Устройство для измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои737891

Союз Советскнк

Соцнапнстнческык

Республик

/у (61) Дополнительное к авт. свид-ву - („г

G 01 R 31/26 (22) Заявлено 140977 (21) 2523991/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 300580. Бюллетень ¹

Дата опубликования описания 05. 06 . 80

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

/ (53) УДК 821 З82 З (088. 8) (72) Автор изобретения

В. Л. Свирид

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

СОСТАВЛЯЮ(11ИХ ДРЕЙФА ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕВЫХ

ТРАНЗИСТОРОВ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов, обусловленных подвижностью носителей заряда в канале и контактной разностью потенциалов между затвором и каналом, с повышеннбй точностью и быстродействием и может быть использовано при технологическом контроле тепловых и других параметров полевых транзисторов различных типов .

Известны Устройства для измеРения 15 температурных коэффициентов параметров различных элементов, например емкости конденсаторов, основанные на определении изменения параметров исследуемого элемента, вызванного изме- 2{) нением температуры окружающей среды и содержащие термостат с,двумя каме..рами, в которых поддерживается различная температура, систему транспортировки исследуемых элементов из одной 25

-камеры в другую, автоматический мост переменного тока с двумя системами уравновешивания. и блоки памяти для запоминания ийформации после кажi дого уравновешивания мсста (11. 30

Эти устройства при определении температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов не обеспечивают соответствующей точности измерений вследствие специфических особенностей исследуемых элементов, состоящих в том, что в в них источники дрейфа действуют совместно и влияют на выходные параметры в противоположных направлениях, усложняя получение и разделение информации об измеряемых коэффициентах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов, содержащее двухкамерный термостат с системой транспортировки исследуемого прибора из одной камеры в другую, регистрирующий прибор, преобразователь параметр-напряжение, соединенный с исследуемым прибором, генератор импульсов, два синхронных детектора, два аттенюатора, сравнивающие устройства, пропорциональный модулятор и источник, напряжений смещения, при этом генератор импульсов пОдклю. чен к первому и второму синхронным

737891 детекторам и пропорциональному модулятору, выход преобразователя параметр-напряжение соединен со входами первого и второго синхронных детекторов, выход первого детектора подключен непосредственнВ к одному иэ входов, а выход второго детектора через первый аттенюатор — ко второму входу первого сравнивающего устройства, соединенного с пропорциональным модулятором, второй вход сравнивающего устройства через второй аттенюатор подключен к клемме истока полевого транзистора, клемма затвора которого соединена с выходом пропорционального модулятора (2).

Данное устройство не обеспечивает высокой точности измерений вследствие специфических особенностей полевых транзисторов. Кроме того, устройство имеет низкую производительность, так как процесс измерений температурных 20 коэффициентов не автоматизирован.

Цель изобретения — повышение точности и автоматизация измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены четыре сиихронных детектора, два вычитающих устройства, делительное и множительноцелительное устройство, а также после-. довательно соединенные генератор-формирователь запускающих импульсов,- моностабильный элемент, логический элемент ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора = формирователя импульсов, а выход моностабиль ного элемента соединен с системой транспортировки исследуемого элемента, выход второго сравнивающего устройства соединен с клеммой источника полевого транзистора, а входы — с соответствующими выходами второго синхронного детектора и блока напряжений сме- 40 щения, первые входы третьего и четвертого синхронных детекторов подключены к выходу первого сравнивающего устройства, а пятого и шестого — к выходу первого вычитающего устройства, вторые входы третьего и пятого синхрон« ных детекторов подключены к выходу генератора-формирователя импульсов, а четвертого и шестого — к выходу логического элемента ИЛИ, выходы пятого «0 и шестого синхронных детекторов соединены с соответствующими входами второго вычитающего устройства, выход которого соединен с одним,из перемножа« ющих входов множительно-делительного устройства, второй перемножающий и делительный входы которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого синхронных детекторов, выходы которых соединены с соответствующими входами третьего вычитающего 60 устройства, выход которого соединен с одним из входов делительного устройства, второй вход которого подклю чен к выходу четвертого синхронного детектора, а выход — к первому входу 65

Регнстрирующего прибора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам множительно-делительного устройства и логического элемен та ИЛИ.

Известно, что

- —:{,.)l, ар

Uy„k >No (,) о

3 s -0 „ЭР ЭО „(о „)

Р воза >"o где ot u p — измеряемые температурные коэффициенты составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов, обусловленных соответственно относительной подвижностью .носителей заряда в канале и контактной разностью потенциалов между затвором и каналом;

)(- степейь аппроксимирующего полинома характеристик управления полевого транзистора {для большинства типов полевых транзисторов), х = 2— для сток-затворных характеристик

f(U „ ) и х = 1 — для характеристик крутйзны S = f(U>q ) в усилительном режиме и проводимости канала

G f(U ) s режиме управляемого сопротивления; „(()э„ ) и Д-(U ) производные параметров Р по найряжению затвор-исток О „ характеристик управления полевого транзистора в термостабильной точке Ц при двух значениях температуры окружающей среды соответрI ственно to u to (под параметрами р следует понимать такие параметры полевого транзистора, как ток стока Л„ крутизна S, проводимость канала G);

U, и U ö ñ. — напряжение отсечки пслевого транзистора при температурах окружакИцей среды соответственно и to

Если перейти к линейным характеристикам, например проводимости канала (х = 1), то отпадает необходимость определения параметрОв полевого транзистора в термостабильной точке и выражения (1) и (2) можно представить через конечное приращение в следующем виде

1 !

"ьотс. эмотс,

С оотноеаения (3) и (4) справедливы в том случае, если в процессе измерений независимо от изменения температуры окружающей среда выполняется условие (4.Ci i (5) 5

737891 б5 действия д 1) „,несущего информацию о

Ik 2 - й1

Так им обра эом, устройство в автоматическом режиме производит измере- ние напряжения отсечки и приращений напряжений, пропорциональных йроизводных, при двух значенйях температуры окружающей среды и в соответствии с (3), (4) и (5) определяет искомые температурные коэффициенты, обеспечивая выигрыш в точности и быстродействии измерений.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения температурных

1<оэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов; на фиг. 2 — характеристика проводимости канала полевого транзистора при двух значениях температуры о;<ружающей среды, поясняющие принцип измерения; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит ряд функциональных систем. Исследуемый транзистор 1, преобразователь 2 параметр-напряжение, первый и второй синхронные детекторы 3 и 4 и пропорциональный модулятор 5, управляемые генератором 6 импульсов, а также первый аттенюатор 7, с коэффициентом затухания равным двум, и первое сравнивающее устройство 8 образуют систему измерения производной проводимос- . ти канала по напряжению затвор-исток полевого транзистора. Второй аттенюатор 9, соединенный с клевой истока исследуемого транзистора 1, и имеющий коэффициент затухания, равный двум, и первое вычитающее уст. ройство 10 оьеспечивают непосредственный отсчет напряжения отсечки ° Источник ll напряжений смещения и второе сравнивающее устройство 12, соединенное с клеммой затвора транзистора 1, образуют систему стабилизации проводимости в одной из точек исследуемой характеристики независимо от влияния температуры окружающей среды, которая позволяет автоматически выполнить условие (5). Двухкамерный термостат 13 с системой транспортировки, 14 исследуемого элемента из одной камеры в другую позволяет произвести модуляцию по температуре параметров полевого транзистора. Третий и четвертый синхронные детекторы 15 и 16, третье вычитающее устройство 17 и делительное устройство 18 представляют собой канал измерения температурного коэффициента составляющей дрейфа параметров, Обусловленной подвижностью носителей заряда в канале (3), В состав канала измерения температурного коэффициента составляющей дрейфа параметров, обусловленной контакт ной разностью потенциалов между затвором и каналом (4), входят пятый и шестой синхронные детекторы 19 и 20, второе вычитающее устройство 21 и множительно-делительное устройство 22. Регистрирующий прибор 23 осуществляет индикацию измеряемых величин. Управление всеми системами устройства производится с помощьщ генератора-формирователя 24 запускающих импульсов, моностабильного элемента 25 и логического элемента ИЛИ 26.

При подключении к измерительным клеммам устройства полевого транзистора 1 его рабочая точка оказывается смещенной в область максимума проводимости исследуемой характеристики под влиянием большого раэностного сигнала, возникающего в сравнивающем устройстве 12 за счет опорного напряжения источника 11 и отсутствующе- го в данный момент напряжения синхронного детектора 4, что способствует образованию напряжений на выходах преобразователя 2 параметр-напряжение и синхронных детекторов 3 и 4 в резуль20 тате непрерывной работы генератора 6.

Выходное напряжение детектора 4, преодолевая в сравнивающем устройстве 12 опорное напряжение источника 11, переводит рабочую точку полевого транзистора 1 на участок характеристики, определяемый начальными условиями, с последующей стабилизацией в установив шемся режиме проводимости G(Оз„ ) (фиг. 2) с заданной точностью, независимо от влияния различных факторов, за счет изменения напряжения U>q . Одновременно с этим выходное напряжение детектора 4, ослабленное аттенюатором в соответствующее число раз, сравнивается с пОлным напряжением детектОра 3 в устройстве 8. Результат сравнения, усиленный в этом же устройстве, а затем преобразованный в пропорциональном модуляторе 5 в импульсное напряжение прямоугольной формы, воздействуя на затвор, вызывает модуляцию проводимости канала полевого транзистора, при этом на выходе преобразователя 2 образуется напряжение,пропорциональное глубине модуляции д G (фиг. 2) .

45 В дальнейшем это напряжение с помощью синхронных детекторов 3 и 4 разделяется по временному принципу с последующим накоплением информации в виде на пряжений„ соответствующих максималь50 ному (1)зи ) и минимальному +- значениям проводимости канала транзистора в пределах модулирующего воздейст-. вия. Таким образом, при выборе необходимых начальных условий работы детекторов 3 и 4 и модулятора 5, синхронизм которых обеспечивается генератором 6, данная система авторегулировки приходит в равновесное состояние, непрерывно поддерживая постоянной с заданной степенью тбчности и s соот60 ветствии с уровнем затухания аттенюатора 7 глубину модуляции проводимости канала полевого транзистора 1, независимо от действия различных факторов, эа счет изменения входного воз7

737891 производной проводимости исследуемой обрабатывается в соответствии с (4) характеристики. Напряжеййе"смещенйя в канале измерения второго температурU q определенной полярности, поступаю- ного коэффициента 8, т. е. вычитаетщее с выхода сравнивающего устройст- ся э устройстве 21 с хранимым напрява 12 и ослабленное в два раза атте- жением детектора 19, а получаемая раз-. нюатором 9, вычитается в устройстве ность перемножается с хранимым напря10 с выходным напряжением сравниваю5 жением детектора 15 и делится на изщего устройства 8, а затем усиливаЕт- меняющееся напряжение детектора 16 в ся s два раза, образуя напряжение от- множительно-делигельном устройстве 22. сечки U „. исследуемого транзистора Спустя три-четыре тепловых постоянных (фиг 2) " которое"-поступает дпя даль- переход-среда полевого транзистора, 1О o нейшей обработки на синхронные детек- когда температура кристалла торы 19 и 20: Одновременно с ним вы- (фнг. 3 а) станет равной температуре д! - ходное напряжение сравнивающего уст- другой камеры термостата t и дальройства 8, соответствующее производ- нейшее изменение наклона характеристиной проводймости 4 П „, воздействует ки проводимости (фиг. 2) прекращается, на информационные входы синхронных 15 мбностабильный элемент, возвращаясь детекторов 15 и 16. К этому моменту - в исходное состояние, заканчивается времени полевой транзистор 1, нахбдясь формирование управляющего импульса в одной из камер термостата 13, приоб- (фиг. 3 в), переводя синхронные детекретает температуру кристалла t„p. торы 16 и 20 в режим хранения накоп-, -(Фиг. 3 а). Под влиянием управляюще- Щ ленной информации о производной Ь U го импульса (фиг. 3 б) генератора-фор- и Напряжении отсечки tJ p.д, ., соответсто мирователя 24, воздействующего на уп- вующими температуре t, и, воздей"" " равляющие входы синхронных детекторов ствуя на систему транспортировки 14, 15 и 19 непосредственно, а 16 и 20 — возвращает ее в исходное состояние. через логический элемент ИЛИ 26, в При этом изымается старый и подключадетекторах 15 и 16 накапливается ин- ется к измерительным клеммам устройства новый транзистор, находящийся а s детекторах 19 и 20 — о напряженйи, в первой камере термостата и успевотсечки U соответствующих харак- шнй заблаговременно прогреться до

3и. дтс., о т- рнстике проводимости канала при тем- температуры t, а измерительное устпературе t (Фиг. 2). По окончанию ройство подготавливается к новому е

30 управляющего импульса (фиг. 3 б), дли- циклу измерений. Отрицательный пере"тельность которого зависит" от времени пад напряжения, который образовываетустанбэления переходных процессов в ся на выходе логического элемента И а ИЛИ

Сйстемах авторегулировок, синхронные 26, разрешает регистрирующему прибору детекторы 15 и 19 переходят в режим 5 20 индикациию выходных напряжений дехранения информации, а моностабиль- лительного 18 и множительно-делительный элемент 25 формирует импульс ного 22 устройств, которые к данному (фиг. 3 э), который, воздействуя на моменту времени оказываются точно систему транспортировки 14 и логичес- соответствующими измеряемым коэффицикий элемент ИЛИ 26, перемещает иссле-4Q ентам. Спустя некоторое предельно кодуемый транзистор 1 в другую камеру с роткое время (индикация измеряемых температурой д и продолжает сохранять температурных коэффициентов предыдупрежний режим Работы синхронных детек- щего транзистора может производиться торов 16 и 20 (управляющие""иййульсМ во время измерения параметров послена фиг. 3 г). По мэре прогрева транзис дующего транзистора), снова срабатыэа- . тора (фиг. 3 а) изменяется наклон ис- ет генератор-формирователь 24 и про- следуемой характеристики (фиг. 2), цесс в измерительном устройстве перипри этом системы стабилизации прово- однчески повторяется описанным выше димости G (U ) и глубины модуляции.

blA способом, производя измерения темпепроводимости AG, стремясь воспрепят- 5О Ратурных коэффициентов составляющих ствдвать изменению этих параметров, дрейфа параметров все новых и новых " =вйэйвают йзменения напряжения смеще- транзисторов. ния П и модулирующего воздействия„

30 Предлагаемое устройство отличается а У „, что приводит к непрерывному на- от известного повьыенной точностью коплению информации о производной про- и быстродействием. Выигрыш в точносводимости и напряжении отсечки раз- ти измерений заключен, прежде всего, 55 дельно в синхронных детекторах 16 и s методе определения соответствующих

20. Изменяющееся напряжение детекто- коэффициентов. Температурный коэффира 16 обрабатывается в соответствии циент состаэлякицей, обусловленной отс (3)- в канале измерения .температурно- носительной подвижностью носителей го коэффициента at,,т. е . вычитается 4() заРяда в канале, в соответствии с об"э устройстве 17 с хранимым напряжени- щепринятой методикой определяется соем детектора 15, а образующаяся раз- отношением ность подвергается делению в устрой- aр . (О,м ®p стве 18 на это же напряжение. Одновременно с этим, выходное детектора 20 65 еноте. эи

737891

Формула изобретения

Отсюда выигрыш в точности измере= сия 4 .р у.р

Температурный коэффициент составляющей, обусловленной контактной разностью потенциалов между затвором и каналом, при определении известными методами о

Сравнивая данное выражение с (2), получают выигрыш в точности измерения(ЭР )аР р рэ ао,„(ъиДао „(» 1= а /к

Таким образом, при исследовании полевых транзисторов с усредненными параметрами: 4 = 0,66%/ С, о

2,2 мВ/ С и условия х = 1, М вЂ” 50 С, Пзр „, = 3 В, выигрыш в точности измерений коэффициентов составляет В,э 1,33 и В, 1,49. Очевидно, выигрыш будет возрастать по мере увелио чения разности температур 4 t и.при исследовании полевых транзисторов с меньшим напряжением отсечки.

Проведенный анализ погрешносreA показывает, что". при указанных выше условиях среднеквадратическая погрешность измерения коэффициентов не превышает д C + 0,7%, с/ 4 + 1%.

Количественную оценку выигрыша в быстродействии измерений произвести невозможно, так как изнестное устройство не автоматизировано. Однако предлагаемое устройство не уступает по быстродействию лучшим автоматизированным устройствам, предназначенным для измерения температурных коэффициентов Различных элементов, так как его время измерения не превышает трехчетырех тепловых постоянных переходсреда полевых транзисторов.

Устройство для измерения температурных коэффициентов составляющих дрейфа параметров полевых транзисторов, содержащее двухкамерный термостат с системой транспортировки исследуемого прибора из одной камеры в другую, регистрирующий, прибор, преобразователь параметр — напряжение, соединенный с исследуемым прибором, генератор импульсов, два синхронных детектора, два аттенюатора, сравнивающие устройства, пропорциональный модулятор и источник напряжений смещения, при этом генератор импульсов подключен к первому и второму синхронным детекторам и пропорциональному моду" лятору, выход преобразователя параметр — напряжение соединен со входами первого и второго синхронных детекторов выход первого детектора

I подключен непосредственно к одному .из входов, а выход второго детектора через первый аттенюатор — ко второму входу первого сравнивающего устройства, соединенного с пропорциональным модулятором, второй вход сравнивающего устройства через второй аттенюатор подключен к клемме истока полевого транзистора, клемма затвора которого соединена с выходом пропорционального модулятора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и автоматизации измерений в него введены четыре син-, хронных детектора, два вычитающих устройства, делительное и множитель» но-делительное устройства, а также последовательно соедйненные генера 5 тор-формирователь запускающих импульсов, моностабильный элемент, логичес1 кий элемент ИЛИ, причем второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу генератора-формирователя, а выход моно20 стабильного элемента соединен с системой транспортировки исследуемого прибора, выход второгб сравнивающего устройства соединен с клеммой истока полевого транзистора, а входы — с соответствующими ныходамй второго синхронного детектора и блока напряжений смещения, перные входы третьего и четвертого синхронных де-. текторов подключены к выходу первого сравнивающего устройства, а пятого и шестого — к выходу первого вычитающего устройства, вторые входы третьего и пятого синхронных детекторов подключены к выходу генератора-формирователя импульсов, а четвертого и шестого — к выходу логического элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого синхронных детекторов соединены с входами второго вычитающего устрой, ства, выход которого соединен с одним

4(j из перемножающих нходов множительноделительного устройства, второй перемножающий и делительный входы которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого синхрон45 ных детекторов, выходы котоРых, кРоме того, соединены с входами третьего вычитающего устройства, выход которого соединен с одним из входов делительного устройства, второй вход которого подключен к выходу четвертото синхронного детектора, а выход— к первому входу регистрирующего прибора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам .множительно-делительного устройства и логического элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 G 0l R 25/00i 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 543894, кл.. G 01 R 31/26, 1975 (прототип) . 7 37891

Эи

Фиг, Q а) г) Составитель В. Немцев

Редактор Е. Дорошенко Техред И,Асталош Корректор С ° Шекмар

Заказ 2563/7

Тираж 1019

Подлисное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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