Устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ , содержеццее программный блок, соединенный двунаправленной линией связи с блоком управления, вход KOTOixjfb подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, первый из его выходов соединен программируемый блок воздействий и измерения с клеюлоА для подключения ,стока испытуемого прибора, а второй непосредственно с входом основного цифроанацогового преобразователя клемма для подключения истока испытуембго транзистора присоединена к общей шине, отличающееся тем, что, с целью повьииения быстродействия , в него введены дополнительный цифроаналоговый преобразователь, программируемый источник тока, аналоговый компаратор, коммутатор и аналоговый запоминающий блок, а блок управления снабжен третьим, четвертым и пятым выходами, причем входы аналогового компаратора соединены соответственно с выходами основного цифроанёшогового преобразователя и :программируемого блока воздействий и измерения, его выход соединен с управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока § управления, соединенного четвертьм . и пятьм своими выходами соответствеН1 Л но через программируемый источник | тока с сигнальным входом коммутатора f. и через дополнительный цифроанало го-1 вый преобразователь с первым сигналь- g Hbw входом аналогового запоминающего блока, второй сигнальный и режимный | входы KOtoporo присоединены соответ-j ственно к сигнальному и переключа- j 35 ющему выходам коммутатора, а его ,; выход соединен с клеммой для под .( ND j:; ключения затвора испытуемого прибора и измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного входом управления к управ Iляющему выходу коммутатора;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) Of) 1

M5f) G 01 R 31 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -.;. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3288110/18-21 (22) 29.01.81 (46) 30.12 ° 83. Бюл. 9 48 (72) A.Ô.Äåðð и Д.А.Ефремов (53) 621.382.2(088 ° 8) (56) 1. Грэм. Измерение параметров транзисторов с помощь о схем на опера" ционных усилителях. -"Электротехника" (русский перевод), т.45, 1972, 9 5, с. 45-52, фиг.. 9.

2. Биигелис A.Á. и др. Дистанционная непрерывная регистрация изменения порогового напряжения полевых транзисторов.-"Радиоэлектроника" .(труды научно-технической конферен ции), т. 5, 1969, с. 117-120.

3. Тестер БИС ИП 14КФС-10-.006.

Техническое описание .и инструкция по эксплуатации ЩЦИ3,430.037, 1979. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАН- .

ЗИСТОРОВ, содержащее программный блок, соединенный двунаправленной линией связи с блоком управления, вход кото1зогЪ подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, первый из его выходов соединен через программируемый блок воздействий и измерения с клеммой для подключения ,стока испытуемого прибора, а второйнепосредственно с входом основного цифроаналогового преобразователя, клемма для подключения истока исйытуембго транзистора присоединена к общей шине, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения быстродействия, в него введены дополнительный цифроаналоговый преобразователь, программируемый источник тока, анало- говый компаратор, коммутатор и аналоговый запоминающий блок, а блок управления снабжен третьим, четвертьм и пятым выходами, причем входы аналогового компаратора соединены соответственно с выходами основного цифроаналогового преобразователя и программируемого блока воздействий и измерения, его выход соединен с первьм управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого " подключен к третьему выходу блока I управления, соединенного |етвертьм и пятьм сВоНМН выходами соответствен но через программируемый источник тока с сигнальньм входом коммутатора и через дополнительный цифроаналоговый преобразователь с первьм сигналь- ньм входом аналогового запоминающегс1 блока, второй сигнальный и режимный входы которого присоединены соответ-) ственно к сигнальному и переключающему выходам коммутатора, à его выход соединен с клеммой для .подключения затвора испытуемого прибора и измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, Подключенного входом управления к управ ляющему выходу коммутатора; (1064241

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения по-. рогового напряжения полевых транзисторов и тестовых элементов интегральных схем, Известно устройство для измерения порогового напряжения полевых тран" эисторов., содержащее источник напряжения, соединенный через резистор с инвертирующим входам операционного усилителя и шиной для подключения штока испытуемого прибора, шины для, подключения стока и затвора которого присоединены соответственно к источнику питания и выходу операционного 15 усилителя., подключенного неинвертирующим входом к общей шине j1)

Однако данное устройство обладает невысокой точностью измерений.

Известно также устройство, пред" 0 назначенное для регистрации изменения порогового, напряжения полевых транзисторов и содержащее источники напряжения подложки и стока, соединенные с шинами для подключения соответ-25 ствующих выводов испытуемого транзистора, набор эталонных резисторов, соединенный с выходом источника напряжения стока и через последовательно вкЛюченные буферный каскад, модулятор,первый усилитель, схему сравне" ния, второй усилитель и.детектор с шиной для подключения затвора испытуемого прибора, к которой присоединены также источник, начального смещения и регистрирующие приборы, а к второму входу схемы сравнения подключен источник опорного напряжения (2) .

Недостатком укаэанного устройства является низкое быстродействие, 40 связанное с большим временем установления переходных процессов. и следящей системе, на основе которой оно настроена, Наиболее близким техническим Реке-45 нием к предлагаемому является устройство для измерения порогового напряжения полевых транзисторов, содержащее программный блок, соединенный двунаправленной линией связи с блоком управления, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), первый из

его выходов соединен через програм" мируемый блок воздействий и измере- . ния с клеммой для подключения стока испытуемого прибора, а второй непосредственно с входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП), клемма для подключения стока испытуемого транзистора присоединена к 60 общей шике. Кроме того, выходы программируемого блаха воздействий и измерения и ЦАП соединены соответственно с измерительньм входом АЦП, подключенного управляющим входом к 65 блоку управления, и с шиной для подключения затвора испытуемого прибора $3).

Недостаток известного устройства тахже обусловлен, низким быстродействием, связанньм с необходимостью циклического повторения испытательных тестов вплоть до достижения на затворе испытуемого транзистора напряжением, которое, формируется ЦАП, значения равного пороговому.

При этом время измерения на одном тесте Ти складывается из времени занесения информации ТЭ э из блока управления в блок воздействий и измеренйя и в ЦАП, из времени установления т переходных процессов в этих блоках, из времени преобразования Тэр. АЦП аналоговой величины (напряжения на затворе испытуемого прибора) и цифровой код и из времени обработки То этого кода в блоке управления. В результате длительность полного измерительного цикла в устройстве Т= (Т э„ + Т + Т„ +

+Т () И, где N — число измерительных тестов, требующихся для установления на затворе испытуемого транзистора напряжения, равного или близкого к пороговому.

Цель изобретения — повьзаение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения ороговаго напряжения полевых транзисторов, содержащее программный блок, соединенный, двунаправленной линией связи с блоком управления, вход которого подключен к выходу аналого -цифрового . преобразоват ля . первый из его выходов соединен через программируемый блок воздействий и измерения с клеммой для подключения стока испытуемого прибора, а второй - непосредственно с входом цифроаналогового преобразователя, клемма для подключения истока испытуемого транзистора присоединена к общей шине, введены дополнительный. цифроаналоговый преобразователь, программируемый источник тока, анало" говый компаратор,, коммутатор и ана" логавый запоминающий блок, а блок управления снабжен третьим, четвертым и пятым выходами, причем входы аналогового компаратора соединены соответственно с выходами. основного цифроаналогового преобразователя и программируемого блока воздействий и измерения, его выход соединей с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, соединенного четвертью и пятым своими выходами

1064241 соответственно через программируемый источник тока с сигнально входом коммутатора и через дополнительный цифроаналоговый преобразователь с первым сигнальным входом аналогового запоминающего блока, второй сигнальный и режимный входы которого присоединены соответственно к сигнальному и переключающему .выходам коммутатора, а его выход соединен с клеммой для подключения затвора испытуемого йрибора 10 ,с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного входом управления к управляющему выходу коммутатора.

На фиг. 1 представлена функцио" 15 нальная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит клеммы 1 для подключения электродов испытуемого полевого транзистора (С - сток, И:исток, 3 — затвор), программируемый блок 2 воздействий и измерения, .блок

3 управления, программный блок 4, аналоговый компаратор 5, основной.ЦАП25

6, коммутатор 7, выполненный, например, в виде RS-триггера 8, логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 и электронных ключей 10 и 11. Устройство содержит также аналоговый запоминающий блок 12, выполненный, например, в виде усилителя 13 постоянного тока (УПТ) с входным резистором 14, резис тором 15 обратной связи и конденсатором 16 обратной связи, программируемый источник 17 тока, АЦП 18 и 35 дополнительный ЦАП 19.

Программируемый блок 2 воздействий и измерения служит для формирования испытательных сигналов (сигналов воздействия) контролируемому поле- 40 вому транзистору и измерения отклика (реакции) последнего на сигналы воздействия. Вход блока 2 воздействий и измерения подключен к блоку 3 управления, координирующему работу узлов и блоков устройства.и связанному двунаправленной линией связи с программным блоком 4, предназначенным для долговременного хранения программы контроля. Первый выход (воздействия) блока 2 воздействий и измерения соединен с клеммой 1 для подключения стока контролируемого полевого транзистора, второй выход (измерительный) — к первому входу аналогового компаратора 5, предназначенному для сравнения измеренного значения тока с граничным значением, задаваемьмЦАП 6, вход которого подключен к блоку 3 управления, а выход - к второму входу аналогового компарато- 40 ра 5, выход последнего подключен к первому входу коммутатора 7, который является В-входом RS-триггера 8.

В коммутаторе 7, который предназначен для переключения режимов работы65 аналогового запоминающего блока 12, один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 9 соединен с S-входом RS-тригге ра 8, управляющим входом ключа 11 и является вторьм входом коммутатора 7.

Другой вход элемента ИСКЛЮЧАОЦЕЕ ИЛИ, 9 объединен с выходом триггера 8, а его выход присоединен к управляющему входу ключа 10 и является управ. ляющим выходом коммутатора 7,,сигнальный вход которого через ключ 10 и один иэ контактов ключа 11 соединен с его же сигнальным выходом, а другой контакт ключа 11 является переключающим выходом коммутатора 7.

Второй вход коммутатора. 7 соединен с третьим выходом блока 3 управления, управляющий выход коммутатора подключен к входу управления АЦП 18, а сигнальный вход, сигнальный выход и переключающий выход коммутатора 7 соединены соответственно через программируемый источник 17 тока с четвертым выходом блока Э управления, вторым сигнальным входом аналогового эапоминакицего блока 12 и его режимным входом. Первый сигнальный .вход блока 12 через дополнительный ЦАП 19 подключен к пятому выходу блока 3 управления, а внутри блока 12 через входной резистор 14 соединен с режимным входом, который через резистор

15 обратной связи присоединен к выходу УПТ 13, являющемуся одновре- менно выходом блока 12. Второй сигнальный вход блока 12 внутри этого блока соединен с входом УПТ 13, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор 1б, Выход аналогового запоминающего блока 12 соединен с измерительным входом АЦП

18 и с клеммой 1 для подключения затвора испытуемого прибора.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе аналогового компаратора 5 установлен высокий потенциальный уровень логической 1, на третьем управляющем выходе блока 3 управления, связанном с S-входом триггера 8, установлен низкий потенциальный уровень логического О, а на выходе RS-триггера

8 - уровень логической 1. При этом на. одном входе логического, элемента

ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 9 установлен уровень

"1", а на другом — уровень "0", а на выходе - уровень "1", который держит электронный ключ 10 в закрытом состоянии. Кроме того, в исходном состоянии уровень "0" с управляющего выхода блока 3 управления держит ключ 11 в открытом состоянии, в результате чего резистор 15 включен s цепь обратной связи УПТ 13, а резистор 14 соединен с его входом.

При пуске устройства в момент времени t, (фиг. 2а) блок 3 управ1064241 ления в течение интервала времени

Т> < заносит информацйю (программу контроля), принятую иэ программного, блока 4, в блок 2 воздействий и измерения, в ЦАП 6 и 19 и программируемый источник 17 тока. 5

По окончании процесса записи информации о программе контроля (в момЕнт, времени t, фиг. 2б) блок 2 воздействий и измерения задает величину напряжения на сток контро- 10 лируемого полевого транзистора, подключенного предварительно к клеммам

1, ЦАП 6 задает величину напряжения, пропорциональную пороговому значению тока стока, которая поступает на f5 вход аналогового компаратора 5.

ЦАП 19 через УПТ 13 с резисторами

14 и 15 задает исходное смещение на затвор контролируемого полевого транзистора. 20

По истечении интервала времени

Т, необходимого на установление переходных процессов в блоках уст ройства, блок 3 управления в.момент времени 1 формирует управляющий 25 импульс (фиг. 2в), который поступает на s-вход as-триггера 8 коммутатора

7, вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 и на затвор полевого транзистора ключа 11, в результате чего последний закрывается, отключая резисторы 14 и 15 от входа УПТ 13 аналогового заПоминающего блока 12, а на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

9 устанавливается уровень "0" (фиг.

2г), открывающий ключ 10, который подключает выход программируемого источника 17 тока к входу УПТ 13 аналогового запоминающего блока 12.

С момента времени t9- начинается процесс заряда конденсатора 16 обрат-40 ной связи током от источника 17, величина которого была задана с блока 3, в результате чего на выходе блока 12 и,следовательно, на затворе контролируемого транзистора форми- 45 . руется линейно нарастающее напряжение (фиг. 2д}, которое изменяет ток стока контролируемого транзистора. Напряжение, пропорциональное значению тока стока, полученное в блоке 2 воздейст-50 вий и измерения, поступает с измерительного выхода последнего на вход аналогового компаратора 5, где сравнивается с напряжением, поступающим на второй вход с ЦАП 6 °

В тот момент, когда ток стока и, средовательно, пропорциональное ему напряжеиие, достигает порогового значения, срабатывает аналоговый компаратор 5 (фиг. 2е, момент времени t4), в результате чего изменяется состояние RS -триггера 8 и на его выходе устанавливается уровень

"0" (фиг. 2ж ). Этот уровень, поступая на вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, меняет его состояние, в результате чего на выходе последнего устанавливается уровень "1" (фиг. 2г), закрыва ицнй ключ 10, который, в свою очередь, отключает программирующий источник 17 тока от входа УПТ 13.и конденсатора 16. В результате заряд конденсатора 16 прекращается и на Выходе аналогового запоминающего блока 12 устанавливается напряжение, эИачение которого равно пороговому. Одновременно уровень "1" с выхода логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 .поступает на вход управления АЦП 18 и разрешает

его работу (фиг. 2 ). На другой (измерительный} вхОд АЦП 18 с выхода аналогового запоминающего блока 12 ( поступает запомненная величина порогового напряжения, которая преобразуется в течение ийтервала времени

Т„ АЦП 18-в цифровой код и передается в момент времени t на обработ ку в блок 3 управления. В течение интервала времени Tbsp блок 3 управления сравнивает величину порогового напряжения C ограниченными значениями и раэбраковывает по прин-. ципу "годен-брак" или высвечивает результат измерения на цифровом табло. (Таким образом, эа один испытательный тест осуществляется процесс изме ° рения порогового напряжения полевого транзистора."При этом устройство обеспечивает высокую проиэводительl ность контроля при высокой. точности измерения.

Так, при измерении величины пороroaoro напряжения 1 2 В предлагаемое устройство дает возможность уменьшить время измерения до 6 мс при точности не ниже 1У; в то время как при использовании известного устройства для достижения такой же точности потребуется провести 60-70 измерений при величине дискретности 10 мВ и длительности одного, измерения 5 мс.

Прн этом полное время измерения параметра составляет 300"350 мс.

10б4241 ж

ВНИИПИ Заказ 10527/48

Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент", г..Ужгород;ул.Проектная, 4