Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества. Способ согласно изобретению основан на использовании эффекта увеличения крутизны зависимости напряжения на эмиттерном переходе мощного биполярного транзистора при постоянном эмиттерном токе от коллекторного напряжения при приближении коллекторного напряжения к значению напряжения локализации тока. Контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют амплитуду переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора и затем определяют значения напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной и соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды , причем k2>k1, и искомое напряжение локализации тока вычисляют по предложенной расчетной формуле. Изобретение обеспечивает повышение точности определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах при однократном измерении. 3 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества.

Известно, что токораспределение в структурах мощных биполярных транзисторов в активном режиме работы при определенных значениях эмиттерного тока и коллекторного напряжения в результате действия механизмов положительной теплоэлектрической связи теряет устойчивость и весь ток стягивается в локальную область; в структуре прибора образуется так называемое «горячее пятно» - сильно перегретая локальная область (см. Синкевич В.Ф. Физические основы обеспечения надежности мощных биполярных и полевых транзисторов // Электронная промышленность. - 2003. - №2. - С. 232-244). Чаще всего образование «горячего пятна» приводит к необратимым изменениям (разрушениям) приборной структуры, проплавлению базы транзистора и отказу прибора. Линия параметров режима в координатах ток-напряжение, соответствующих локализации тока, определяет одну из границ области безопасной работы транзистора, выход за пределы которой даже на короткое время приводит либо к отказу, либо к ухудшению параметров прибора.

Наиболее близким к предлагаемому и выбранным за прототип способом определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах без введения контролируемого транзистора в режим «горячего пятна» является способ по патенту 2537519 РФ (см. Патент 2537519 РФ, G01R 31/26, Способ определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах / Сергеев В.Α., Дулов О.Α., Куликов А.А. - Опубл. 10.01.2015, бюл. №1), состоящий в том, что контролируемый транзистор включается по схеме с общей базой, задается постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подается сумма линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при за данном токе, и малого низкочастотного синусоидального напряжения, измеряют амплитуду , , переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора при трех значениях напряжения UK0, UK1, UK2 на коллекторе контролируемого транзистора соответственно, и искомое напряжение локализации вычисляют по формуле

где , , .

Сущность известного способа состоит в том, что для измерения крутизны зависимости используется малый переменный сигнал, позволяющий повысить точность измерения указанной величины, а значение UКЛ определяется по трем отсчетам зависимости при трех различных коллекторных напряжениях, существенно меньших UКЛ (то есть, по существу, путем экстраполяции зависимости на основе модели, развитой авторами изобретения (см. Сергеев В.А., Дулов О.А., Куликов А.А. Контроль однородности токораспределения в биполярных транзисторах по зависимости коэффициента внутренней обратной связи от коллекторного напряжения // Известия вузов. Электроника. - 2009. - №2. - С. 10-16). Согласно этой модели для случая дефектов электрофизической природы, которые являются наиболее опасными с точки зрения устойчивости токораспределения в мощных биполярных транзисторах, зависимость переменной составляющей напряжения от коллекторного напряжения UK описывается формулой:

где - амплитуда переменного напряжения на эмиттерном переходе при коллекторном напряжении UК близком к нулю, UКЛ - искомое напряжение локализации, b - безразмерный параметр, зависящий от величины дефекта в структуре транзистора, причем, как правило, b<<1. Вид зависимости приведен на фиг. 1. В качестве в известном способе предлагается принять значение переменной составляющей напряжения на эмиттере при UК0<<UКЛ, то есть на «плоском» участке характеристики.

Недостатком известного способа является большая погрешность определения напряжения локализации тока при малой крутизне зависимости . Действительно, относительная погрешность δUкл значения UКЛ, вычисленного по формуле (1), зависит от погрешности δа определения параметров a1 и а2:

Поэтому для более точного расчета UКЛ необходимо уменьшать погрешность δа определения отношений a1 и а2 и выбирать такие значения UК1 и UК2, при которых заметно (в 1,5-2 раза) возрастает по сравнению с начальным значением . Для примера:

при

при

Так как заранее крутизна зависимости неизвестна, то при заданных значениях UK1, UK2 коллекторного напряжения значения a1 и а2 могут мало отличаться от единицы, и погрешность δUкл будет достигать десятков и даже сотен процентов. Многократное повторение измерений требует времени для охлаждения прибора и опасно из-за повышения риска отказа прибора.

Технический результат - повышение точности определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах при однократном измерении.

Технический результат достигается тем, что контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимого значения для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют начальную амплитуду переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора и затем определяют значения UК1 и UK2 напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной и соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды , причем k2>k1, и напряжение локализации тока вычисляют по формуле:

где .

На фиг. 1 показана зависимость , характерная для мощных биполярных транзисторов с локализацией тока.

Сущность изобретения состоит в том, что, в отличие от прототипа в предлагаемом способе измеряется не амплитуда переменных составляющих напряжения на эмиттере контролируемого транзистора при заданных значениях напряжения на коллекторе, а напряжение на коллекторе при заданных отношениях амплитуды переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора (фиг. 1) к начальному значению этой амплитуды при напряжении на коллекторе, близком к нулю. Поскольку в предлагаемом способе заданы отношения значений амплитуды переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора, то относительная погрешность δUкл определения напряжения локализации тока будет одинаковой для всех образцов контролируемых транзисторов и определяется значением коэффициента с и относительной погрешностью δu измерения напряжений UК1 и UK2:

На фиг. 2 приведена структурная схема устройства, реализующего способ.

На фиг. 3 приведены эпюры токов и напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство, реализующее способ, содержит колодку 1 для подключения контролируемого транзистора; устройство управления 2; источник тока 3; генератор линейно нарастающего напряжения 4; генератор низкой частоты 5; сумматор-усилитель мощности 6; разделительный конденсатор 7; устройство выделения огибающей 8; резистивный делитель 9, содержащий три резистора R1, R2 и R3; устройство выборки и хранения 10; два устройства сравнения 11 и 12; регистратор 13 и вычислитель 14. При этом выход устройства управления 2 соединен с запускающими входами источника тока 3, генератора линейно нарастающего напряжения 4, генератора низкой частоты 5 и устройства выборки и хранения 10, выход источника тока 3 соединен с клеммой для подключения эмиттера контролируемого транзистора, выходы генератора линейно нарастающего напряжения 4 и генератора низкой частоты 5 подключены к входам сумматора-усилителя мощности 6, выход которого соединен с клеммой для подключения коллектора контролируемого транзистора, вход устройства выделения огибающей 8 соединен через разделительный конденсатор 7 с клеммой для подключения эмиттера контролируемого транзистора, а выход устройства выделения огибающей 8 соединен с входом резистивного делителя 9 и входом устройства выборки и хранения 10, выход которого соединен с первыми входами устройств сравнения 11 и 12, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами резистивного делителя 9 соответственно, выходы устройств сравнения 11 и 12 соединены с запускающим входом регистратора 13, измерительный вход которого соединен с выходом генератора линейно нарастающего напряжения, а выход - с входом вычислителя 14.

Устройство работает следующим образом. Контролируемый транзистор вставляют в контактную колодку. По сигналу «Пуск» устройство управления 2 вырабатывает управляющий импульс UУУ1 длительностью ТИЗМ (фиг. 3, а), который поступает на запускающие входы соответствующих устройств. В течение действия этого импульса источник тока 3 вырабатывает импульс постоянного тока (фиг. 3, б), поступающего в эмиттер контролируемого транзистора, а генератор линейно нарастающего напряжения 4 и генератор низкой частоты 5 вырабатывают напряжения UКП(t) (фиг. 3, в) и (фиг 3, г) соответствующей формы, которые поступают на входы сумматора-усилителя мощности 6. С выхода сумматора-усилителя мощности 6 усиленное суммарное напряжение UK(t) (фиг. 3, д) поступает на коллектор контролируемого транзистора. Переменная составляющая напряжения (фиг. 3, е) с эмиттера контролируемого транзистора через разделительный конденсатор 7 поступает на вход устройства выделения огибающей 8, с выхода которого напряжение огибающей переменной составляющей напряжения на эмиттере (кривая А на фиг. 3, з) поступает на вход резистивного делителя 9 и устройства выборки и хранения 10. По второму сигналу UУУ2 устройства управления в момент времени t0 (фиг. 3, ж) устройство выборки и хранения 10 фиксирует (запоминает и хранит) значение амплитуды переменной составляющей напряжения на эмиттерном переходе контролируемого транзистора при напряжении на коллекторе, близком к нулю (фиг. 3, з). Напряжение с выхода устройства выборки и хранения 10 поступает на первые входы устройств сравнения 11 и 12, на вторые входы устройств сравнения поступают сигналы с первого (кривая В на фиг. 3, з) и второго (кривая С на фиг. 3, з) выходов резистивного делителя 9. Значения сопротивлений резисторов R1, R2 и R3 выбираются так, чтобы коэффициент деления напряжения на первом выходе резистивного делителя был равен (1+k1), а на выходе второго - (1+k2), где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды , например, k1=0,1 и k1=0,4. В моменты времени t1 и t2, когда напряжения на выходах резистивного делителя будут равны начальному значению , то есть когда будут выполняться условия и , устройства сравнения 11 и 12 вырабатывают короткие импульсы (фиг. 3, и), по сигналам которых регистратор 13 измеряет значения напряжения UK1 и UК2 на выходе генератора линейно нарастающего напряжения и передает их в вычислитель 14, который и вычисляет искомое напряжение локализации по формуле (5).

Если крутизна зависимости будет такой малой, что за время действия линейно нарастающего коллекторного напряжения переменная составляющая напряжения на эмиттере не превысит или , или , то значение напряжения UКЛ локализации будет не определенным, и вычислитель выдаст условное значение UКЛ, например, ∞. В этом случае измерения можно провести повторное измерение при других, более низких значениях коэффициентов деления (1+k1), (1+k2). Для этого в предложенном варианте устройства можно предусмотреть несколько резистивных делителей с разными коэффициентами деления.

Способ определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах, состоящий в том, что контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, отличающийся тем, что при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют начальную амплитуду переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора, затем определяют значения UK1 и UK2 напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной и соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды , причем k2>k1, и искомое напряжение локализации тока вычисляют по формуле

,

где .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для визуализации электрических микронеоднородностей технологического происхождения: дислокаций, пор, преципитатов и т.д.

Изобретение относится к области контроля полупроводниковых устройств. Способ оценки качества гетероструктуры полупроводникового лазера включает воздействие на волноводный слой гетероструктуры полупроводникового лазера световым излучением, не испытывающим межзонное поглощение в его активной области, но поглощаемым на свободных носителях в волноводном и ограничительных слоях гетероструктуры, регистрацию величины интенсивности светового излучения, прошедшего через указанный слой при отсутствии тока накачки и при заданной величине тока накачки, определение величины внутренних оптических потерь по соответствующей формуле.

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и касается способа определения температурного распределения по поверхности светодиода. Способ включает в себя нанесение на поверхность светодиода пленки покровного материала, определение с помощью ИК тепловизионного микроскопа калибровочной зависимости излучаемого находящимся в нерабочем режиме светодиодом сигнала от температуры при внешнем нагреве, регистрацию с помощью ИК тепловизионного микроскопа излучаемого поверхностью светодиода в рабочем режиме сигнала и программную обработку полученных данных.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам измерения параметров наноструктур, и может быть использовано при определении электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного неразрушающего определения диффузионной длины носителей заряда в полупроводниковых пластинах, в том числе покрытых прозрачным слоем диэлектрика.

Использование: для определения времени межуровневой релаксации электрона в полупроводниковых квантовых точках. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ проводят в следующем порядке: измеряют спектры фоточувствительности в области поглощения квантовых точек диодных структур при различных температурах и/или напряжениях смещения на диодных структурах, по которым строят температурные и/или полевые зависимости фоточувствительности диодных структур, для всех величин температуры диодных структур и/или напряженности электрического поля в слое квантовых точек - параметров измерения указанной выше фоточувствительности и предполагаемого интервала величин времени межуровневой релаксации электрона τ32 получают температурные и/или полевые зависимости квантовой эффективности эмиссии η0 электронно-дырочных пар, после чего сравнивают логарифмы полученных величин квантовой эффективности эмиссии η0 и η1 с логарифмами построенных величин нормированной фоточувствительности диодных структур в области основного и первого возбужденного оптических переходов в квантовых точках во всем диапазоне указанных параметров измерения для каждой величины времени межуровневой релаксации электрона τ32 с выбранным шагом изменения этой величины в пределах предполагаемого интервала и по величине времени межуровневой релаксации электрона τ32, соответствующей минимальному расхождению сравниваемых величин, судят об искомом времени межуровневой релаксации электрона.

Изобретение относится к области инновационных технологий и может быть использовано для определения параметров кристаллов силленитов, определяющих эффективность перспективных технических систем, и их экспресс-характеризации методами диэлектрической спектроскопии.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для проведения ускоренных испытаний и получения сравнительной оценки надежности металлической разводки при производстве интегральных схем.

Изобретение относится к электронной технике, к области производства и эксплуатации интегральных схем, может быть использовано для проведения комплекса мероприятий по подготовке образцов изделий радиоэлектронной аппаратуры, к проведению испытаний на стойкость, к воздействию ионизирующего излучения космического пространства.

Изобретение относится к вопросам проектирования схемотехники и топологии интегральных схем и может быть использовано для коррекции топологии БИС, гибридных тонко- и толстопленочных микросхем, а также совмещенных ГИС.

Изобретение относится к оптоэлектронной измерительной технике и может быть использовано для измерения тепловых параметров полупроводниковых светоизлучающих диодов на различных этапах их разработки и производства, на входном контроле предприятий-производителей светотехнических изделий с использованием светодиодов, а также при выборе режимов эксплуатации указанных изделий.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для измерения тепловых параметров силовых полупроводниковых приборов и контроля их качества.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам измерения параметров наноструктур, и может быть использовано при определении электрофизических параметров конденсаторной структуры мемристора, характеризующих процесс формовки.

Изобретение относится к области радиоэлектронной техники и микроэлектроники. Использование: для термотренировки тонких пленок, нанесенных на диэлектрическую основу.

Изобретение относится к области инновационных технологий и может быть использовано для определения параметров кристаллов силленитов, определяющих эффективность перспективных технических систем, и их экспресс-характеризации методами диэлектрической спектроскопии.

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов силовой электроники и может быть использовано для контроля их качества. Способ заключается в том, что нагрев мощного МДП-транзистора осуществляют греющей мощностью, модулированной по гармоническому закону, для чего через транзистор пропускают последовательность импульсов греющего тока постоянной амплитуды, постоянным периодом следования и изменяющейся по гармоническому закону длительностью.

Изобретение относится к технике измерения теплофизических параметров компонентов наноэлектроники, таких как нанотранзисторы, нанорезисторы и др.. Сущность: способ заключается в пропускании через объект измерения последовательности импульсов греющего тока с постоянным периодом следования и длительностью, изменяющейся по гармоническому закону, измерении в паузах температурочувствительного параметра - напряжения на объекте при пропускании через него измерительного тока и определении изменения температуры объекта, вызванной модуляцией греющей мощности.

Изобретение относится к технике измерения электрофизических параметров полупроводниковых диодов и может быть использовано на выходном и входном контроле их качества.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам обеспечения качества и надежности полупроводниковых интегральных схем (ИС). Сущность: из партий ИС методом случайной выборки отбирают одинаковое количество изделий (не менее 10 от каждой партии) и измеряют значение информативного параметра.
Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам отбраковки мощных светодиодов на основе InGaN/GaN, излучающих в видимом диапазоне длин волн. Способ отбраковки мощных светодиодов на основе InGaN/GaN включает проведение измерений при комнатной температуре в любой последовательности падений напряжения в прямом и обратном направлениях и плотностей тока на светодиодах, отбраковку по определенным критериям, последующее проведение старения светодиодов при определенных условиях, повторное проведение упомянутых измерений при первоначальных условиях, кроме одного, с окончательной отбраковкой ненадежных светодиодов.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для тестирования качества полупроводниковых приборов, в частности светодиодов, с целью выявления в них дефектов, обусловленных дефектностью структуры, качеством монтажа, неравномерностью растекания тока и другими факторами. В способе тестирования светодиода, включающем пропускание через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, измерение температурочувствительного параметра, характеризующего изменение температуры светодиода под действием ступенчато изменяющегося электрического тока, определение теплового сопротивления светодиода путем обработки измеренных значений температурочувствительного параметра, при этом на основе значения теплового сопротивления светодиода судят о наличии дефекта в светодиоде, согласно изобретению определяют первое и второе значения теплового сопротивления светодиода при двух значениях пропускаемого через светодиод ступенчато изменяющегося электрического тока, имеющего соответственно относительно малую и относительно большую величину, о наличии дефекта в светодиоде судят по величине разности значений первого и второго тепловых сопротивлений, при этом в случае, когда величина указанной разности превышает заданное значение, делают вывод о наличии дефекта в светодиоде. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности способа тестирования и снижение временных затрат на проведение тестирования. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения предельных параметров мощных биполярных транзисторов и может использоваться на входном и выходном контроле их качества. Способ согласно изобретению основан на использовании эффекта увеличения крутизны зависимости напряжения на эмиттерном переходе мощного биполярного транзистора при постоянном эмиттерном токе от коллекторного напряжения при приближении коллекторного напряжения к значению напряжения локализации тока. Контролируемый транзистор включают по схеме с общей базой, задают постоянный эмиттерный ток, на коллектор контролируемого транзистора подают напряжение, представляющее собой сумму линейно нарастающего напряжения, не превышающего предельно допустимое значение для данного типа транзисторов при заданном токе, и малого синусоидального напряжения, при напряжении на коллекторе, близком к нулю, определяют амплитуду переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора и затем определяют значения напряжения на коллекторе контролируемого транзистора, при которых амплитуда переменной составляющей напряжения на эмиттере контролируемого транзистора становится равной и соответственно, где k1 и k2 - заданные коэффициенты превышения начальной амплитуды, причем k2>k1, и искомое напряжение локализации тока вычисляют по предложенной расчетной формуле. Изобретение обеспечивает повышение точности определения напряжения локализации тока в мощных ВЧ и СВЧ биполярных транзисторах при однократном измерении. 3 ил.

Наверх