TWM654891U - 電晶體量測系統 - Google Patents

Abstract

本創作揭露一種電晶體量測系統，包含有相互電連接的電壓調變單元、電流調變單元、控制單元、擷取單元、及通訊介面，電壓調變單元首先提供一個負載電壓，根據查表方式決定不同電壓下電晶體的R _DS(ON)；控制單元調整電流調變單元以提供不同負載電流至電晶體，擷取單元記錄對應的負載電流訊號，並判斷電晶體是否損壞；系統可以連續測試電晶體，直到判斷電晶體的最高耐壓；最終，控制單元產生元件特性，供通訊介面呈現。

Description

電晶體量測系統

本創作涉及半導體相關領域，尤指是一種可自動量測電晶體安全工作區的電晶體量測系統。

隨著半導體技術的進步，電晶體(transistor)已廣泛應用於各種電子裝置中，為了確保電晶體的品質與效能，進行精確的量測與測試是不可或缺的環節，但傳統的電晶體量測技術存在多種限制與困難：

(1)耗費人力：傳統的量測技術大多需要經驗豐富的技術人員手動操作專用的測試儀器，這樣的手動操作不僅容易導致人為誤差，還需要大量的人力資源來確保測試流程的正確性。

(2)量測時間長：過往的電晶體量測流程繁瑣，每一個測試步驟都需要設定相對應的測試參數並確認測試結果；此外，多個電晶體的批量測試時，可能需要重複進行多次的手動設定，導致整體測試時間大大增加。

(3)效率不足：由於需要人工操作且測試時間長，傳統的量測方式很難達到大量生產的效率需求，在高產能的 製造環境中，這種低效率的測試方法可能導致生產瓶頸，影響整體產能。

綜上所述，先前的電晶體量測技術存在明顯的缺點，據此，對於現代半導體製造業的需求來說，迫切需要一種更加高效且精確的測試方法來解決這些問題，實為待解決的問題。

有鑒於上述的問題，本創作人係依據多年來從事相關行業的經驗，針對半導體製造系統進行改進；緣此，本創作之主要目的在於提供一種可自動量測電晶體安全工作區的系統，可供業界快速、及時、且自動化獲得精準的電晶體特性數據。

為達上述的目的，本創作之電晶體量測系統主要包含有相互電連接的電壓調變單元、電流調變單元、控制單元、擷取單元、及通訊介面；控制單元可調整電壓調變單元、電流調變單元以提供不同負載電壓、負載電流至電晶體，擷取單元記錄對應的負載電流訊號及負載電壓訊號，並判斷電晶體是否損壞以此可以連續測試電晶體，直到判斷電晶體的最高耐壓，並由控制單元產生元件特性資訊，供通訊介面呈現。

為使 貴審查委員得以清楚了解本創作之目的、 技術特徵及其實施後之功效，茲以下列說明搭配圖示進行說明，敬請參閱。

1:電晶體量測系統

11:電壓調變單元

12:電流調變單元

13:控制單元

121:直流電源

14:擷取單元

122:電子負載

15:通訊介面

16:控溫單元

T:電晶體

S1:輸出一負載電壓

S2:輸出一負載電流

S3:生成元件特性資訊

S21:損壞判斷

Y1:尚未達損壞

S22:調變負載電流

Y2:已達最高耐壓

S23:最高耐壓判斷

N1:已損壞

S24:調變負載電壓

N2:非最高耐壓

B1:第一損壞負載訊號

B2:第二損壞負載訊號

V1:第一負載電壓

V2:第二負載電壓

圖1，為本創作之系統架構圖。

圖2，為本創作之實施示意圖(一)。

圖3，為本創作之實施示意圖(二)。

圖4，為本創作之實施示意圖(三)。

圖5，為本創作之實施示意圖(四)。

圖6，為本創作之實施示意圖(五)。

圖7，為本創作之實施示意圖(六)。

請參閱「圖1」，圖1為本創作之系統架構圖，如圖所示，本創作之電晶體量測系統1，其可自動化進行電晶體量測，所述的電晶體可例如包含雙極型電晶體(Bipolar Junction Transistor，BJT)、場效應電晶體(Field Effect Transistor，FET)、金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、接面場效電晶體(Junction Field-Effect Transistor，JFET)、電子管電晶體(Vacuum Tube Transistor)、光電晶體(Phototransistor)、高電子遷移率電晶體(High Electron Mobility Transistor，HEMT)、電離層電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)；電晶體量測系統1包含有一電壓調變單元11、一電流調變單元12、一控制單元13、及一擷取單元14，以下針對各元件進行說明。

請繼續參閱「圖1」，電壓調變單元11供以提供至少一負載電壓至電晶體T；具體來說電壓調變單元11與電晶體T之閘極(GATE)電連接；在一實施例中，電壓調變單元11可例如為一變壓器(Transformer)、一線性電壓穩壓器(Linear Voltage Regulator)、一開關模式電源(Switching Power Supply or Switch Mode Power Supply,SMPS)、一可變電阻器(Potentiometer)的任一種，但不以此限，但凡可被控制、可調變電壓之各元件皆可實施。

請繼續參閱「圖1」電流調變單元12供以提供至少一負載電流至電晶體T；具體來說電流調變單元12與電晶體T之源極(SOURCE)或汲極(DRAIN)電連接；在一實施例中，電流調變單元12可包含有一直流電源121及一電子負載122，直流電源121供以提供一直流電訊號，電子負載122供以調變直流電訊號；較佳的，直流電源121為可程式直流電源(Programmable DC Power Supply)，能夠根據輸入命令改變其輸出電壓和/或電流的 直流電源裝置。較佳的，電子負載122為可程式電子負載，可基於使用者或自動化程式的指示，動態地改變輸出電流、功率或電阻等。

請繼續參閱「圖1」，控制單元13與電壓調變單元11及電流調變單元12電連接，供以調控負載電壓及負載電流驅動，並具備邏輯運算、暫存運算結果、保存執行指令位置等功能，其可以例如包含一中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、一圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)、一微處理器(Micro Processing Unit,MPU)、一微控制器(Micro Control Unit,MCU)、一固態硬碟(Solid State Disk or Solid State Drive,SSD)、一硬碟(Hard Disk Drive,HDD)、一靜態記憶體(Static Random Access Memory,SRAM)、一隨機存取記憶體(Random Access Memory,DRAM)、或一雲端硬碟(Cloud Drive)等之其中一種或其組合，但不以此為限，但凡能管理及運行電晶體量測系統1，且控制電壓調變單元11、電流調變單元12者均可以實施。

請繼續參閱「圖1」，擷取單元14與電晶體T電連接，供以擷取電晶體T的一負載訊號；擷取單元14可例如包含一分流電阻(Shunt Resistor)、一霍爾效應電流感測器(Hall Effect Sensor)、一變壓器電流感測 (Current Transformer)、一磁阻效應感測器(Magnetoresistive Sensor)等；又，所謂的負載訊號係為電晶體T的負載電流訊號、或負載電壓訊號，例如：V_DS(Drain-Source Voltage)、V_GS(Gate-Source Voltage)、I_D(Drain Current)等，但不以此限；再者，負載電流訊號、或負載電壓訊號為負載電流或負載電壓經電晶體T後所輸出的電壓或電流訊號。

請繼續參閱「圖1」，通訊介面15與控制單元13電連接，可提供使用者進行操作，並可供以將一元件特性資訊進行可視化的呈現；其中，元件特性資訊可例如透過數據條列、圖表、表格等方式呈現，例如為電晶體T之R_DS(ON)與I_D(Drain Current)相對應關係，或I_D(Drain Current)與V_DS(Drain-Source Voltage)相對應的關係，但不以此為限。

請搭配參閱「圖2」，為本創作之實施示意圖(一)，如圖所示，以下將說明本創作電晶體量測系統1之實施例(一)，本創作之電晶體量測系統1的電壓調變單元11可先輸出一負載電壓S1(可例如為V_GS(Gate-Source Voltage))，並利用查表的方式，對應出不同電壓下電晶體T的R_DS(ON)大小，再由控制單元13控制電流調變單元12輸出一負載電流S2，由擷取單元14紀錄負載電流訊號，控制單元13即可基於負載電流訊號生成元件特性資 訊S3，供通訊介面15呈現。

請參閱「圖3」，為本創作之實施示意圖(二)，如圖所示，以下將說明本創作電晶體量測系統1之實施例(二)；本創作之電晶體量測系統1的電壓調變單元11可先輸出一負載電壓S1(可例如為V_GS(Gate-Source Voltage))，並利用查表的方式，對應出不同電壓下電晶體T的R_DS(ON)大小，再由控制單元13控制電流調變單元12輸出一負載電流S2；由擷取單元14紀錄負載電流訊號，並由控制單元13對電晶體T進行一損壞判斷S21(例如擷取單元14所擷取之負載電流訊號為斷路或電阻大於一閥值，則判斷為損壞)，若判斷電晶體T尚未達損壞(Y1)，控制單元13調整電流調變單元12進行一調變負載電流S22，以輸出一另一負載電流至電晶體T，直至電晶體T損壞；其中，所述的另一負載電流，係與原負載電流大小不同，擷取單元14即可再紀錄對應的另一負載電流訊號，控制單元13可基於此些負載電流訊號生成元件特性資訊，供通訊介面15呈現；又，若判斷電晶體T為已損壞(N1)，控制單元13則結束測試，控制單元13可基於前些已記錄之負載電流訊號生成元件特性資訊S3，供通訊介面15呈現。

請參閱「圖4」，為本創作之實施示意圖(三)，如圖所示，以下將說明本創作電晶體量測系統1之實施例 (三)；本創作之電晶體量測系統1的電壓調變單元11可先輸出一負載電壓S1(可例如為V_GS(Gate-Source Voltage))，並利用查表的方式，對應出不同電壓下電晶體T的R_DS(ON)大小，再由控制單元13控制電流調變單元12輸出一負載電流S2；由擷取單元14紀錄負載電壓訊號，並由控制單元13對電晶體T進行一最高耐壓判斷S23，若判斷電晶體T為非最高耐壓(N2)，控制單元13調整電壓調變單元11則進行調變負載電壓S24，以輸出另一負載電壓至電晶體T，其中，另一負載電壓與原負載電壓大小不同，擷取單元14即可再紀錄對應的另一負載電壓訊號，控制單元13可基於此些負載電壓訊號生成元件特性資訊，供通訊介面15呈現；又，若判斷電晶體T為已達最高耐壓(Y2)，控制單元13則結束測試，控制單元13可基於前些已記錄之負載電壓訊號生成元件特性資訊，供通訊介面15呈現；其中，所謂的最高耐壓可由控制單元13輔以一查表進行判斷。

請參閱「圖5」，為本創作之實施示意圖(四)，如圖所示，以下將說明本創作電晶體量測系統1之實施例(四)；本創作之電晶體量測系統1的電壓調變單元11可先輸出一負載電壓(可例如為V_GS(Gate-Source Voltage))，並利用查表的方式，對應出不同電壓下電晶體T的R_DS(ON)大小，再由控制單元13控制電流調變單元12輸出一負載電流S2；由擷取單元14紀錄負載電流 訊號，並由控制單元13對電晶體T進行損壞判斷S21(例如擷取單元14所擷取之負載電流訊號為斷路、或電阻大於一閥值，則判斷為損壞)，若判斷電晶體T尚未達損壞(Y1)，控制單元13調整電流調變單元12進行調變負載電流S22，以輸出一另一負載電流至電晶體T；其中，另一負載電流與負載電流大小不同，擷取單元14即可再紀錄對應的另一負載電流訊號，並再次判斷是否損壞持續進行電流調變循環；又，若判斷電晶體T已損壞(N1)，則接續進行最高耐壓判斷S23，用以判斷此時的負載電壓是否為電晶體T的最高耐壓，最高耐壓判斷S23可輔以一查表進行對應，若判斷為非最高耐壓(N2)，則可由控制單元13調整電壓調變單元11進行一調變負載電壓S24，以輸出另一負載電壓至電晶體T，並接續由控制單元13控制電壓調變單元11輸出一負載電壓，及由擷取單元14紀錄負載電壓訊號；如此循環紀錄、判斷電晶體T是否損壞、判斷電晶體T是否為最高耐壓；當判斷電晶體T為最高耐壓時，控制單元13則結束測試，控制單元13可基於前些已記錄之負載電流訊號、以及負載電壓訊號生成元件特性資訊，並呈現於通訊介面15。

請參閱「圖6」，為本創作之實施示意圖(五)，如圖所示為本創作之元件特性資訊示意圖，圖中橫軸為V_DS(Drain-Source Voltage)，縱軸為I_D(Drain Current)，此實施例為利用本創作之電晶體量測系統1尋 找安全工作區之示例，係先決定一第一負載電壓V1，並輸入一負載電流至電晶體T，依照前述實施例(四)方式依序增加負載電流進行測試，直至電晶體T產生第一損壞負載電流訊號B1；並判斷電晶體T在第一負載電壓V1非最高耐壓，則進行電晶體T的第二負載電壓V2測試；在一實施例中，此時被測試的電晶體T為相同規格但不為同顆；接續依照前述實施例(四)方式依序增加負載電流進行測試，直至電晶體T產生第二損壞負載電流訊號B2，由控制單元13標記第一損壞負載訊號B1及第二損壞負載訊號B2前一次測試之負載訊號並連線產生元件特性資訊後顯示於通訊介面15。

請參閱「圖7」，為本創作之實施示意圖(六)，本創作之電晶體量測系統1可包含有一控溫單元16，與控制單元13電連接，供以調控電晶體T之測試環境溫度，由於電晶體T的特性會受到溫度影響，為了進行更全面的電性分析，係可藉由控溫單元16使電晶體T之測試環境溫度維持在恆定溫度或一需求靜態/動態溫度下，以滿足所需的測試條件；又，控溫單元16可例如包含絕熱腔體、溫度感測器、升/降溫裝置等，但不以此限。

由上所述可知，本創作之電晶體量測系統係用於測量各種類型的電晶體，其主要包含有電壓調變單元、電流調變單元、控制單元和擷取單元；電壓調變單元可為電 晶體提供至少一種負載電壓；電流調變單元可用於提供至少一種負載電流至電晶體，電流調變單元可以電性連接一直流電源、和一電子負載，可根據輸入命令動態調整輸出電流；控制單元與電壓調變單元和電流調變單元電連接，用於調整負載電壓和電流以驅動電晶體，能夠管理和運作電晶體測量系統，並控制電壓調變單元和電流調變單元的操作；擷取單元與電晶體連接，用於捕捉電晶體的負載訊號；通訊介面與控制單元相連，用於使用者操作和視覺化顯示元件特性資訊，供使用者可以輕鬆操作系統，監測測試結果，以便更好地了解電晶體的性能特性；本創作實施時，電壓調變單元先提供一個負載電壓，然後根據查表的方式決定不同電壓下電晶體的R_DS(ON)；接下來，控制單元調整電流調變單元以提供負載電流至電晶體，擷取單元記錄對應的負載訊號，並判斷電晶體T是否損壞；承上，如果電晶體未損壞，控制單元會繼續調整電流調變單元以進行下一輪測試；又，如果電晶體已損壞，則係統進一步判斷此時的負載電壓是否為電晶體的最高耐壓；再者，最高耐壓的判斷可以藉助查詢表來對應，如果判斷不是最高耐壓，則控制單元會調整電壓調變單元，產生另一種負載電壓，並繼續測試，且這個循環會一直進行，直到判斷電晶體是最高耐壓；此時，控制單元結束測試，並根據先前記錄的負載訊號產生元件特性資訊，以供通訊介面呈現。

綜合以上所述可知，本創作可用於測量各種電晶 體的性能特性，並具有高度的靈活性和自動化能力，具有連續測試功能，以查找電晶體的特性，從而更有效率且準確地了解電晶體的性能特性，據此可知，本創作其據以實施後，其確實可以達到提供一種可自動量測電晶體安全工作區的系統，可供業界快速、及時、且自動化獲得精準的電晶體特性數據。

唯，以上所述者，僅為本創作之較佳之實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本新型之專利範圍內。

綜上所述，本創作係具有「產業利用性」、「新穎性」與「進步性」等專利要件；申請人爰依專利法之規定，向 鈞局提起新型專利之申請。

1:電晶體量測系統

11:電壓調變單元

12:電流調變單元

13:控制單元

14:擷取單元

15:通訊介面

T:電晶體

Claims (10)

1. 一種電晶體量測系統，供以量測一電晶體的一元件特性資訊，包含： 一電壓調變單元，用以提供至少一負載電壓至該電晶體； 一電流調變單元，用以提供至少一負載電流至該電晶體； 一控制單元，與該電壓調變單元及該電流調變單元電連接，用以調整該負載電壓及該負載電流；以及 一擷取單元，與該電晶體電連接，用以擷取該電晶體的一負載電流訊號及一負載電壓訊號；以及 該控制單元供以基於該負載電流訊號及該負載電壓訊號生成該元件特性資訊。
2. 如請求項1所述的電晶體量測系統，其中，一通訊介面與該控制單元電連接，用以顯示該元件特性資訊。
3. 如請求項1所述的電晶體量測系統，其中，該控制單元基於該負載電壓訊號調整該電壓調變單元，使該電壓調變單元產生一另一負載電壓至該電晶體。
4. 如請求項3所述的電晶體量測系統，其中，該負載電壓訊號偵測結果為該電晶體的一最高耐壓時，該電壓調變單元停止提供該另一負載電壓。
5. 如請求項4所述的電晶體量測系統，其中，該控制單元輔以一查表判斷該電晶體的該最高耐壓。
6. 如請求項1所述的電晶體量測系統，其中，該控制單元基於該負載電流訊號調整該電流調變單元，使該電流調變單元產生一另一負載電流至該電晶體。
7. 如請求項6所述的電晶體量測系統，其中，該負載電流訊號偵測為損壞時，該電流調變單元停止提供該另一負載電流。
8. 如請求項1所述的電晶體量測系統，其中，一控溫單元與該控制單元電連接，用以調控該電晶體之測試環境溫度。
9. 如請求項1所述的電晶體量測系統，其中，該電流調變單元電性連接一直流電源，用以提供一直流電訊號。
10. 如請求項9所述的電晶體量測系統，其中，該電流調變單元電性連接一電子負載，用以調變該直流電訊號。