МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВАХ


Главная » Статьи » МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВАХ

УДК 621.382.3:621.317.6

МЕТОД  ИЗМЕРЕНИЯ ВАХ

 

Лисенков Б.Н., Грицев Н.В., Бруек А.А..

Открытое акционерное общество “МНИПИ”, Минск, Республика Беларусь

 

В измерителях вольтамперных характеристик (ВАХ) предназначенных для исследования полупроводниковых объектов тестирования (ПОТ) повышенной мощности, для воздействия на ПОТ используют  регулируемое испытательное напряжение  синусоидальной формы с частотой сети [1].

При цифровом измерении ВАХ в режиме синусоидальной развертки, отношение скорости (частоты) дискретизации испытательного сигнала к частоте сети определяет  число измеренных точек ВАХ, которое в известных приборах составляет 200÷256 шт. [2,3].

Однако, при использовании синусоидальной развертки в диапазоне малых токов и больших напряжений возникает типичное искажение формы ВАХ известное под названием “петля”, что резко увеличивает погрешность измерений.

Искажения ВАХ в виде “петли” возникают в связи с неизбежным наличием в измерительной цепи паразитной электрической емкости, равной сумме емкости выходной цепи измерителя, емкости соединительного кабеля и емкости ПОТ. При быстром изменении испытательного напряжения от минимума до максимума и обратно, через паразитную емкость протекает реактивная составляющая тока, которая регистрируется и отображается измерителем ВАХ наряду с искомой активной составляющей, обусловленной  омическими свойствами ПОТ. При этом, изображение графика ВАХ распадается на две ветви, одна из которых соответствует восходящей, а другая - нисходящей ветвям синусоиды.

Искажения типа  “петля” снижают путем уменьшения скорости изменения испытательного напряжения. Напряжение  синусоидальной формы выпрямляют, сглаживают с помощью накопительного конденсатора, и медленно изменяют регулировкой амплитуды исходного переменного напряжения [2,3].

Благодаря этому, величина паразитной емкостной составляющей тока уменьшается и, тем самым, обеспечивается возможность измерения ВАХ в области высоких напряжений и малых токов сравнительно простыми средствами.

Однако, после выпрямления и сглаживания получают постоянное испытательное напряжение с пульсациями, которые оказывают существенное влияние на результаты измерения, причем с увеличением тока через ПОТ амплитуда пульсаций увеличивается.

Нами разработан новый метод измерения ВАХ, исключающий влияние пульсаций испытательного напряжения на погрешность измерения без аппаратных затрат, поскольку не требуется изменения скорости дискретизации по отношению к режиму синусоидальной развертки.

При цифровом измерении ВАХ с помощью испытательного напряжения постоянного уровня, его  формируют путём выпрямления переменного напряжения регулируемой амплитуды и сглаживания пульсаций.  Развертку ВАХ осуществляют регулировкой амплитуды переменного напряжения, а координаты Х и Y точек ВАХ определяют путём одновременного измерения мгновенных значений сигналов тока и напряжения, воздействующих на ПОТ.

Согласно предлагаемому методу, на участке испытательного напряжения, соответствующем выпрямленной полуволне исходного переменного напряжения, определяют координаты множества из N точек ВАХ. Для отображения ВАХ  в виде графика или в виде таблицы координат из измеренного множества N точек выбирают лишь одну точку, расположенную на участке с малой скоростью изменения испытательного сигнала.

 Новым является то, что момент времени, когда производится измерение координат отображаемой точки ВАХ, задают с помощью постоянной задержки относительно начала выпрямленной полуволны переменного напряжения, а также способ формирования этой задержки.

Для иллюстрации предложенного метода измерения ВАХ, на рисунке 1 представлены временные диаграммы двух сигналов напряжения, первый из которых - Uвып., получен путем однополупериодного выпрямления переменного напряжения с частотой сети, а второй - Uисп., путем сглаживания выпрямленного напряжения.

Форма и взаимное расположение сигналов определены с помощью двухканального осциллографа, но, для наглядности, размах пульсаций на рисунке увеличен относительно амплитуды выпрямленного напряжения. Из рисунка видно, что пульсации сглаженного испытательного сигнала имеют сложную форму, а скорость изменения сглаженного сигнала существенно изменяется в течение периода.

Кроме того, на рисунке показано взаимное расположение на временной оси моментов дискретизации испытательного сигнала с указанием номеров 1…N/2…iN соответствующих этим моментам и отмечены интервалы времени  t1, t2 и t3, в течение которых испытательный сигнал напряжения изменяется сравнительно медленно.

Рис.1 -  Временные диаграммы выпрямленного Uвып. и испытательного Uисп. сигналов напряжения, где   Uа – амплитуда выпрямленного напряжения, Ui – мгновенное значение испытательного напряжения в       i-той точке измерения ВАХ, N – количество моментов измерения, T – период сети.

Как видно из рисунка, форма испытательного сигнала Uисп. на участке между интервалами t1 и t3 повторяет форму выпрямленного напряжения Uвып, так как из-за большого сопротивления выпрямительного диода, при малой величине напряжения на нем, сглаживающий конденсатор никогда не заряжается до напряжения Uа. В течение интервала t1 напряжение испытательного сигнала Uисп. существенно меньше Uа. Интервал t2 весьма мал и, из-за большой скорости изменения напряжения за его пределами, возможно появление искажений ВАХ типа “петля”. Поэтому, использование участков t1 и t2  испытательного сигнала для определения координат отображаемых точек ВАХ нецелесообразно.

Для измерения ВАХ согласно предлагаемому методу, в ИППП-3 используется участок испытательного сигнала на интервале t3, на котором напряжение испытательного сигнала Uисп мало отличается от амплитуды выпрямленного напряжения Uа, а паразитная емкостная составляющая тока минимальна.

При этом, задержку момента определения координат отображаемых точек ВАХ относительно начала выпрямленной полуволны переменного напряжения формируют в процессе дискретизации сигналов тока и напряжения воздействующих на ПОТ. Дискретизацию осуществляют с постоянным интервалом равным  T/2N, причем в ИППП-3 N равно  200 [3].

Принцип формирования упомянутой задержки заключается в том, что все точки ВАХ, полученные в процессе дискретизации, нумеруют от 1-й до N-й, а в качестве координат отображаемой точки ВАХ используют координаты i-й точки, расположенной на участке испытательного сигнала с малой скоростью изменения напряжения, как показано на рисунке 1.

 

1.         Измеритель характеристик полупроводниковых приборов Л2-56. Техническое описание. - 177 с.

2.         370B Programmable Curve Tracer. User Manual. – USA: Tektronix, Inc 1990.- 238c.

3.         Измеритель параметров полупроводниковых приборов ИППП-3. Руководство по эксплуатации. УШЯИ.411251.005  РЭ. часть первая 41с., часть вторая 34с.



Версия для печатиВерсия для печати