SU991336A1

SU991336A1 - Device for measuring semiconductor device parameters

Info

Publication number: SU991336A1
Application number: SU802958583A
Authority: SU
Inventors: Евгений Андреевич Пецюх
Original assignee: Предприятие П/Я М-5222
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1983-01-23

Description

(5t) УСТРОЙСТВО ДЛЯ-ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Изобретение относитс к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам дл измерени и контрол параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС), преимущественно статических параметров,таких как обратные токи р-п переходов, коэффициент усилени по току, напр жений насыщени дл транзисторов, токи утечки, разность входных токов, ток. потреблени дл ИС. Известно устройство дл измерени статических параметровполупроводниковых приборов, например, коэффициента усилени по току транзисторов, содержащее генератор тока, источники напр жени , измерители тока и напр жени , резисторы, усилители, детекторы и регистрирующее устройство. 8 нем при измерении заданных статических параметров полупроводниковых приборов задают и измер ют токи и напр жени с помощью коммутации механическими ключами, например ручными измерител ми параметров, или электромеханическими реле, например автоматическими измерител ми. Это устройство позвол ет производить измерени (классификацию) только одного конкретного параметра полупроводникового прибора, при необходимости измерени нескольких параметров с помощью электромеханических реле подключают соответствующие измерители к зажимам испытуемого полупроводникового прибора 1 у. Однако использование механических или электромеханических реле снижает надежность и производительность устройств . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство дл измерени статического коэффициента усилени по току, содержащее управл емый генератор тока, соединенный с клеммой дл подключени (5t) DEVICE FOR-MEASUREMENT OF PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR DEVICES The invention relates to measurement instrumentation, namely, devices for measuring and controlling parameters of semiconductor devices and integrated circuits (ICs), mainly static parameters such as reverse currents of pn junctions, gain factor current, saturation voltages for transistors, leakage currents, input current difference, current. consumption for IC. A device for measuring the static parameters of semiconductor devices, for example, the current gain of transistors, comprising a current generator, voltage sources, current and voltage meters, resistors, amplifiers, detectors and a recording device is known. 8, when measuring the specified static parameters of semiconductor devices, they set and measure currents and voltages by switching with mechanical switches, for example, with manual measuring devices, or electromechanical relays, for example with automatic measuring devices. This device allows to measure (classify) only one specific parameter of a semiconductor device, if necessary, to measure several parameters with the help of electromechanical relays connect the appropriate meters to the terminals of the tested semiconductor device 1 у. However, the use of mechanical or electromechanical relays reduces the reliability and performance of devices. The closest in technical essence to the present invention is a device for measuring static current gain, containing a controlled current generator connected to a terminal for connecting

эмиттера, источник коллекторного напр жени , операционный усилитель, соединенный с клеммой дл подключени базы, в отрицательную обратную св зь которого включены резистор, два конденсатора и два синхронных переключател , входы которых через конденсаторы соединены с выходом усилител , а выходы каждого из переключателей соединены с противоположными выходами другого переключател , один из которых заземлен , а другой соединен с регистрирующим блоком 2 .emitter, a collector voltage source, an operational amplifier connected to a terminal for connecting the base, the negative feedback of which includes a resistor, two capacitors and two synchronous switches, the inputs of which through capacitors are connected to the output of the amplifier, and the outputs of each of the switches are opposite to the outputs of the other switch, one of which is grounded, and the other is connected to the recording unit 2.

Недостатками известного устройства вл ютс ограниченность функциональных5 возможностей, низкое быстродействие измерени и ненадежность в работе, так как конструктивное выполнение устройства позвол ет измер ть раздел но только однотипные параметры, наnptjMep статический коэффициент усилени по току (BCT) коэффициент усилени по току на малом сигнале h-iiE и не позвол ет измер ть одновременно разнотипные статические параметры. I Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей ус ройства и повышение быстродействи измерени . Поставленна цель достигаетс тем что в устройство дл измерени параметров полупроводниковых приборов, содержащее управл емый генератор тока , соединенный с клеммой дл подклю цени эмиттера испытуемого прибора, клемма дл подключени коллектора ко торого соединена с источником коллек торного напр жени , арифметический блок, выполненный на операционном усилителе с р|езистором в цепи отрицательной обратной св зи и конденсатора , регистр|ирующий блок и клемму дл подключени базы испытуемого при бора, введенЦ блок управлени и преобразователь , вход которого оединен с клеммой подключени базы испытуемого прибс|ра, а выход - с входом арифметическс|го блока, выход которог /соединен с в)одом регистрирующего бл ка,. а первый второй и третий входы управлени подключены к соответствующим выходам I блока управлени , четвертый , п тый и шестой выходы которо го подключены к соответствующим эходам управлени преобразовател , кото рый выполнен на двух операционных усилител х, резисторе, электронномThe disadvantages of the known device are the limited functionality5, low measurement performance and unreliability in operation, because the design of the device makes it possible to measure the separation of only single-type parameters, on nptjMep static current gain (BCT) current gain on a small signal h- iiE and does not allow for the measurement of various types of static parameters at the same time. I The aim of the invention is to enhance the functionality of the device and increase the measurement speed. The goal is achieved by the fact that in the device for measuring the parameters of semiconductor devices containing a controlled current generator connected to the terminal for connecting the emitter of the test device, the terminal for connecting the collector of which is connected to a collector voltage source is an arithmetic unit made on an operational amplifier with a p | resistor in the negative feedback circuit and a capacitor, a register | block and a terminal for connecting the test instrument base, a control unit is inserted and a simulator, the input of which is connected to the terminal of connection of the base of the tested instrument, and the output - to the input of the arithmetic unit, the output of which is / is connected to the register of the recording unit ,. and the first second and third control inputs are connected to the corresponding outputs of the control unit I, the fourth, fifth and sixth outputs of which are connected to the corresponding control outputs of the converter, which is made on two operational amplifiers, a resistor, electronic

ключе и трех цепочках, кажда из ко торых содержит последовательно соеди ненные резистор и электронный ключ, при этом инвертирующий вход первого операционного усилител подключен к входной клемме преобразовател , его неинвертирующий вход соединен с выходом второго операционного усилител с резистором в цепи отрицательной обратной св зи, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а инвертирующий вход через первую и вторую цепочки соединен соответственно с клеммой дл подключени источника опорного напр жени и к выходу первоГО операционного усилител с третьей цепочкой в цепи отрицательной обратной св зи, который через электронный ключ присоединен к выходной клемме преобразовател , входы управлени которого соединены соответственно с входами управлени трех цепочек и электронного ключа, а в арифметический блок введены три цепочки, содержащие кажда последовательно соединенные электронный ключ и резистор, причем nepBbie выводы первой и второй цепочек соединены с входной клеммой арифметического блока, а вторые выводы подклю чены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам операционного усилител , между неинвертирующим входом которого и общей шиной включена треть цепочка, параллельно которой подключен конденсатор, выход операционного усилител соединен с выходной 1 еммой арифметического блока, входы управлени которого подключены к входам управлени соответствующих цепочек. На чертеже приведена схема устройства . Устройство дл измерени параметров полупроводниковых приборов содержит клеммы 1-3 дл подключени испытуемого прибора, количество которых равно числу выводов прибора, например дл транзистора - три клеммы соотвественно выводам эмиттера (Э), ба (Б) и коллектора (К), дл ИС зы четыре и более клемм, источник Ц коллекторного напр жени , управл емый, генератор 5 тока, арифметический блок 6, содержащий операционный усилитель 7 с резистором 8 в цепи отрицательной обратной св зи и конденсатор 9. Устройство также содержит три цепочки 10-12, содержащие кажда последовательно соединенные электронный ключ и резистор,регистрирующий блок 13, преобразователь , содержащий дваa key and three chains, each of which contains a series-connected resistor and an electronic key, while the inverting input of the first operational amplifier is connected to the input terminal of the converter, its non-inverting input is connected to the output of the second operational amplifier with a negative-feedback resistor, non-inverting the input of which is connected to the common bus and the inverting input through the first and second chains is connected respectively to the terminal for connecting the source of the reference voltage and to the output of the of a third operational circuit in the negative feedback circuit, which is connected via an electronic switch to the output terminal of the converter, the control inputs of which are connected respectively to the control inputs of three chains and an electronic switch, and three chains are inserted into the arithmetic unit a key and a resistor, with the nepBbie pins of the first and second chains connected to the input terminal of the arithmetic unit, and the second pins are connected respectively to the investment tiruyuschemu and noninverting inputs of the operational amplifier, between the inverting input and the common bus which is included a third chain is connected parallel to the capacitor, the output of the operational amplifier is connected to the output of the arithmetic unit 1 emmoy whose control inputs are connected to the control inputs of the respective chains. The drawing shows a diagram of the device. A device for measuring semiconductor device parameters contains terminals 1–3 for connecting a device under test, the number of which is equal to the number of device terminals, for example, for a transistor — three terminals respectively for the emitter (E), ba (B) and collector (K) terminals; and more terminals, a collector voltage source C, a controllable, current generator 5, arithmetic unit 6, containing an operational amplifier 7 with a resistor 8 in the negative feedback circuit and a capacitor 9. The device also contains three chains 10-12, containing each connected in series electronic key and a resistor, registering unit 13, a converter containing two

операционных усилител 15 и 16, резистор llf, электронный ключ 18 и три 5 цепочки - две параллельно включенные 19 и 20 и цепочку 21 , кажда из которых включает последовательно соединенные резистор и электронный ключ. Преобразователь 1 и арифметический блок 6 подключены к блоку 22 упревпени .operating amplifiers 15 and 16, resistor llf, electronic switch 18 and three 5 chains - two parallel connected 19 and 20 and chain 21, each of which includes series-connected resistor and electronic switch. Converter 1 and arithmetic unit 6 are connected to control unit 22.

Инвертирующий вход операционного усилител 15 подключен к клемме 2, его неинвертирующий вход соединен с выходом операционного усилител 16, неинвертирующий вход которого подключен к общей точке, а инвертируюи й вход через первую цепочку 19 и вторую цепочку 20 подключен соответственно к20 клемме 23 дл подключени источника опорного напр жени выходуThe inverting input of the operational amplifier 15 is connected to terminal 2, its non-inverting input is connected to the output of operational amplifier 16, the non-inverting input of which is connected to a common point, and the inverting input through the first chain 19 and the second chain 20 is connected respectively to the 20 terminal 23 for connecting the source of the reference voltage wives exit

операционного усилител 15 с третьей цепочкой 21 в цепи отрицательной обратной св зи. Выход операционного уси лител 15 через электронный ключ 18 присоединен к арифметическому блоку 6, на входе которого включены две цепочки 10 и 11, которые присоединены соответственно к инвертирующему и неин- М вертирующему входам операционного усилител 7, а треть цепочка 12 включена между неинвертирующим входом операционного Усилител 7 и общей шиной. Параллельно цепочке 12 35 подключен конденсатор 9, выход усилител 7 подключен к регистрирующему блоку 13.operational amplifier 15 with a third chain 21 in the negative feedback circuit. The output of the operational amplifier 15 through the electronic switch 18 is connected to the arithmetic unit 6, the input of which includes two chains 10 and 11, which are connected respectively to the inverting and non-M-rotating inputs of the operational amplifier 7, and the third chain 12 is connected between the non-inverting input of the operational Amplifier 7 and shared bus. In parallel, the chain 12 35 connected capacitor 9, the output of the amplifier 7 is connected to the recording unit 13.

С помощью преобразовател 1k задают и измер ют ток на клеммах и на- 40 пр жение относительно общей шины. Арифметический блок 6 вл етс о&цим дл всех преобразователей 1 (их количество равно числу кпемм) и выполн ет операцию вычитани двух .пооче- 45 редно подаваемых выходных сигналов из одного или двух преобразователей 14, а также передачу выходного сигнала одного из преобразователей 14, к регистрирующему блоку 13.50Using a 1k converter, the current at the terminals and the voltage applied to the common bus are set and measured. The arithmetic unit 6 is about & a for all transducers 1 (their number is equal to the number of pegs) and performs the operation of subtracting two output signals from one or two transducers 14, as well as transmitting the output signal of one of the transducers 14, to the recording unit 13.50

Устройство дл измерени параметров полупроводниковых приборов работает следующим образом.A device for measuring the parameters of semiconductor devices operates as follows.

При измерении статических параметров полупроводниковых приборов, а именно коэффициента усилени по току Bf, обратных токов р-п переходо э эдо 3 напр жений насыщени ,When measuring the static parameters of semiconductor devices, namely, the current gain factor Bf, the reverse currents pn junction 3 of saturation voltages,

ирцд транзисторов, токов утечки, токов потреблени ИС на клеммы, к которым подключены выводы испытуемого прибора, задают.и измер ют токи и напр жени .Transistor current, leakage current, current consumption IC at the terminals to which the terminals of the device under test are connected, specify and measure currents and voltages.

Дл задани тока к клемме 1 подаетс команда У1 от блока 22, котора включает управл емый генератор 5 тока Дл измерени тока на клеммах подаетс команда У2, по которой в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител 15 включаетс резистор цепочки 21, так как на входе усилител 16 потенциал равен потенциалу общей шины, то неинвертирующий вход усилител 15 будет иметь потенциал, равный потенциалу общей шины, а на выходе усилител 15 будет потенциал относительно общей шины пропорциональный току от клеммы 2 и таким образом организована схема преобразовани тока от клеммы 2 в напр жение (выходное напр жение операционного уси ител 15 будет пр мо пропорционально току).To set the current, a command U1 is sent to terminal 1 from block 22, which turns on a controlled current generator 5. To measure the current, a command U2 is sent to the terminals, through which a chain resistor 21 is connected to the negative feedback circuit of operational amplifier 15, since 16 the potential is equal to the potential of the common bus, the non-inverting input of the amplifier 15 will have the potential equal to the potential of the common bus, and the output of the amplifier 15 will be the potential relative to the common bus proportional to the current from terminal 2 and thus organized a current conversion circuit from the terminal 2 in the voltage (output voltage of the operational Wuxi Ithel 15 will be directly proportional to the current).

Дл измерени напр жени на клеммах подаетс команда УЗ по которой выход усилител 15 через резистор цепочки 20 подключаетс к неинвертирующему входу усилител 16. В этом случае резистор цепочки 20 и усилитель 16 с резистором 17 в цепи отрицательной обратной св зи образуют цепь отрицательной обратной св зи по напр жению дл усилител 15, причем выбор величины этих резисторов обеспчивает возможность получать стопроцентную обратную св зь по напр жению а организованна схема представл ет собой повторитель напр жени . Поэтому выходное напр жение операционного усилител 15 равно напр жению на клемме 2 дл испытуемого полупроводникового прибора. fTo measure the voltage at the terminals, an ultrasonic command is sent through which the output of the amplifier 15 is connected via a resistor of the chain 20 to the non-inverting input of the amplifier 16. In this case, the resistor of the chain 20 and the amplifier 16 with the resistor 17 in the negative feedback circuit form a negative feedback circuit voltage for amplifier 15, and the choice of the magnitude of these resistors ensures the ability to receive one hundred percent feedback on voltage and an organized circuit is a voltage follower. Therefore, the output voltage of the operational amplifier 15 is equal to the voltage at terminal 2 for the semiconductor device under test. f

Дл задани напр жени на клеммахTo set the terminal voltage

Claims

Commands U2, U4 are given, according to which the source of the reference voltage UQ through the chain 19 sets the current to the inverting input of the amplifier 16, the output of which will establish a voltage proportional to the voltage of the source UOY and inversely proportional to the ratio of the values of the resistor of the chain 19 to the resistance 17. From the output of the amplifier 15, a short-circuited electronic switch 18 and a current 21 are supplied to the feedback circuit. To terminal 2, this sets a voltage equal to VyLich1H4 voltage tta output amplifier 1b. One option for setting the voltage at terminal 2 is to set the zero voltage, i.e. Tie terminal 2 to a common bus. In this case, the command U2 is given, and in the absence of the command Y, we can assume that Don is zero and, accordingly, at terminal 2 the voltage is zero. To transmit the output signal from the converter 1 to the arithmetic unit 6, the measurement of the parameters of the semiconductor devices is given to the command У5, which turns on the key 18. When measuring the differential value of the parameter, i.e. To carry out the operation of subtracting the signals, the signals can be from two different transducers, commands XI, X2, X3 are sent, and in the first test, commands X2 and X3 are sent, and in the second test, only command XI. Command XI means that chain 10 is turned on to the output of converter 1, command X2 means that chain 11 is turned on to the output of converter, command X3 means that chain 12 is turned on to non-inverting input of amplifier 7 When giving commands X2 and HZ the signal of the output of converter 1 k nocTyjiaeT a divider made up of resistors of chains 10 and 11 (a deligel is fed to a midpoint by a non-inverting input of amplifier 7), in which it divides in half. A half signal is stored on the capacitor 9. When a command is issued, the signal from the output of converter 1 is fed through the chain 10 to the inverting input of the amplifier 7, its voltage is Uca, and the output voltage of the amplifier 7, which is fed to the recording unit 13, is denoted. in this case, you can write the following expression Usbiy + lUc. Uca- 4Uc where R is the resistance value of the resistors of chains 11 and 12. The resistance value of the resistors of these chains is the same, then ftbin cr C and sc l - i I-1 If you need to transmit a signal from the output of the converter 1 to the recording unit 13 is provided by k36 and mandss XI and HZ. 8 in this case, the non-inverting input of amplifier 7 is connected to the bus through a chain 12, and the signal of one of the converters through a chain 10 is fed to the inverting input of amplifier 7. Since the resistance values of the resistor of the chain 10 and resistor 8 are equal, the output of the amplifier 7 is set the voltage that is applied to the recording unit 13 is equal to the voltage of the signal, but with the opposite sign,. When measuring one parameter of the transistor, namely the static current gain BC ;, -, the following parameters are set and measured: the current is set at the emitter terminal, the voltage is set at the collector terminal, the current is measured at the base terminal, in this case The converter and, accordingly, only one set of commands Y is supplied. When measuring all the static parameters of the transistors, the following parameters are set and measured. Reverse currents: Sx.eo set the voltage at the collector terminal, measure the current at the base; Ex, ,, - set the voltage at the emitter terminal, measure the current at the base; give a voltage across the collector terminal, measure the emitter current. Voltage voltage: UX.HCIC- set currents in the base and collector terminals, set the zero voltage in the emitter terminal (clamped in the common busbar), measure the voltage on the collector terminal; The% vicit sets currents in the base and collector terminals, sets zero voltage in the emitter voltage (tied to the common busbar), measures the base voltage, in this case a converter is connected to each terminal and, accordingly, three sets of commands are given. In the case of measuring all static parameters of an IC, n transducers are connected to the n terminals of the IC under test and, accordingly, n sets of NC-U commands are supplied to them. Thus, the proposed device for measuring the parameters of semiconductor devices provides simultaneous measurement of various types of static parameters of semiconductor devices of integrated circuits, which increases the measurement performance and reliability of the device in operation. Claim device Measuring parameters of semiconductor devices comprising a controlled current generator connected to an emitter connection terminal of a test device, a collector connecting terminal of which is connected to a source of collector voltage, an arithmetic unit made on an operational amplifier with a resistor in a negative feedback circuit and capacitor, recording unit and terminal for connecting the base of the device under test, so that in order to expand the functional control options and a converter, the input of which is connected to the terminal for connecting the base of the device under test, and the output with the input of the arithmetic unit whose output is connected to the input of the recording unit, and the first, second and third control inputs connected to the corresponding outputs of the control unit; the fourth, fifth and sixth outputs of which are connected to the corresponding control inputs of the transforming bodies, which is made on two operational amplifiers, a resistor, An electronic switch and three chains, each of which contains a series-connected resistor and an electronic switch, while the inverting input of the first operational amplifier is connected to the input terminal of the converter, its non-inverting input is connected to the output of the second operational amplifier with a resistor in the negative feedback circuit, the non-inverting input of which is connected to the common bus and the inverting input through the first and second chains is connected respectively to the terminal for connecting the source of the reference voltage and to the output of the first operational amplifier with the third chain in the negative feedback circuit, which is connected via an electronic switch to the output terminal of the converter, the control inputs of which are connected to the inputs for 1 hour respectively | control of three chains and an electronic key, and three chains containing each serially connected electronic key and a resistor are inserted into the arithmetic unit, the first terminals of the first and second chains are connected to the input terminal of the arithmetic unit, and the second terminals are connected respectively to the inverting and non-inverting to the inputs of the operational amplifier, between which non-inverting input and the common bus a third chain is connected, in parallel with which a capacitor is connected, the output of the operational amplifier is connected the output terminal of the arithmetic unit, whose control inputs are connected to the control inputs of the respective chains. Sources of information taken into account in the examination 1. EJektronik Heft ,, 12, 1975, p. 71-72.

2. Authors certificate of the USSR N, cl. G 01 R 31/26, 1972 (prototype).