Модификация измерительного комплекса
При измерении различных семейств ВАХ субмикронных МОПТ, особенно при измерении n-канальных МОПТ при высокой температуре (порядка 300°С) порог переключения уходит вниз, чтобы учесть возможные сдвиги, необходимо изменять полярность напряжения на затворе транзистора. Имеющийся в лаборатории измерительный комплекс не позволяет автоматизировано производить измерения, подавая на затвор напряжения разной полярности.
Для проведения модификации измерительного комплекса было необходимо внести изменения как в аппаратную, так и в программную части.
Напряжение на затвор исследуемого субмикронного МОП транзистора подаётся с помощью одного канала источника постоянного напряжения GPD-73303d (рис. 2.2). Этот источник имеет 3 канала: 2 независимых регулируемых канала 30 В/3 А и фиксированный выход (2,5 В/3,3 В/5 В с выходным током до 3 А). Чтобы осуществить подачу напряжения с отрицательными значениями в данном источнике необходимо менять местами провода. При частой смене полярности напряжения такое решение является крайне нежелательным. Для упрощения функции подачи разнополярного напряжения была разработана схема на двух герконовых реле РЭС55А. РЭС55А это слаботочное электромагнитное миниатюрное одностабильное неполяризованное герконовое реле с одним контактом на переключение. Оно изготавливается на базе герметизированного магнитоуправляемого контакта КЭМ 3. Оно предназначено для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока частотой до 10 кГц. Принципиальная электрическая схема и расположение выводов представлены на рисунке 2.4.
Рис. 2.4 Принципиальная электрическая схема и расположение выводов РЭС55А
Разработанная схема смены полярности имеет следующий вид (рис. 2.5).
На канале 1 источника постоянного напряжения GPD-73303d задаётся модуль нужного для исследования транзистора напряжения, которое попадает на затвор. На канале 2 задаётся напряжение, необходимое для замыкания или размыкания контактов обоих реле; соответствующие напряжения на управляющих входах реле А и Б равны 5 и 0 В.
В первом состоянии, когда по каналу 2 не подаётся напряжение, оба реле находятся в положении 2-1, и на затвор приходят положительные значения. При подаче 5 В, реле переключаются в положение 2-3, и на затвор попадает напряжение другой полярности.
Рис. 2.5. Схема смены полярности подаваемого напряжения
Для частого использования подобной схемы соединения двух РЭС55А была спроектирована и изготовлена печатная плата. Использование платы упрощает подключение входов и выходов реле. Разводка платы была осуществлена в программе Sprint Layout 6.0 (рис.2.6).
Рис. 2.6. Разводка платы
В готовом виде блок смены полярности представлен на рисунке 2.7.
Рис. 2.7. Блок смены полярности
Как было сказано раннее, управление измерительным комплексом происходит с помощью программного модуля, разработанного с использованием системы LabVIEW. Из-за изменившейся аппаратной части, а также из-за некоторой специфики проведения измерений выходных и сток-затворных характеристик, необходимо было внести изменения в блок измерений «Measure» управляющего модуля (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Часть Labview схемы управляющего модуля с блоком «Measure»
1. Было добавлено управление вторым каналом источника постоянного напряжения GPD-73303d, чтобы осуществить автоматизацию переключения полярности напряжения (рис. 2.9);
Рис. 2.9. Алгоритм переключения реле
2. Была модернизирована схема измерений. Процесс подачи на измеряемый компонент управляющих напряжений обычно организован в форме нескольких вложенных циклов (по количеству управляющих напряжений). На каждом уровне вложенности (1_й уровень наиболее внутренний) используется один из имеющихся каналов установки-измерения, каждый из которых содержит источник постоянного тока, амперметр, вольтметр.
В результате модификации более быстродействующий канал Keithley-A (уровень 3) был подключен к подложке транзистора, а менее быстродействующий канал GPD (Уровень 1) был подключен к затвору, и из него был исключен мультиметр (т. к. затворный ток близок к нулю) (рис. 2.10).
Как показал последующий эксперимент, было достигнуто ускорение процесса измерений приблизительно в 3 раза. До модификации снятие сток-затворной характеристики занимало в среднем 8 минут, после модификации - 2,5 минуты.
Дополнительно стало возможным подавать различные значения напряжения на контакт подложки транзистора и измерять ток этого контакта.
3. Чтобы согласовать изменения в смене очередности подачи напряжений, в программной части комплекса был переработан порядок записи массивов данных в выходной файл.
Рис. 2.10. Схема подключений каналов
