Характериограф — это специализированное электронное испытательное оборудование , используемое для анализа характеристик дискретных электронных компонентов , таких как диоды , транзисторы , тиристоры и вакуумные трубки . Устройство содержит источники напряжения и тока , которые могут использоваться для стимуляции тестируемого устройства (DUT).
Функция заключается в приложении качающегося (автоматически непрерывно изменяющегося со временем) напряжения к двум клеммам тестируемого устройства и измерении величины тока, который устройство позволяет протекать при каждом напряжении. Эти так называемые данные I–V (ток против напряжения) либо напрямую отображаются на экране осциллографа, либо записываются в файл данных для последующей обработки и построения графика на компьютере. [1] Конфигурация включает максимальное приложенное напряжение, полярность приложенного напряжения (включая автоматическое применение как положительной, так и отрицательной полярности) и сопротивление, включенное последовательно с устройством. Основное напряжение на клеммах часто может быть поднято до нескольких тысяч вольт, при этом токи нагрузки в десятки ампер доступны при более низких напряжениях.
Для двухконтактных устройств (таких как диоды и DIAC ) этого достаточно, чтобы полностью охарактеризовать устройство. Кривоизображение может отображать все интересные параметры, такие как прямое напряжение диода, обратный ток утечки , обратное напряжение пробоя и т. д. Для триггерных устройств, таких как DIAC, будут четко отображаться прямое и обратное напряжения срабатывания. Также можно увидеть разрыв, вызванный устройствами с отрицательным сопротивлением (такими как туннельные диоды ). Это метод поиска электрически поврежденных контактов на интегральных схемах . [2]
Для трехконтактных устройств (таких как транзисторы ) используется подключение к управляющему выводу тестируемого устройства, например, к выводу базы или затвора. Для транзисторов BJT и других устройств, управляемых током, ток базы или другого управляющего вывода ступенчато изменяется. Для полевых транзисторов или других устройств, управляемых напряжением, вместо этого используется ступенчатое напряжение. Путем перемещения напряжения через настроенный диапазон основных напряжений выводов для каждого шага напряжения управляющего сигнала автоматически генерируется группа кривых I–V. Эта группа кривых позволяет очень легко определить коэффициент усиления транзистора или напряжение срабатывания тиристора или триака .
Характериографы обычно содержат удобные соединительные устройства для двух- или трехконтактных устройств, часто в виде гнезд, расположенных так, чтобы обеспечить подключение различных распространенных корпусов, используемых для электронных компонентов. Большинство характериографов также позволяют одновременно подключать два DUT; таким образом, два DUT могут быть «сопоставлены» для оптимальной производительности в схемах (таких как дифференциальные усилители ), которые зависят от близкого соответствия параметров устройств. Это можно увидеть на соседнем изображении, где тумблер позволяет быстро переключаться между DUT слева и DUT справа, когда оператор сравнивает соответствующие семейства кривых двух устройств.
Кривые I–V используются для характеристики устройств и материалов посредством тестирования источника-измерителя постоянного тока. Эти приложения также могут потребовать расчета сопротивления и вывода других параметров на основе измерений I–V. Например, данные I–V могут использоваться для изучения аномалий, определения максимального или минимального наклона кривой и проведения анализа надежности. Типичным применением является обнаружение тока утечки обратного смещения полупроводникового диода и выполнение разверток прямого и обратного смещения напряжения и измерений тока для создания его кривой I–V. [3]
Характериографы, особенно модели с высоким током, обычно поставляются с различными адаптерами для испытаний полупроводниковых приборов [1], которые имеют датчики Кельвина .
Некоторые аналоговые характериографы, особенно чувствительные модели с малым током, оснащены ручным управлением для балансировки емкостной мостовой схемы для компенсации («обнуления») паразитных емкостей испытательной установки. Эта настройка выполняется путем отслеживания кривой пустой испытательной установки (со всеми необходимыми кабелями, зондами, адаптерами и другими подключенными вспомогательными устройствами, но без DUT) и регулировки управления балансировкой до тех пор, пока кривая I не будет отображаться на постоянном нулевом уровне.
Отслеживание кривой I–V — это метод анализа производительности фотоэлектрической системы , идеальный для тестирования всех возможных рабочих точек фотоэлектрического модуля или ряда модулей. [4]
До появления полупроводников существовали характериографы на электронных лампах (например, Tektronix 570). Первые характериографы на электронных лампах сами по себе использовали схемы на электронных лампах, поскольку полупроводниковые приборы, доступные в то время, не могли делать все, что требуется характериографу. Характериограф Tektronix модели 575, показанный в галерее, был типичным ранним прибором.
В настоящее время криволинейные трассировщики полностью являются твердотельными и в значительной степени автоматизированы, что облегчает работу оператора, автоматически собирает данные и обеспечивает безопасность криволинейных трассировщиков и тестируемого устройства.
Последние разработки в системах кривоискателей теперь позволяют использовать три основных типа криволинейных трассировок: ток-напряжение (I–V), емкость-напряжение (CV) и сверхбыстрый переходный или импульсный ток-напряжение (I–V). Современные конструкции приборов кривоискателей, как правило, являются модульными, что позволяет системным спецификаторам настраивать их в соответствии с приложениями, для которых они будут использоваться. Например, новые системы кривоискателей на базе мэйнфреймов можно настраивать, указывая количество и уровень мощности источников- измерителей (SMU), которые должны быть подключены к слотам на задней панели шасси. Эта модульная конструкция также обеспечивает гибкость для включения других типов приборов для обработки более широкого спектра приложений. Эти системы на базе мэйнфреймов обычно включают автономный ПК для упрощения настройки испытаний, анализа данных, построения графиков и печати, а также встроенного хранения результатов. Пользователи этих типов систем включают исследователей полупроводников, инженеров по моделированию устройств, инженеров по надежности, инженеров по сортировке кристаллов и инженеров по разработке процессов. [5]
В дополнение к системам на базе мэйнфреймов, доступны другие решения для трассировки кривых, которые позволяют сборщикам систем объединять один или несколько дискретных источников-измерителей (SMU) с отдельным контроллером ПК, на котором запущено программное обеспечение для трассировки кривых. Дискретные SMU предлагают более широкий диапазон уровней тока, напряжения и мощности, чем позволяют системы на базе мэйнфреймов, и позволяют перенастраивать систему по мере изменения потребностей в тестировании. Были разработаны новые пользовательские интерфейсы на основе мастеров, чтобы облегчить студентам или менее опытным пользователям отрасли поиск и запуск необходимых им тестов, таких как тест трассировки кривой FET. [6]
Некоторые характериографы, особенно те, которые предназначены для высоковольтных или токовых или силовых устройств, способны генерировать смертельно опасные напряжения и токи и, таким образом, представляют опасность поражения электрическим током для оператора. Современные характериографы часто содержат механические экраны и блокировки , которые затрудняют контакт оператора с опасными напряжениями или токами. Силовые DUT могут стать опасно горячими во время тестирования. Недорогие характериографы не могут тестировать такие устройства и с меньшей вероятностью будут смертельно опасны.
