contact device to turn on the test instrument and is covered by DC feedback by a resistor and a low-frequency repeater, and alternately - by means of a capacitor; a matching transformer, the primary winding of which is connected in series with the bias source; after positively connected additional contact and adjustable voltage divider; a switch made in the form of a symmetric switch for the device and two key elements; a detector that is turned on at the output of the meter and combines the functions of a subtractor device. A matching transformer, additional contact and voltage regulator are installed in the contact device. The first output of a symmetric switching device is connected via one of the key elements to the secondary winding of the transformer, the second output is connected through another key element with a voltage divider and to the detector input, and the key elements are connected between an AC source 2 A disadvantage of the known device is the limited measuring range of capacitance, which is smaller than the maximum possible, determined by the range of the favorable voltage of the detector, and has in itself the functions of reading This is due to the fact that the source of the C + s signal, where Pffr is the parasitic capacitance a &%, is the magnitude of the monitored capacitance, is measured in the first measurement interval, and the compensation of the parasite capacitance is performed in the second that, in general, leads to a decrease in the working range from measurements of the usable capacity by the value of the parasite, i.e. The maximum voltage at the output of the detector determines the maximum possible amount of the parasitic and useful components of the capacitance.

: Целью изобретени вл етс повышенир точности контрол , а также расширение диапазона измерени измерител : The aim of the invention is to improve the accuracy of control, as well as the expansion of the measuring range of the meter

; Поставленна цель достигаетс тем, что измеритель емкостей полупрЬвсдниковых конденсаторов, содержа ций источник смещени , источник переменного тока, подключенный соответственно через первичную и вторичную обмотку согласующего трансформатора соответственно к с ному зажиму дл: подключени измер емого полупровсрникового конденсатора и с общей ши|ной измерител , операционный усили тель , в цепь отрицательной обратной св зи которого включены параллельно соединённые образцовьтй конденсатор и.низкочастотный повторитель , выход операционного усилител соединен со входом детектора, а выход последнего соединен со входом вычитакщего блока, переключающий блок, первый и второй выходы jKOTppp- гр. соответственно соединены с управл ющими входами одного и другого ключа, а выход последнего сбЗДинён со входом одного ключа снабжен коммутатором и запоминающим конденсатором , причем один вкод, коммутатора соединен с другим Зсшимом дл подключени измер емого конденсатора, а выход,со входом операционого усилител , другой вход коммутатора соединен с третьим выходом переключающего блока, а одна обкладка запоминАющего конденсатора соединена со входом одного ключа, а друга обкладка с земл ной шиной измерител , выход вычитающего блока соединен со входом другого ключа, а управл кхций; This goal is achieved by the fact that the capacitance meter of semi-capacitor capacitors, containing the bias source, alternating current source, connected respectively through the primary and secondary windings of the matching transformer, respectively, with a standard clamp for: connecting the measured semi-capacitor capacitor and with a common bus meter, operational an amplifier whose negative feedback circuit has a parallel-connected exemplary capacitor and a low-frequency repeater, the output is eratsionnogo amplifier connected to the input of the detector, and an output connected to the input of the last vychitakschego unit, switching unit, the first and second outputs jKOTppp- c. respectively connected to the control inputs of one and another key, and the output of the latter is connected to the input of one key with a switch and a storage capacitor, one input of the switch connected to another one to connect the measured capacitor, and the output to the input of the operational amplifier, the other input the switch is connected to the third output of the switching unit, and one plate of the storage capacitor is connected to the input of one key, and the other cover to the ground bus meter, the output of the subtracting unit connected to the input of another key, and the control

Елод вычитающего блока соединен с выхацом одного ключа.The elod of the subtraction unit is connected to a single key.

На чертеже приведена функциональна электрическа схема измерител емкостей полупроводниковых конденсаР 1-ОрОБ ,The drawing shows a functional electrical circuit for measuring the capacitance of semiconductor capacitors R 1-ORA,

Измеритель содержит источник сме-щеки 1. подключенный через разв зываюэдий . конп,енсатор 2 и первичную обмотку согласумдего трансформатора 3 The meter contains the source of the slider 1. connected via development. cope, capacitor 2 and the primary winding according to the transformer 3

„ к однор зажим-у дл подключени To single clamp for connection

испытуемого полупроводникового конденсатора 4, источник переменного тока 5, св занный через вторичную обмотку трансформатора 3 с земл ной шиной, операционный усилитель 6, a test semiconductor capacitor 4, an alternating current source 5 connected via a secondary winding of a transformer 3 to a ground bus, an operational amplifier 6,

S озозаченнЕлй обратной св зью по постоHHHOf y току посредством низкочастотного повторител 7, а по переменному - посредством образцового -конленсатора 8, коммутатор 9, переключа0 ЙДИй блок 10, например, жцуЬьий мультивибратор с пусковым входом, управл гаций св занными между собой ключами 11,12, 11ричем выход переключающеfro блока 10 соединен со вторым входом коммутатора 9, детектор 13, вход которого соединен с выходом операционного усилител 6, вычитагаций блок 14, один вход которого соединен с выходом детектора 13, другой вход - со входом ключа 11, а выход, одновременно вл етс выхоцом измерител , со входом ключа 12, запоминаюций конденсатор 15, включенный между точкой соединени .ключей 11,12 и общей шиной измерител (землей).S feedback on constant current through low frequency repeater 7, and alternately through exemplary converter 8, switch 9, switch YDY unit 10, for example, a multivibrator with a starting input, control keys connected with each other 11,12 11, the output of switching unit 10 is connected to the second input of the switch 9, the detector 13, the input of which is connected to the output of the operational amplifier 6, the readout unit 14, one input of which is connected to the output of the detector 13, the other input - to the input of the key 11, output is simultaneously vyhotsom meter, with an input switch 12, zapominayutsy capacitor 15 connected between connecting point .key 11,12 and the common bus meter (ground).

Измеритель работает следующим образом.The meter works as follows.

При поступлении сигнала пуск на вход переключающего блока 10, последний ф-ормирует импульс И, открыванзций ключ 12 . При этом происходит измерение паразитной составл ющей емкости С пар между зажимами. Запоминазоций конденсатор 15, включенный между точкой соединени ключевых элементов 11,12 и общей шиной измерител , зар жаетс сигналом с выхода вычитагацего блока 14, предварительно продетектированным посредством детектора 13. Этот сигнал пропорционален величине паразитной емкости С пар. По окончании импульса Uq переключающий блок 10 вырабатывает импульс , в результате чего открываетс ключ 11, а ключ 12 закрываетс , и напр жение DC запоминающего ковденсатора 13 прикладываетс к другому входу вычитакадего блока 14, Одновременно с импульсом Ui- срабатывает коммутатор 9, подключающий полупроводниковый конденсатор 4 к зажимам.Один вывод When a signal is received, the start-up to the input of the switching unit 10, the latter f-forms the impulse I, and the opening key 12. When this occurs, the parasitic component of capacitance C vapor between the clamps is measured. The storage capacitor 15 connected between the connection point of the key elements 11, 12 and the common bus of the meter is charged by a signal from the output of the readout unit 14, previously detected by the detector 13. This signal is proportional to the value of the parasitic capacitance C par. At the end of the pulse Uq, the switching unit 10 generates a pulse, which opens the key 11, and the key 12 closes, and the DC voltage of the storage capacitor 13 is applied to another subtraction input of the block 14, Simultaneously with the pulse Ui, the switch 9 operates, connecting the semiconductor capacitor 4 to clamps. Single output

0 полупроводникового конденсатора 4 через первичную обмотку трансформатора 3 подключён к источнику смещени 1, через вторичную обьютку - к источнику переменного тока 5, а другой вы5 ход - через коми татор 9 соединен со /0 of semiconductor capacitor 4 through the primary winding of the transformer 3 is connected to the source of displacement 1, through the secondary cover-up to the source of alternating current 5, and the other output 5 stroke through the splitter 9 is connected to /

Claims

Claim

A capacitance meter of semiconductor capacitors, containing a bias source, an AC source connected respectively through the primary and secondary windings of the matching transformer, respectively, to one terminal for connecting the measured semiconductor capacitor and with a common meter bus, the operational amplifier in the negative feedback circuit of which the reference capacitor and low-frequency repeater are connected in parallel, the output of the operational amplifier is connected to the input d detector, and the output of the latter is connected to the input of the subtracting unit, the switching unit of the first and second outputs of which are respectively connected to the control inputs of one and the other key, and the output of the latter is connected to the input of one key, characterized in that, in order to increase the control accuracy, as well as extensions, [measuring range, the meter is equipped with a switch and a storage capacitor, · one switch input connected to another clamp for connecting the measured capacitor, and the output with the operating input rer, the other input switch is connected to the third output of the switching unit, and one plate memorize present capacitor is connected to the input of one key and the other lining to earth ground meter, the output of the subtractor unit is coupled to the input of another key, and a control input vychitakschego unit connected to the output! one key.