[发明专利]对PN结进行自动测量的电容电压特性测试仪及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件测试研究领域，特别涉及一种针对PN结进行自动测量的电容电压特性测试仪及其测试方法。

背景技术

PN结是半导体器件的基础单元，由于PN结本身是一个势垒区，存在势垒电容，加正向偏压时，PN结势垒区变窄，结电容变大；加反向偏压时，PN结势垒区变宽，结电容变小。结电容C＝Q/V，其中Q为结区电荷，V为电压。电荷量Q是由电离杂质(施主或受主)形成的，因此Q值与杂质浓度相关，通过测量二极管电容和电压之间的关系可以得到器件内部杂质浓度随深度的变化情况，这是研究器件特性的重要手段。

目前普遍使用的电容电压特性测试仪，是用人工手动调节PN结的偏压，并记录相应的偏压值、电容量、漏电流值，测试数据量大，耗时长，记录完所有的测试数据后，还需要对所有数据进行处理以及绘图。另外，由于人工手动调节，其测试速度和测试密度均无法得到保证，只能大致进行测量，所得结果不够精确。

因此，需要一种对PN结进行自动测量的电容电压特性测试仪及其测试方法。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种对PN结进行自动测量的电容电压特性测试仪，该测试仪通过可编程稳压电源对待测二极管加步进偏压，并可从正偏压自动切换为负偏压，通过实时采集当前的电容量、偏压值、漏电流值，可以实现对PN结的全自动测量，显示、保存测量数据，并绘制曲线图，不仅大大缩短了测量时间，而且测量结果更加精确。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于上述测试仪的测试方法，该方法能够全自动控制PN结电容电压特性的整个测量过程，实现快速、精确测量。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：对PN结进行自动测量的电容电压特性测试仪，包括测试样品台、可编程稳压电源、高频电容测试仪、数字表、单片机控制系统以及主控制器，测试样品台上设有用于贴紧待测二极管两端的电极，可编程稳压电源在待测二极管两端加步进的偏压，高频电容测试仪与待测二极管两端相连以测量当前偏压下的电容量和漏电流；数字表包括电容量数字表、偏压值数字表和漏电流值数字表，三者的输出端均与单片机控制系统的输入端相连，漏电流值数字表的输入端、电容量数字表的输入端均与高频电容测试仪的输出端相连，偏压值数字表的输入端与可编程稳压电源相连；单片机控制系统、可编程稳压电源分别与主控制器相连，主控制器上设有人机交互装置。本发明通过在人机交互装置上设定可编程稳压电源的步进值、步进范围等参数，即可实时采集到当前的电容量、偏压值、漏电流值，并予以显示，具有自动化程度高、效率高的优点。

优选的，所述电容电压特性测试仪中还设有一正负极切换电路，该电路输入端与单片机控制系统相连，输出端与测试样品台连接。通过该电路可实现自动切换加载在待测二极管两端的电压极性。

优选的，所述电容量数字表的通讯方式为8421BCD码，所述偏压值数字表和漏电流值数字表均带有串行通讯接口，通讯方式为RS485串口。

优选的，所述可编程稳压电源是通过RS232串口与主控制器相连。

优选的，所述单片机控制系统通过RS232串口与主控制器连接。

优选的，所述主控制器还与一打印机相连。用于对所得数据处理结果、绘制的曲线图等进行打印输出。

优选的，所述高频电容测试仪采用1MHz电容测试仪。在电容测试仪领域，100KHz(不包括100K)以上属于高频，100KHz以下属于低频。

优选的，在电容电压特性测试仪中还包括一终端面板，所述数字表的显示端均固定在该面板上。从而实时采集的参数值可集中显示，便于现场观测。

更进一步的，所述终端面板上设有若干个测试端端口，端口分别与可编程稳压电源、高频电容测试仪相连，测试样品台在测试时直接固定在上述测试端端口上。从而使测试仪终端设备集成化程度更高。

一种基于上述电容电压特性测试仪的测试方法，包括以下步骤：主控制器控制可编程稳压电源在设定的范围内，按照设定的步进值自动从低到高依次输出偏压，并将输出的偏压加到待测二极管上，实时采集该偏压下待测二极管上的电容量、偏压值、漏电流值，并通过单片机控制系统上传到主控制器，主控制器对数据进行显示、保存、处理、绘图。

具体的，包括步骤：

(1)初始阶段：开启主控制器电源和可编程稳压电源，将待测二极管夹在测试样品台两端电极上，两端电极分别标注“+”、“-”，待测二极管的正极夹于“+”上，负极夹在“-”上，并使接触良好；

在主控制器上设定相应的偏压测试范围、电压步进值；