Устройство для измерения пороговых напряжений моп- транзисторов

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 280378(21) 2595945/18-25 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет—

Опубликовано 15,1179 Бюллетень Ио 42

Дата опубликованию описанию 1811.79 (51)М. Кл.

G R 31/26

Государствеиный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 821. 382. 3 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Н ° И. Хцынский и В.А. Тальнова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРОГОВЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

МОП-ТРАНЗИСТОРОВ

Изобретение относится к электрон ной промьгпленяости и может быть использовано для контроля параметров

МОП-транзисторов и исследования характеристик интегральных схем на их основе.

Известно устройство для измерения пороговых напряжений МОП-транзисторов, содержащее источник опОрного напряжения, токозадающий резистор, источник питания цепи стока испытуемого МОП-транзистора и операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключен исток испытуемого транзистора, а к выходу — его затвор.15

Благодаря введению большого сопротивлейия токозадающего резистора в цепи стока протекает ток очень малой величины и при этом на выходе операционного усилителя устанавливается напряжение, близкое к пороговому.

Причем выходное напряжение операцион. ного усилителя тем ближе к пороговому, чем меньше заданный уровень тока стока f.12.

Однако это устройство позволяет измерять пороговые напряжения МОПтранзисторов только в индуцированным каналом и только в режиме насыщения.

Кроме того, для получения достаточно хорошей точности измерений устройство требует применения операцирн- ных усилителей с очень высоким вход-, ным сопротивлением и большим усилением.

Известно также устройство для измерения пороговых напряжений МОПтранзисторов, содержащее источники питания стока, затвора и подложки испытуемого транзистора, фиксатор уровня тока стока, в который входят эталонные резисторы, служащие для

его измерения, схема начального смещения, следящая система, обеспечивающая установление на затворе такого напряжения, при котором в цепи исток-сток транзистора протекает заданное фиксатором значение тока, и индикатор, измеряющий установившееся напряжение на затворе, соответствующее пороговому при достаточно малом значении тока (21.

Это устройство более универсально, так как позволяет измерять че только ,пороговые напряжения транзисторов с индуцированным каналом, но и напряжения отсечки транзисторов с встроенным каналом.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содер697937 жит два аналоговых ключа, два аналоговых запоминающих элемента, решающее устройство, регистрирующее устройство, а также коммутируемый источник тока стока испытуемого транзистора. Работа устройства основана на использовании известной аппроксимирующей квадратичной зависимости тока стока от напряжения на затворе МОП-транзистора в области насыщения ст= (Паств 1)пор ) (1)

)о где 1 т — ток в цепи исток-стоку — постояннйй коэффициент (конструктивный параметр);

Пзц в — напРЯжение на затвоРе; 15

U nop — пороговое напряжение.

При коммутации тока стока на зат,воре транзистора устанавливаются соответствующие з»ачеыия напряжений.

Если выбрать такие значе»ия тока, чтобы они отмечались в 4 раза, то на затворе транзистора устанавливаются при этом такие напряжения, по которым легко определяется пороговое напряжение из уравнения, которое решает несложное решающее устройство

" р зг (2) где U — напряжение »а затворе транзистора при протекании через него тока2; 3()

U — напряжение на затворе транзистора при протекании через него тока 4Х (3).

Недостатком указанного устройства 31 является то, что оно позволяет измерять только пороговые напряжения

МОП-транзисторов с и»дицированным ,каналом, поскольку в нем нет возможности изменять полярность напряжения между затворам и истоком испытуемого транзистора, а также проводить эти измерения только в режиме насыщения тран зис тора.

Цель изобретения — расширение области применения устройства для измерения пороговых напряжений МОПтранзисторов.

Указанная цель достигается тем, что в устройс во, содержащее два аналоговых ключа, два аналоговых запоминающих элемента, решающее устройство, регистрирующее устройство, введены генератор низкой частоты, подключенный к затвору испытуемого транэисгора и к управляющим входам аналого- 55 вых ключей, источник стокового напряжения, подключенный к стоку транзис тора через коммутирующее устройство, выход которого соединен с решающим устройством, эталонный резистор, од- 6П ним выводом соединенный с общей шиной, а другим — с истоком транзистора и инвертирующими входами двух компараторов напряжения, к неинвертирующим входам которых подключены два ис- 65 точника опорных напряжений, выходь, компараторов напряжения через схемы формирования импульсов управления соединены с аналоговыми ключами.

Такое устройства позволяет иэмерять как пороговые напряжения МОПтранзисторов с индуцированным каналом, так и напряжения отсечки полевых транзисторов с встроенным каналом, причем не только в режиме насыщения, но и в ненасыщенной области, а также независимо от длины канала транзистора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 низкой частоты, клеммЫ для подключе»ия затвора 2, стока 3 и истока 4 испытуемого транзистора, коммутирующее устройство 5, источник стокового на- пряже»»я б, эталонный резистор 7, источ»ики опорного напряжения 8 и 9, кампараторы напряжения 10 и 11, схемы формирования импульсов управления 12 и 13, аналоговые ключи 14 и 15, аналогавые запоминающие элементы 16 и

17, решающее Устройство 18 и регистрирующее устройство 19.

Устройство работает следующнм образом.

Генератор низкой частоты 1 подает на затвор 2 испытуемого транзистора знакопеременное напряжение (например, синусоидальнае) с. большей, чем ожидаемый диапазон измеряемых пороговых напряжений амплитудой. На сток 3 испытуемого транзистора через коммутирующее устройство 5 подается постоянное напряжение от источника стокового напряжения б, В цепь истока 4 включен эталонный резистор 7, на котором создается падение напряжения от тока, текущего через транзистор. К истоку подключены также инвертирующие входы кампараторов напряжения 10 и 11, на неинвертирующие входы которых поданы опорные напряжения

U „и П „от источников 8 и 9. Ком1 2 параторы напряжения 10 и 11 и схемы формирования импульсов управления

12 и 13 настроены таким образом, что их срабатывание происходит по одному разу в течение периода изменения напряжения низкой частоты на затворе 2 транзистора от максимального положительного до максимального отрицательного или наоборот, в зависимости от типа проводимости канала транзистора, Причем срабатывание происходит в моменты равенства падений напряжений на эталонном резисторе 7 значениям опорных напряжений Uan и U n оп оп2.

Выходные импульсы схем формирования импульсов 12 и 13 открывают аналоговые ключи 14 и 15 и в течение действия этих импульсов на аналоговых запоминающих элементах 16 и 17

697937 происходит запоминание напряжений на затворе 2 транзистора U u

Uja q соответствующих найряжениям

Uonq ° Напряжения U yqyg< и

U q в поступают .на решающее устройство 18,- которое вычисляет экстраполированное пороговое напряжение и подает его на регистрирующее устройство 19.

В зависимости от того, в каком режиме (насыщенном или ненасыщенном) необходимо производить измерения, коммутирующее устройство 5 обеспечивает соответствующий режим измерений испытуемого транзистора и одновременно изменяет функцию, которую вычисляет решающее устройство 18, В насыщенном режиме вычисление производится по формуле жатв затв (3) пор где т„ а в ненасыщенном режиме — по формуле ст

tu -u — — 0- ) ьс(тв р ьс4тв 2 пор (4) т где k у — т„

U — напряжение на стоке, ст

По сравнению с известными предлааемое устройство имеет более широкие озможности при измерении порогового напряжения или напряжения отсечки палевых транзисторов, а также создает воэможность автоматизации измерения этих напряжений и других параметров транзисторов (крутизны, коэффицкента1 влияния подложки,.подвижйости носи- телей в канале) °

Формула изобретения устройство для измерения порого= вых напряжений ЫОП-транзисторов, содержащее два ключа, два запоминающих элемента, решающее устройство, регистрирующее устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос тей устройства,.в него введены генератор низкой частоты, подключенный к затвору испытуемого транзистора и к управляющим входам ключей, источник стокового напряжения, подключенный к стоку транзистора через коммутирующее устройство, выход которого соединен с решающим устройством, эталонный резистор, одним выводом соединенный с общей шиной, а другимс истоком транзистора и инвертирующими входами двух компараторов напряжения, к неинвертирующим входам которых подключены два источника опорных напряжений, выходы комйараторов напряжения через схемы формирования импульсов управления соединены с ключами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Грэм. Измерение !параметров транзисторов с помощью схем на опеРационных усилителях. Электроника

1972, т, 45, Р 5, с. 45-52, 2. Бйнгелис A.Þ. и др. Комплект ,аппаратуры для измерения параметров полевых транзисторов . . Обмен. опь1том в радиопромышленности, 1971, вып, 2, с. 42 44.

3. Уилнаи. Определение пороговЪго напряжения палевого МОП-транзистора с помощью одного измерения. Электроника, 1972, т 45, Р 19, с 80

81, ЦНИИПИ Заказ 6556/1 3

Тираж 1073 Подписное

Филиал IIIIII Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4