устройство для разбраковки полупроводниковых изделий по ампер- шумовым характеристикам

Формула изобретения

Устройство для разбраковки полупроводниковых приборов (ППП) по ампер-шумовым характеристикам, содержащее блоки задания режимов, блок управления, регистрирующие элементы и измерительную схему, состоящую из схемы задания режима, предварительного усилителя, низкочастотного усилителя, АЦП, ЭВМ, ЦАП, отличающееся тем, что блоки задания режимов соединены с блоком управления и с входами ключевых элементов, общий выход которых соединен с одним из входов измерительной схемы, другой вход соединен с выходом дополнительного блока задания режимов, а выход через логические схемы совпадений соединен со счетными входами счетчиков, другими входами связанных с блоком управления, выходы счетчиков подключены к регистрирующим элементам и входы схем совпадений соединены с входами распределителя и с управляющими входами соответствующих ключевых элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению шумов полупроводниковых изделий, и может быть применено для лабораторных и цеховых измерений шумов полупроводниковых изделий, а также для разработки и настройки аппаратуры.

Разработанная установка позволяет проводить контроль шума типа 1/f. Возможно проведение измерений шума непосредственно на пластине полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов, интегральных схем) и разбраковку по ампер-шумовым характеристикам.

Проанализированы известные устройства, приборы и способы измерения и определения шумов, в которых имеются следующие недостатки:

устройство по работе [1] предназначено только для измерения шумов контактов резисторов;

способ определения шумового напряжения в полупроводниках по работе [2] требует создания в полупроводнике перепада температур, охватывающих температуру его фазового превращения;

прибор по работе [3] предназначен для измерения шумовых характеристик только полевых транзисторов;

устройство для отбраковки полупроводниковых приборов по их шумовым свойствам [4] усложнено тем, что применены дополнительные функциональные элементы, такие как элемент задержки, вычитатель, блок вычисления модуля;

устройство [5] служит только для измерения коэффициента шума с применением дополнительной обратной связи;

устройство [6] предназначено только для измерения шумовых характеристик микросхем.

С учетом работ [3, 4, 5, 6] предлагается устройство для разбраковки полупроводниковых изделий (диодов, транзисторов биполярных и полевых и интегральных схем) по ампер-шумовым характеристикам.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства при сохранении точности. В основу способа положена известная, полученная экспериментально зависимость [7].

где -квадрат напряжения шума,

А, а, у -постоянные,

I - сила тока,

f - полоса частот,

f-частота.

Измерение проводят при двух различных значениях рабочего тока, при постоянной частоте (например 1 к Гц) и постоянной полосе пропускания. Для этого случая можно записать

Беря логарифмы от левой и правой частей при различных токах, получим

В работе [7] показано, что чем меньше а, тем выше уровень дефектности структуры и ниже ресурс. Общая модульная схема измерения шумов показана на фиг.1. Схема задания режима зависит от конкретного типа исследуемого полупроводникового изделия.

Предварительный усилитель проектируется так, чтобы как можно больше уменьшить собственные шумы. Схема задания режима, исследуемое изделие и предварительный усилитель должны тщательно экранироваться.

Для предварительного усилителя используется малошумящий транзистор типа КТ3102. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) можно использовать с разрядностью от 8 и выше. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) используется для того, чтобы автоматизировать процесс измерения (подавать смещение на схему задания режима). Схема задания режима служит для того, чтобы подавать различные токи (напряжения) на исследуемое полупроводниковое изделие, например в диапазоне 0.01, 0.1, 1,10 мА (ток эмиттера биполярного транзистор).

Написанная программа для ЭВМ позволяет определять зависимость =F(I) и выводить эту зависимость на экран.

В предлагаемом устройстве блоки задания режимов связаны с блоком управления и с входами ключевых элементов, общий выход которых подключен к одному из входов измерительной схемы, другой вход которой соединен с выходом дополнительного блока задания режимов, а выход - через логические схемы совпадений со счетными входами счетчиков, другими входами связанных с блоком управления, выходы счетчиков подключены к регистрирующим элементам, входы схем совпадений соединены с входами распределителя и с управляющими входами соответствующих ключевых элементов.

На фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Она состоит из блоков 1, 2 задания режимов, ключевых элементов 3, 4, логических схем совпадений 5, 6, счетчиков 7, 8, регистрирующих элементов 9, 10, измерительной схемы 11, распределителя 12, блока управления 13, блока 14 задания режима. В схему включают эталонные полупроводниковые приборы (ППП) и ППП подлежащий контролю.

По ампер-шумовым характеристикам эталонных ППП разбраковывают другие ППП.

Работу устройства можно разделить на два этапа.

Первый этап заключается в подборе ППП с эталонными характеристиками. Первый ППП ставят в зажим любого из блока 1, 2. Второй ППП устанавливают в зажимы блока 14. С помощью коммутирующих элементов 3, 4 управляемых распределителем 12, блоки задания режимов 1, 2 поочередно подключаются к входу измерительного устройства 11, где происходит оценка параметров двух ППП 15 и 16 в точках характеристик, определяемых блоком управления 13. В том случае, когда в какой-либо точке характеристик ППП параметры окажутся одинаковыми (в пределах заданного допуска), с выхода схемы измерения 11 через схемы совпадений 5, 6 на счетный вход соответствующего счетчика 7, 8 поступает импульс. На выходе же этого счетчика сигнал появляется только тогда, когда во всех контролируемых точках характеристик параметры ППП 15 и 17 одинаковы. Выходные сигналы счетчиков управляют регистрирующими устройствами 9, 10, которые направляют ППП в соответствующий накопитель. В случае, когда параметры ППП 15 и 17 не совпадают во всех точках характеристик, ППП 17 помещают в зажимы соседнего блока задания режима. Третий ППП проверяют на идентичность характеристик уже с двумя ППП, четвертый ППП - с тремя и т.д. Таким образом заполняются все блоки задания режимов ППП с неидентичными характеристиками. На этом первый этап работы устройства заканчивается.

Второй этап работы устройства заключается в том, что ППП по одному подаются в зажимы блока 14. С помощью коммутирующих элементов 3, 4 блоки задания режимов 1, 2 поочередно подключаются к входу измерительной схемы 11, где параметры каждого из ППП 15, 16 сравниваются с параметрами ППП 17. В случае, когда параметры ППП 17 совпадают во всех контролируемых точках характеристик с параметрами одного из ППП 15, 16, с измерительной схемы 11 на вход соответствующего счетчика 7, 8 поступает число импульсов, равное числу проверяемых точек характеристик ППП и регистрирующее устройство 9, 10, управляемое счетчиком 7, 8, направляет ППП 17 в соответствующий накопитель.

Когда же проверяемый ППП 17 по своим характеристикам отличается от всех ППП 15, 16, он направляется в отдельный накопитель. После контроля всей партии ППП с одинаковыми характеристиками выгружают из накопителей. ППП, которые не попали ни в одну из групп, определяемых характеристиками ППП 15, 16, проверяют снова, при этом весь цикл работы повторяется. При разбраковке ППП по одинаковым характеристикам блок управления 13 задает несколько уровней стабилизированных постоянных напряжений, которые синхронно подаются на ППП 17 и 15, 16. Измерительное устройство 11 сравнивает при этом значение параметров этих ППП.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 421942, G 01 R 19/00.

2. Авторское свидетельство СССР N 640217, G 01 R 31/26.

3. Авторское свидетельство СССР N 291172, G 01 R 31/26.

4. Авторское свидетельство СССР N 1236929, G 01 R 31/26.

5. Авторское свидетельство СССР N 310201, G 01 R 31/26.

6. Авторское свидетельство СССР N 1674020, G 01 R 31/26.

7. Врачев А.С. Возможности низкочастотного шума как прогнозирующего параметра при оценке качества и надежности изделий электронной техники. Матер, докл. науч.-техн. Сем. "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" М., 1996. С.215-223.