专利名称：半导体器件特性测试装置的制作方法
技术领域：
本发明属半导体器件和电阻性双口网络特性的测试装置。
现有的半导体器件特性测试装置，国际上有代表性的是美国Tekt-ronix公司生产的Type 576Curve Tracer，Type 577 Curve Tracer;国内产品为QT2型晶体管特性图示仪等。国内外现有的这一类图示仪，其工作原理大致相同，都是以波形分别为正、负半波正弦波的电压源为测试扫描信号，以正、负阶梯的阶梯波电压源和电流源为控制信号，被测器件两端的电压和流经相应端口的电流分别由电压、电流测试电路进行测量，然后分别加到显示装置的水平通道和垂直通道，在萤光屏上将被测器件的特性以曲线形式显示出来。这类图示仪只能直接测试电压控制型半导体二端器件的i-v特性和三端或双口器件的输入、输出特性曲线族，并且只能分别显示上半平面或下半平面的特性，而不能直接测试电流控制型半导体二端器件的i-v特性，特别是不能测试半导体三端或双口器件(或网络)的正、反向传输特性。目前，对半导体三端或双口器件(或网络)的正、反向传输特性的直接测试，还是国际上半导体器件特性测试方法和技术上长期存在的难题和空白，因而半导体器件生产厂家从未能在其产品手册上给出直接测得的有关器件的正、反向传输特性曲线族和相应的参数，对正确使用有关器件带来诸多不便。同时，上述半导体器件特性测试仪，在测试负电阻器件的特性时，测试电路与被测负电阻器件构成的系统常常容易产生振荡，一旦这种振荡现象发生，被测特性曲线最感兴趣的负阻区段就变得模糊不清，使测试工作无法正常进行。
本发明的目的是针对现有半导体器件测试仪所存在的问题，提出一种能直接测试电压控制型、电流控制型和既非压控，又非流控的混合型半导体二端器件的i-v特性以及半导体三端或双口器件(或网络)的输入，输出特性和正、反向传输特性等六组标准特性曲线族(其六组标准特性表示式如表一所示)的半导体器件(或网络)特性测试装置。本发明的进一步目的还在于设计一种具有寄生振荡抑制电路的半导体器件(或网络)特性测试仪，以有效地抑制在测试负电阻器件特性时出现的振荡现象，使这种器件的负电阻特性稳定清晰地在测试装置中显示出来。
本发明的目的可通过图1所示的电路框图构成的设计方案实现，在装置的设计方案中包括一个产生输出波形为正、负半波或全波正弦波扫描信号的扫描信号产生电路，一个产生输出波形按正阶梯或负阶梯变化的阶梯波信号的阶梯信号产生电路，以及电流、电压测量电路和显示装置等，将扫描信号产生电路和阶梯信号产生电路(通称测试信号源电路)输出的测试信号(扫描信号和阶梯波信号)输入到被测器件(或网络)的有关端口，被测器件相应端口上的待测电流和电压传送到电流、电压测量电路进行测量，再将电流、电压测量电路的输出信号传送到显示装置以图示被测器件的特性曲线，所说的扫描信号产生电路产生的扫描信号包括电压源扫描信号Vs(t)和电流源扫描信号Is(t)，阶梯信号产生电路产生的阶梯波信号包括电压源阶梯信号Vst和电流源阶梯信号Ist;在装置中还设置有传输特性测试运算放大器，寄生振荡抑制电路和功能转换控制电路，功能转换控制电路具有若干控制端口，分别联接到扫描信号产生电路、阶梯信号产生电路的输出端和电流、电压测量电路的输入端，以及可插接半导体二端和三端或双口器件(或网络)的测试接插座的接插端口。用以对输入测试信号的类型(扫描信号Is(t)或Vs(t)，阶梯波信号Ist或Vst)和测试电路的连接方式进行切换以形成各待测半导体器件(或网络)特性的测试状态。传输特性测试运算放大器和寄生振荡抑制电路也分别接到功能转换控制电路中，传输特性测试运算放大器可通过功能转换控制电路接到装置的测试电路中的测试信号源输出与被测器件之间以测试半导体三端或双口器件(或网络)的传输特性，寄生振荡抑制电路通过功能转换控制电路连接在装置的测试电路中，使输入的扫描信号先经过寄生振荡抑制电路再加到被测器件(或网络)的相应端口上。
本发明的传输特性测试运算放大器通常用一个工作于线性区段的运算放大器，当测试半导体三端或双口器件(或网络)的传输特性时，通过功能转换控制电路切换，使Is(t)或Ist经过传输特性测试运算放大器的反相输入端加到被测器件的一个端口上，Vst或Vs(t)经过传输特性测试运算放大器的同相输入端加到被测器件的同一个端口上，传输特性测试运算放大器的输出端连到被测器件的另一个端口，同时与电流、电压测量电路的输入端相连接，当测量半导体器体(或网络)的其他特性时，该传输特性测试运算放大器通过功能转换控制电路切换而与测试系统脱离，并且其同相、反相输入端分别通过接地电阻接地，以切断其他信号的引入与防止产生干扰。
本发明的电流、电压测量电路的任务是测量被测器件(或网络)两端的电压和流经相应端口的电流，它可以由两条相同的测量电路通道构成(电流测量通道的输入端应先将被测电流转换成电压后再进行测量)，两个测量通道的输出分别送至特性显示装置的x、y输入端。特性显示装置(即示波器)可以和整部测试装置结合成一体，也可以采用单独的双线示波器，这时测试装置的其余部分装成一独立的测试装置，而将该装置中的电流、电压测量通道的两个输出用导线送到外接双线示波器的x、y输入端，利用双线示波器的功能将被测器件的特性在萤光屏上以曲线形式显示出来。
本发明的扫描信号产生电路可由正弦信号产生电路、波形变换电路、电流源扫描信号电路和电压源扫描信号电路组成，正弦信号产生电路输出的正弦信号加到波形变换电路的输入端，波形变换电路输出正、负半波或全波正弦波电压同时加到电流源扫描信号电路和电压源扫描信号电路的输入端，电流源扫描信号电路输出电流源扫描信号Is(t)。电压源扫描信号电路输出电压源扫描信号Vs(t)，Is(t)和Vs(t)分别接到功能转换控制电路的控制端口以加到被测器件的相应端子上。
本发明的阶梯信号产生电路可由正弦信号产生电路、阶梯波产生电路、波形变换电路、阶梯波电压源电路和阶梯波电流源电路组成，由正弦信号产生电路输出的正弦信号加到阶梯波产生电路输入端，阶梯波产生电路输出的阶梯波电压信号通过波形变换电路进行波形变换，输出正或负的阶梯信号加到阶梯波电压源电路的输入端，阶梯波电压源电路的输出分两路，一路作为电压源阶梯信号Vst加到功能转换控制电路的相应控制端口，另一路加到阶梯波电流源电路的输入端，阶梯波电流源电路输出正、负阶梯波电流源信号再通过波形变换电路进行极性控制，输出按正阶梯或负阶梯变化的电流源阶梯信号Ist加到功能转换控制电路的相应控制端口。
本发明的传输特性测试运算放大器，是一个工作于线性区段的运算放大器，该放大器实现了对奇异电路元件全零器和无定器的摸拟，利用全零器和无定器奇特的i-v特性，实现了把一个电流源和一个电压源同时加到被测半导体三端或双口器件(或网络)的同一个端口上，而在另一个端口上，又不因测量电路的接入而对被测器件的特性引入任何附加的影响，从而能将半导体三端或双口器件(或网络)的正、反向传输特性直接图示出来。在测试半导体三端或双口器件(或网络)的正、反向电流传输特性时，电流源扫描信号电路输出的电流源扫描信号Is(t)经过功能转换控制电路和传输特性测试运算放大器的反相输入端加到被测器件的一个端口上，与此同时，阶梯波电压源输出的阶梯波电压Vst经过功能转换控制电路和传输特性测试运算放大器的同相输入端加到被测器件的同一个端口上，在测试半导体三端或双口器件(或网络)的正、反向电压传输特性时，电压源扫描信号电路输出的电压源扫描信号Vs(t)经过功能转换控制电路和传输特性测试运算放大器的同相输入端加到被测器件的一个端口上，与此同时，阶梯波电流源信号Ist通过功能转换控制电路和传输特性测试运算放大器的同相输入端加到被测器件的同一个端口上。在上述的传输特性测试中，被测器件另一个端口上的电压或流过的电流由与传输特性测试运算放大器的输出端连接的电流、电压测量电路进行测量。
本发明的寄生振荡抑制电路可包括电流控制型器件寄生振荡抑制电路和电压控制型器件寄生振荡抑制电路。电流控制型器件寄生振荡抑制电路由与电流源扫描信号Is(t)并联的可变电阻Rp、切换开关以及一组电感(含电感等于零的情况，必要时可接外接电感)Rp与Is(t)并联后，通过切换开关与电感组中任一个电感(或外接电感)串联，再接到被测器件的相应端口，当测试电流控制型负电阻器件特性出现寄生振荡时，调节Rp和(或)通过切换开关选择串接电感组中合适的电感值，即可使寄生振荡受到抑制而消失。电压控制型器件寄生振荡抑制电路由与电压源扫描信号Vs(t)串联的可变电阻Rs、切换开关以及一组电容(含电容等于零的情况，必要时可接外接电容)组成，Rs与Vs(t)串联后，通过切换开关与电容组中的任一个电容(或外接电容)并联后再加到被测器件的相应端口上。当测试电压控制型负电组特性出现寄生振荡时，调节Rs和(或)通过切换开关选择与电容组中合适的电容值，即可使寄生振荡受到抑制而消失。上述寄生振荡抑制电路可以有效地抑制在测试负电阻器件特性时出现的寄生振荡，使测试电路稳定地工作，测得稳定清晰的负电阻器件特性。
本发明的功能转换控制电路可以是由若干切换开关(如SW1、SW2和SW3)和控制继电器(如J1、J2、J3和J4)组成的开关控制电路，它的特点是通过简单的开关操作，实现可测量流控型，压控型和既非流控又非压控的混合型半导体二端器件的i-v特性和三端或双口器件(或网络)的六组共12种标准特性的测量电路连接状态的切换。即在进行每一种特性测量时，功能转换控制电路将所需的测试信号输入到被测器件的相应端口，并将被测器件输出的被测参数传输到相应的电流、电压测量电路，与此同时，切断空闲电路的电源并将其输入端接地，以排除可能产生的干扰。
由本发明所提供的电路所构成的半导体器件特性测试装置，构思新颖，结构巧妙独特，测试功能齐全，工作稳定可靠，成为能全面测量并直接图示电压控制型，电流控制型和混合型半导体二端器件包括负电阻器件的i-v特性以及如表1所列的表示式所描述的半导体三端或双口器件(或网络)的输入，输出特性和正、反向传输特性等六组标准特性曲线族的新型半导体器件特性测试装置。
表1为半导体三端或双口器件(或网络)的六组标准物理特性表示式;
图1为本发明的总电路框图;
图2为本发明实施例的具体电路框图。
以下结合
本发明实施例结构细节如图2所示，本实施例包括由正弦信号产生电路(1)、波形变换电路(2)、电流源扫描信号电路(3)和电压源扫描信号电路(4)组成的扫描信号产生电路和由正弦信号产生电路(1)、阶梯波产生电路(5)、波形变换电路(2)、阶梯波电压源电路(6)和阶梯波电流源电路(7)组成的阶梯信号产生电路、电流、电压测量电路(8)、(9)，传输特性测试运算放大器(10)，寄生振荡抑制电路(11)，功能转换控制电路(12)，具有a、b、c三个接插口的器件(或网络)测试接插座(13)和为整个图示仪提供使有关电路正常工作所需要的直流电源的电源电路(14)，本实施例的特性显示装置采用独立的外接双线示波器，电流、电压测量电路(8)、(9)的输出分别送到外接双线示波器x.y输入端，利用双线示波器的功能将被测器件的特性在荧光屏上以曲线形式显示出来。由电流源扫描信号电路(3)输出的电流源扫描信号Is(t)、电压源扫描信号电路(4)输出的电压源扫描信号Vs(t)、阶梯波电压源(6)输出的电压源阶梯信号Vst和由阶梯波电流源(7)输出信号通过波形变换电路(2)进行极性控制后而输出的电流源阶梯信号Ist均分别加到功能转换控制电路(12)的相应控制端口，测试接插座具有a、b、c三个接插口，其中C口接地，a、b口分别接到功能转换控制电路(12)的相应控制端口。两条实际上完全相同的测量电路通道电流、电压测量电路(8)、(9)的输入端也分别接到功能转换控制电路(12)的相应控制端口，在电流、电压测量电路(8)、(9)的输入端之前分别带有电流转换成电压的电流测量电阻(R3-R6)和(R7-R10)分别由切换开关SW4和SW5选择量程。传输特性测量运算放大器(10)是一个工作于线性区段的运算放大器，其同相输入端，反相输入端以及输出端也接在功能转换控制电路(12)相应的控制端口，电阻R1和R2是可分别接在传输特性测量运算放大器同相和反相输入端的两个接地电阻。在寄生振荡抑制电路(11)中，与Is(t)并联的可变电阻Rp和切换开关SW6以及电感组L1-L6和外接电感插口L0构成电流控制型器件寄生振荡抑制电路，与Vs(t)串联的可变电阻R5，切换开关SW7以及电容组C1-C6和外接电容插口C0构成电压控制型器件寄生振荡抑制电路。功能转换控制电路(12)主要由一个三刀六位开关SW1、双刀三位开关SW2和SW3和与之配合的控制继电器J1、J2、J3、J4以及相应线路构成，SW1的六个位置分别对应于测量描述半导体三端或双口器件(或网络)的六组标准特性，它与控制继电器配合，在测试某一组特性时，自动地将测试这一组特性所需要的扫描信号和阶梯信号加到被测器件相应的端口，同时切断未用上的扫描信号电路的电源，并将该电路的输入端接地，SW3与控制继电器J3、J4配合，一方面，将电流、电压测量电路(8)、(9)的输入端接入到被测器件的有关端口上，以测量该端口上的电压或流过该端口的电流;另一方面，在测量半导体二端器件的i-v特性和三端或双口器件(或网络)的输入、输出特性时，利用电阻R1、R2将传输特性测试运算放大器IC的同相和反相输入端接地，以防止引入干扰信号，而在测量半导体三端或双口器件(或网络)的正、反向传输特性时，将扫描信号和阶梯信号通过传输特性测量运算放大器IC的同相和反相输入端加到被测器件的有关端口上，并且在测量电流或电压传输特性时，让电流、电压测量电路(8)、(9)同时处于电流或电压测量状态，以分别测量输入端和输出端的电流或电压。双刀三位开关SW2用以控制被测器件特性的类型，其第一位置(图2中从上往下)对应于测量半导体二端器件的i-v特性和三端或双口器件(或网络)的输入输出特性曲线族;第二、第三位置分别对应于测量半导体三端或双口器件(或网络)的电流与电压传输特性曲线族。双刀三位开关SW3用以切换加到被测器件上的扫描信号和阶梯信号，其第一位置(图2中从左往右算)用以测量半导体二端器件的i-v特性，第二位置对应于测量半导体三端或双口器件(或网络)的输入特性或正向传输特性，第三位置对应于测量半导体三端或双口器件(或网络)的输出特性或反向传输特性。
权利要求
1.一种半导体器件特性测试装置，其中包括一个产生输出波形为正、负半波或全波正弦波的扫描信号产生电路，一个产生输出波形按正阶梯或负阶梯变化的阶梯波信号的阶梯信号产生电路，以及电流、电压测量电路和显示装置等，将扫描信号产生电路和阶梯信号产生电路输出的测试信号(扫描信号和阶梯波信号)输入到被测器件(或网络)的有关端口，被测器件相应端口上的待测电流和电压传送到电流、电压测量电路进行测量，再将电流、电压测量电路的输出信号传送到显示装置以图示被测器件的特性曲线，其特征在于装置中具有传输特性测试运算放大器、寄生振荡抑制电路和功能转换控制电路，所说的扫描信号产生电路产生的扫描信号包括电压源扫描信号Vs(t)和电流源扫描信号Is(t)，阶梯信号产生电路产生的阶梯波信号包括电压源阶梯信号Vst和电流源阶梯信号Ist，功能转换控制电路对输入测试信号的类型和测试电路的连接方式进行切换以形成各待测半导体器件(或网络)特性的测试状态，传输特性测试运算放大器可通过功能转换控制电路接到装置测试电路中的测试信号源输出与被测器件之间以测试半导体三端或双口器件(或网络)的传输特性，寄生振荡抑制电路通过功能转换控制电路连接在装置的测试电路中，使输入的扫描信号先经过寄生振荡抑制电路后再加到被测器件(或网络)的相应端口上。
2.按权利要求1所述的半导体器件特性测试装置，其特征在于所说的传输特性测试运算放大器是一个工作于线性区段的运算放大器，当测试半导体三端或双口器件(或网络)的传输特性时，通过功能转换控制电路切换，Is(t)或Ist，经过传输特性测试运算放大器的反相输入端加到被测器件的一个端口上，Vst或Vs(t)经过传输特性测试运算放大器的同相输入端加到被测器件的同一个端口上，传输特性测试运算放大器的输出端连到被测器件的另一端口，同时与电流、电压测量电路的输入端相连接;当测量半导体器件(或网络)的其他特性时，该传输特性测试运算放大器通过功能转换控制电路切换而与测试系统脱离，并且其同相、反相输入端分别通过接地电阻接地。
3.按权利要求1所述的半导体器件特性测试装置，其特征在于所述的扫描信号产生电路由正弦信号产生电路(1)、波形变换电路(2)、电流源扫描信号电路(3)和电压源扫描信号电路(4)组成，正弦信号产生电路(1)输出的正弦信号加到波形变换电路(2)的输入端，波形变换电路(2)输出正、负半波或全波正弦波电压同时加到电流源扫描信号电路(3)和电压源扫描信号电路(4)的输入端，电流源扫描信号电路(3)输出电流源扫描信号Is(t)，电压源扫描信号电路(4)输出电压源扫描信号Vs(t)。
4.按权利要求1所述的半导体器件测试装置，其特征在于所说的阶梯信号产生电路由正弦信号产生电路(1)、阶梯波产生电路(5)、波形变换电路(2)、阶梯波电压源电路(6)和阶梯波电流源电路(7)组成，由正弦信号产生电路(1)输出的正弦信号加到阶梯波产生电路(5)的输入端，阶梯波产生电路(5)输出的阶梯波电压信号通过波形变换电路(2)进行波形变换，输出正或负的阶梯信号加到阶梯波电压源电路(6)的输入端，阶梯波电压源电路(6)的输出分两路，一路作为电压源阶梯信号Vst加到功能转换控制电路的相应控制端口，另一路加到阶梯波电流源电路(7)的输入端，阶梯波电流源电路(7)输出正、负阶梯波电流源信号再通过波形变换电路(2)进行极性控制，输出按正阶梯或负阶梯变化的电流源阶梯信号Ist加到功能转换控制电路的相应控制端口。
5.按权利要求1所述的半导体器件特性测试装置，其特征在于所说的功能转换控制电路主要包括切换开关SW1、SW2和SW3以及控制继电器J1、J2、J3和J4，SW1和与之配合的控制继电器J1和J2，以及SW3控制切换加到被测器件有关端口的扫描信号和阶梯信号，同时切断未用上的扫描信号电路的电源，并将该电路的输入端接地，SW2和与之配合的控制继电器J3和J4控制切换电流、电压测量电路输入端与被测器件有关端口的联接方式以便测量被测器件有关端口的电压或(和)电流。
6.按权利要求4所述的半导体特性测试装置，其特征在于所说的切换开关SW1为三刀六位切换开关，SW2和SW3均为双刀三位切换开关。
7.按权利要求1所述的半导体器件特性测试装置，其特征在于所说的寄生振荡抑制电路包括电流控制型器件寄生振荡抑制电路和电压控制型器件寄生振荡抑制电路，电流控制型器件寄生振荡抑制电路由与电流源扫描信号Is(t)并联的可变电阻Rp、切换开关SW4以及一组电感(必要时可接外接电感)组成，Rp与Is(t)并联后，通过SW4与电感组中任一个电感(或外接电感)串联，再接到被测器件的相应端口，电压控制型器件寄生振荡抑制电路由与电压源扫描信号Vs(t)串联的可变电阻Rs、切换开关SW5以及一组电容(必要时可接外接电容)组成，Rs与Vs(t)串联后，通过SW5与电容组中的任一个电容(或外接电容)并联后再加到被测器件的相应端口上。
全文摘要
一种半导体器件特性测试装置，包括扫描信号产生电路，阶梯信号产生电路、电流、电压测量电路和特性显示装置等，特别具有传输特性测试运算放大器，寄生振荡抑制电路以及设计新颖独特的功能转换控制电路。本装置可直接图示包括正、反向传输特性在内的半导体三端或双口器件(或网络)的六组标准特性和各种类型的半导体二端器件的i-v特性，能有效地抑制负阻器件特性测试时出现的寄生振荡，结构紧凑，功能齐全，工作可靠，操作简便，是一种新型的半导体器件特性测试仪器。
文档编号G01R31/26GK1063558SQ91100540
公开日1992年8月12日 申请日期1991年1月26日 优先权日1991年1月26日
发明者钟国群 申请人:中国科学院广州电子技术研究所