專利名稱：變溫肖特基二極管特性測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于研究有關(guān)半導(dǎo)體器件溫度特性的測試技術(shù)，具體涉及一種可以直接測定 肖特基二極管的特征參數(shù)及其溫度特性的測試儀。
背景技術(shù)：
目前，肖特基二極管廣泛應(yīng)用在太陽能電池、各種探測器和傳感器、微波器件和大規(guī) 模集成電路中。有關(guān)肖特基接觸理論、實驗研究方法、器件制作和應(yīng)用一直受到人們廣泛的重視。肖特基勢壘器件的不斷發(fā)展推動了界面物理和材料物理的深入研究，并在大功率、耐 高溫、高速、低噪聲器件的應(yīng)用中取得了重大進展，準確地測量肖特基二極管勢壘高度^^ 、 有效理查德常數(shù)A、理想因子n和串聯(lián)電阻R等關(guān)鍵參數(shù)在相關(guān)器件的研制中具有重要意 義。目前，肖特基勢壘測量的基本實驗方法主要有四種正向電流-電壓法(I-V法)、電 容-電壓(C-V法)、激活能法和光電法，以上四種方法都有各自的優(yōu)缺點。采用上述任何 一種方法不能同時測得肖特基二極管的勢壘高度^^、有效理查德常數(shù)A"、理想因子n和 串聯(lián)電阻R，測量效率較低，尤其是測量樣品數(shù)量較大時，既浪費時間和人力，成本又高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種變溫肖特基二極管特性測試儀。采用該 測試儀可直接獲得肖特基二極管的勢壘高度《A、有效理査德常數(shù)A"、理想因子n和串聯(lián)電阻R。 . 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種變溫肖特基二極管特性測試儀，其特征在于，包括 一變溫系統(tǒng)，用于改變肖特基二極管的溫度，測得溫差電動勢信號； 一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對肖特基二極管兩端施加電壓信號，收集肖特基二極管兩端的 電壓數(shù)據(jù)和流過肖特基二極管的電流數(shù)據(jù)，以及獲得溫差電動勢數(shù)據(jù)；和一計算機控制系統(tǒng)，用于對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行控制，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，計算出肖特基二極管的勢壘高度^^、有效理査德常數(shù)A"、理想因子n和串聯(lián)電阻R。變溫系統(tǒng)可包括一杜瓦瓶、 一恒溫器和一加熱裝置，與加熱裝置連接的恒溫器設(shè)置在 杜瓦瓶內(nèi)，肖特基二極管固定在恒溫器上，杜瓦瓶內(nèi)裝液氮，給恒溫器提供降溫的冷源， 在恒溫器上設(shè)有熱電偶，用于測量肖特基二極管的溫度，產(chǎn)生溫差電動勢信號。加熱裝置包括一加熱電阻絲，該加熱電阻絲連接一直流穩(wěn)壓電源、 一溫度控制儀和一 繼電器。所述恒溫器可為一T型銅體，熱電偶和肖特基二極管固定在恒溫器的端部平臺上，所 述加熱電阻絲纏繞在T型銅體的底柱上。加熱裝置還包括一溫度傳感器，用于測量加熱電阻絲的溫度，溫度傳感器的信號加在 一溫度控制儀上，該溫度控制儀設(shè)定一個溫度值用于比較溫度傳感器測到的溫度，隨后輸 出信號控制所述繼電器的通斷。所述溫度傳感器可為電阻溫度傳感器，該電阻溫度傳感器與所述加熱電阻絲直接接觸。所述恒溫器的端部平臺上表面粘貼一云母片，該云母片起絕緣作用，云母片上表面再 固定一銅片，在該銅片上，用具有彈性的磷銅片壓住肖特基二極管樣品和熱電偶。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可包括一數(shù)據(jù)采集卡和一電路板，數(shù)據(jù)采集卡用于對肖特基二極管的兩 端施加電壓信號，并實時采集經(jīng)電路板放大之后的肖特基二極管兩端的電壓數(shù)據(jù)、流過肖 特基二極管的電流數(shù)據(jù)，以及熱電偶的溫差電動勢數(shù)據(jù)。本發(fā)明變溫系統(tǒng)可以提供一個78K-460K范圍內(nèi)的任一穩(wěn)定溫度環(huán)境。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將I-V法與激活能法結(jié)合，采用計算機自動控制，實現(xiàn)了智能控制測量，提高 了測量精度，用軟件處理數(shù)據(jù)，直接獲得計算結(jié)果，測量效率大大提高。此外，肖特基樣 品更換方便。本發(fā)明樣品加熱采用溫度控制儀控制，溫度控制儀和樣品加熱絲處的電阻溫度傳感 器相連，通過電阻溫度傳感器測量出加熱絲的溫度。如果需要改變樣品溫度，可直接在溫 度控制儀上設(shè)定，溫度控制儀自動控制加熱絲加熱過程，直到溫度穩(wěn)定在設(shè)定的數(shù)值。由于加熱絲和樣品有一定距離，溫度穩(wěn)定之后二者之間有一定的溫差，故不能用加熱 絲的溫度代替樣品溫度，本發(fā)明利用熱電偶測量樣品溫度，精度高，穩(wěn)定可靠。


圖1為本發(fā)明肖特基二極管特性測試儀的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明肖特基二極管特性測試儀恒溫器結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明肖特基二極管特性測試儀的電路圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述
本發(fā)明肖特基二極管特性測試儀的設(shè)計原理如下通過編寫計算機程序控制數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，讓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出電壓信號加到待測肖特基二極管兩端；利用變溫系統(tǒng)控制肖特 基二極管的溫度，然后利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集肖特基二極管兩端的電壓、流過肖特基二極 管的電流和肖特基二極管處的溫差電動勢，最后利用計算機程序從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取這三 個信號并計算出肖特基二極管的四個參數(shù)。
本發(fā)明變溫肖特基二極管特性測試儀包括變溫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機控制系 統(tǒng)，如圖1所示。變溫系統(tǒng)包括杜瓦瓶、恒溫器和加熱裝置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一士15V 直流穩(wěn)壓電源、 一個PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡、 一電路板、 一個毫伏表、三個電壓表和一個
電流表。計算機控制系統(tǒng)包括一臺完整的微機、配套測試軟件和測試軟件使用視頻。 恒溫器選用銅材料加工，銅的熱容較大，有利于提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境。恒溫器結(jié)
構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)為一T型銅體1， T型銅體l包括一平臺和平臺下方的圓形底柱， 在底柱上繞有加熱電阻絲4， Pt電阻溫度傳感器7與電阻絲4接觸。T型銅體1的平臺也 是圓形，其上表面利用絕緣導(dǎo)熱膠粘貼一塊直徑比平臺稍小的云母片8，該云母片起絕緣 作用，云母片8上表面固定一銅片6，該銅片6上面安放樣品3和銅-康銅熱電偶2，利用 具有彈性的磷銅片5壓住樣品3，這里銅片作為樣品的一個電極，磷銅片作為樣品的另一 個電極。
銅-康銅熱電偶的測溫原理是銅-康銅的熱端置于測溫點，該測溫點位于樣品3的附 近，冷端置于參考點(可選擇冰水混合物為參考點，它的溫度是零攝氏度)，測出溫差電 動勢，通過査電動勢-溫度對應(yīng)表得到測溫點的溫度。
請參閱圖3，本發(fā)明的設(shè)計電路圖主要有兩大塊構(gòu)成，左側(cè)是加熱電路，Pt電阻溫度 傳感器與纏繞在恒溫器上的加熱電阻絲接觸，其信號反饋給溫度控制儀AL808。在溫度控 制儀面板上設(shè)定一個溫度，該加熱系統(tǒng)開始工作，自動將加熱絲溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。電路 圖的右側(cè)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路，樣品的三種信號通過電路板放大然后被PCI-1716數(shù)據(jù)采 集卡收集，隨后利用計算機配套測試軟件處理這些數(shù)據(jù)。
5本發(fā)明測試儀的測試過程把待測肖特基二極管安裝到恒溫器的端部平臺上，啟動配 套測試軟件，在軟件界面端壓設(shè)定框內(nèi)輸入一個電壓數(shù)值，點擊確定后，該軟件控制 PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡輸出一電壓信號并通過電路板的電壓跟隨器電路加在待測樣品的兩 端，同時該電路板的放大電路把樣品兩端的電壓信號和流過樣品的電流信號放大并傳送給
PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡，計算機控制系統(tǒng)利用配套測試軟件讀取數(shù)據(jù)采集卡所采集到的電流
和電壓信號，通過相應(yīng)的處理得到樣品的一組電壓和電流值。接著在軟件界面端壓設(shè)定框 內(nèi)改變一個電壓值，點擊確定之后得到樣品的另一組電壓和電流值，多次改變端壓并測量， 就得到樣品的多組電壓和電流值。這個過程也可以自動完成，即設(shè)定一個起始電壓，設(shè)定 掃描范圍和掃描增量，然后開始掃描，同樣會得到樣品的多組電壓和電流值，區(qū)別在于這
個自動化方案所得到的數(shù)據(jù)中電壓只能是等間距變化的。值得注意的是測量樣品的多組 電壓和電流數(shù)據(jù)時必須保持樣品溫度恒定，即反應(yīng)樣品在某一溫度下的電壓電流關(guān)系。
在溫度控制儀AL808面板上設(shè)定一個新的溫度值，等待加熱系統(tǒng)工作，讓樣品穩(wěn)定在 該溫度。采用銅-康銅熱電偶測量，得到溫差電動勢信號經(jīng)過電路板的放大電路放大并被 PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡采集，計算機控制系統(tǒng)利用配套測試軟件從數(shù)據(jù)采集卡獲取該溫差電 動勢信號并顯示，同時利用參考點溫度(零攝氏度)計算出樣品實際溫度并且顯示。
然后重復(fù)前面的電壓電流測量工作就得到新的溫度下樣品的電壓電流關(guān)系。在肖特 基二極管參數(shù)測量中，需要測多個溫度值下二極管的電壓電流關(guān)系，測量完畢后利用配套 測試軟件即可算出肖特基二極管的勢壘高度^)6、有效理査德常數(shù)A"、理想因子n和串聯(lián) 電阻R。
本發(fā)明除采用銅-康銅熱電偶測溫外，還可以采用銅-金鐵、鎳鉻-金鐵、正常銀-金鐵、 鎳鉻-康銅和鎳鉻-鎳鉛等熱電偶。
以上通過詳細實施例描述了本發(fā)明所提供的肖特基二極管特性測試儀，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或修改；其制 備方法也不限于實施例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種變溫肖特基二極管特性測試儀，其特征在于，包括一變溫系統(tǒng)，用于改變肖特基二極管的溫度，測得溫差電動勢信號；一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對肖特基二極管兩端施加電壓信號，收集肖特基二極管兩端的電壓數(shù)據(jù)和流過肖特基二極管的電流數(shù)據(jù)，以及獲得溫差電動勢數(shù)據(jù)；和一計算機控制系統(tǒng)，用于對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行控制，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，計算出肖特基二極管的勢壘高度qφb、有效理查德常數(shù)A**、理想因子n和串聯(lián)電阻R。
2、 如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，變溫系統(tǒng)包括一杜瓦瓶、 一恒溫器和 一加熱裝置，與加熱裝置連接的恒溫器設(shè)置在杜瓦瓶內(nèi)，肖特基二極管固定在恒溫器上， 杜瓦瓶內(nèi)裝液氮，給恒溫器提供降溫的冷源，在恒溫器上設(shè)有熱電偶，用于測量肖特基二 極管的溫度，產(chǎn)生溫差電動勢信號。
3、 如權(quán)利要求2所述的測試儀，其特征在于，加熱裝置包括一加熱電阻絲，該加熱 電阻絲連接一直流穩(wěn)壓電源、 一溫度控制儀和一繼電器。
4、 如權(quán)利要求3所述的測試儀，其特征在于，所述恒溫器為一T型銅體，熱電偶和 肖特基二極管固定在恒溫器的端部平臺上，所述加熱電阻絲纏繞在T型銅體的底柱上。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的測試儀，其特征在于，加熱裝置還包括一溫度傳感器， 用于測量加熱電阻絲的溫度，溫度傳感器的信號加在一溫度控制儀上，該溫度控制儀設(shè)定 一個溫度值用于比較溫度傳感器測到的溫度，隨后輸出信號控制所述繼電器的通斷。
6、 如權(quán)利要求5所述的測試儀，其特征在于，所述溫度傳感器為電阻溫度傳感器， 該電阻溫度傳感器與所述加熱電阻絲直接接觸。
7、 如權(quán)利要求4所述的測試儀，其特征在于，所述恒溫器的端部平臺上表面粘貼一 云母片，該云母片起絕緣作用，云母片上表面再固定一銅片，在該銅片上，用具有彈性的 磷銅片壓住肖特基二極管樣品和熱電偶。
8、 如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一數(shù)據(jù)采集卡和一 電路板，數(shù)據(jù)采集卡用于對肖特基二極管的兩端施加電壓信號，并實時采集經(jīng)電路板放大 之后的肖特基二極管兩端的電壓數(shù)據(jù)、流過肖特基二極管的電流數(shù)據(jù)，以及熱電偶的溫差 電動勢數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種變溫肖特基二極管特性測試儀，屬于肖特基二極管測試技術(shù)領(lǐng)域。該測試儀包括一變溫系統(tǒng)、一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一計算機控制系統(tǒng)，變溫系統(tǒng)用于改變肖特基二極管的溫度，測得溫差電動勢信號；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對肖特基二極管樣品的兩端施加電壓信號，收集肖特基二極管兩端的電壓數(shù)據(jù)和流過肖特基二極管的電流數(shù)據(jù)，以及獲得溫差電動勢數(shù)據(jù)；計算機控制系統(tǒng)用于對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行控制，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，計算出肖特基二極管的勢壘高度qφ_b、有效理查德常數(shù)A^**、理想因子n和串聯(lián)電阻R。本發(fā)明可直接獲得肖特基二極管的特性參數(shù)，提高了測量效率。
文檔編號G01R31/26GK101504439SQ20091008002
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者冉書能, 劉國超, 鼎 孫, 坤 荀, 蔣瑩瑩, 賈春燕, 邢啟江 申請人:北京大學(xué)