2. Описание работы лабораторного стенда.
Стенд состоит из персонального компьютера и измерительного блока с установленными в него образцами полупроводниковых приборов, измерительными преобразователями, которые используются для формирования напряжения смещения от –10 В до +10 В и высокочастотного сигнала напряжения воздействия на объект измерения частотой 1 МГц и амплитудой 25 или 250 мВ, а также преобразования тока через образец в сигнал, пропорциональный его емкости и проводимости. Управление измерительным блоком и обработка измерительной информации производится персональным компьютером, подключаемым к измерительному блоку с помощью интерфейсного модуля через порт USB. Внешний вид стенда представлен на рисунке 37.
В качестве встроенных образцов полупроводниковых структур в ИБ установлены диод Шоттки, варикап и полевой транзистор с изолированным затвором в качестве образца МДП-структуры. Через разъемы на передней панели ИБ осуществляется подключение внешних образцов полупроводниковых структур.
Пределы измерения емкости образца составляют 1000, 300, 100, 30 и 10 пФ.
Программное приложение стенда позволяет проводить автоматизированные измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур, выполнять обработку и осуществлять отображение полученных результатов на экране монитора в графическом и табличном виде, а также сохранять их в базе данных. Предусмотрена возможность передачи результатов в текстовый процессор Microsoft Word для подготовки отчета по проделанной работе.
Программное обеспечение стенда представлено двумя основными приложениями – C_V.exe и Server.exe. Server.exe – это программа управления измерительным блоком. Она работает самостоятельно и обменивается данными с приложением C_V.exe. C_V.exe – клиентская программа общения с пользователем. Она может работать как совместно с Server.exe, так и без нее. В первом случае, возможно проводить как измерения, так и их обработку данных, во втором – только обработку ранее сделанных измерений.
2.1 Структурная схема измерений
Структурная схема измерений представлена на рисунке 38.
Электрические параметры объекта измерения на данном рисунке представлены двухэлементной эквивалентной электрической схемой CxGx, где Cx – емкостная, а Gx – активная составляющие комплексной проводимости объекта измерения.
На объект подается комплексный измерительный сигнал, включающий постоянное или линейно изменяющееся напряжение смещения в диапазоне от –10 В до +10 В, подаваемое с источника смещения, и напряжение синусоидального тест-сигнала частотой 1 МГц и амплитудой 25 мВ или 250 мВ, подаваемое с высокочастотного генератора.
Высокочастотный ток, протекающий через объект измерения, подается на вход фазочувствительного преобразователя ток-напряжение. Данный преобразователь разделяет сигнал тока через объект на квадратурные составляющие относительно сигнала напряжения воздействия с целью выделения его активной и емкостной составляющих. Таким образом, на выходе фазочувствительного преобразователя ток-напряжение формируется напряжение пропорциональное или емкостной, или активной составляющей комплексной проводимости объекта измерения.
Напряжение сигнала пропорционального емкости и проводимости образца преобразуется АЦП интерфейсного модуля измерительного блока в цифровой код и передается в ПК через интерфейс USB. ПК управляет также источником смещения, устанавливая на объекте заданное пользователем напряжение или изменяя его в заданных пределах при измерении вольт-фарадных характеристик. Кроме того, он управляет также генератором 1 МГц, устанавливая амплитуду тест-сигнала, и фазочувствительным преобразователем, устанавливая предел измерения по емкости и то, какая составляющая проводимости объекта должна выделяться.