Измерение параметров интегральных микросхем и полупроводниковых приборов

1.

Измерение параметров
интегральных микросхем и
полупроводниковых
приборов
Выполнил: Кущев Максим гр. КСК-21

2.

Основные сведения
Любое современное радиоэлектронное устройство строится на базе
полупроводниковых элементов: диодов, транзисторов и интегральных схем.
Характеристики всех этих элементов даются в виде паспортных данных. Однако
реальные характеристики в большинстве случаев не совпадают с паспортными
данными. Поэтому в тех случаях, когда разработчик не располагает справочными
данными или желает получить более точные сведения об имеющихся в его
распоряжении полупроводниковых элементах, необходимо провести измерения своими
силами и определить наиболее важные их параметры.
К таким параметрам у полупроводниковых диодов и транзисторов относятся прямое и
обратное сопротивления по постоянному току, прямые и обратные токи и емкости p-nпереходов, импульсные параметры (прямое импульсное напряжение, время
установления и восстановления падения напряжения на p-n-переходе), а также
статические параметры транзисторов.
Для интегральных схем параметрами являются быстродействие, потребляемая
мощность, помехоустойчивость и нагрузочная способность.

3.

Проверка исправности диодов с помощью омметра.
Она может быть произведена с помощью обычного пробника или омметра. Зная
полярность омметра, легко определить полярность диода, так как в случае, когда омметр
показывает минимальное сопротивление, полярности диода и омметра совпадают.
Показания омметра (в омах) при изменении полярности диода будут соответствовать
прямому Rпр и обратному Rобр сопротивлениям по постоянному току. Для исправного диода
имеет место Rобр >> Rпр.
При проверке исправности диодов желательно использовать омметр с низковольтной
батареей E = 1,5...2,0B, чтобы не превысить напряжения пробоя. Для силовых и точечных
диодов это условие не обязательно, так как Uобр ≥ 10B, для стабилитронов Uобр ≥ 8B. Однако
для СВЧ-диодов Uобр ≤ 1B и проверка их исправности при E ≥ 1,5B может дать слишком
малые значения для Rобр или при длительном измерении привести к их пробою.
Поэтому для СВЧ-диодов указанный способ проверки не может быть рекомендован. Это
условие также относится и к туннельным диодам, для которых Uобр = 0. Следовательно,
показания омметра для прямого и обратного направлений будут практически неразличимы.

4.

Проверка исправности транзисторов с помощью омметра.
Она также может быть произведена с помощью обычного омметра, в котором используется батарея с
напряжением, не превышающим 10В. При проверке транзистора с помощью омметра необходимо подключить
один из его зажимов к базе триода, а другой — поочередно к эмиттеру и коллектору. Если к базе триода
подключен положительный зажим омметра, то для исправного триода типа p-n-p оба измерения должны дать
значения сопротивлений, лежащие в интервале от 0,1 до 5,0МОм. Обычно обратное сопротивление
эмиттерного перехода бывает больше, чем у коллекторного. Если одно из сопротивлений будет много меньше
нижней границы данного диапазона, то это свидетельствует о неисправности триода (например, пробит один из
переходов).
При перемене полярности (отрицательный зажим омметра подключен к базе триода) оба указанных измерения
должны дать величины сопротивлений порядка нескольких единиц или десятков Ом. Если окажется, что
сопротивление одного из переходов много больше нужной величины, то триод следует считать неисправным
(например, нарушен контакт между полупроводником и металлическим электродом).
Кроме перечисленных измерений следует проверить сопротивление между эмиттером и коллектором. Если к
эмиттеру подключить положительный зажим омметра, то сопротивление между указанными электродами у
исправного плоскостного p-n-p-триода должно лежать в пределах от 10кОм до 1МОм. При перемене полярности
сопротивление между эмиттером и коллектором, как правило, бывает в несколько раз больше. Если измеренные
значения сопротивлений оказываются лежащими далеко за указанными пределами, то триод следует считать
неисправным. Малое сопротивление обычно характеризует замыкание переходов, большое — нарушение
контактов.

5.

Схема для измерения статического коэффициента βст мощных транзисторов в
импульсном режиме
Напряжение на коллекторе U1 задается от источника постоянного напряжения. На (рис. 11.3 а)
генератор коротких импульсов ГИ имеет регулируемую амплитуду. В паузе между импульсами
транзистор заперт, измерение производится за время длительности импульса. Амплитуда
импульсов базового тока Iб увеличивается до тех пор, пока импульсный ток коллектора Iк не
достигнет заданного значения. Ток коллектора контролируется импульсным вольтметром ИВ,
измеряющим напряжение на токосъемном резисторе Rк. Отсчетный прибор непосредственно
проградуирован в значениях тока. На (рис. 11.3 а) параметр U2 показывает напряжение базы в
импульсе.

6.

Классификация интегральных микросхем.
В зависимости от технологии изготовления ИМС делятся на полупроводниковые и пленочные.
Сочетание технологий позволяет реализовать еще одну группу — гибридные.
Полупроводниковые ИМС характеризуются повышенным количеством элементов и защищены от
влияния внешней среды. Пленочные ИМС — схемы с пассивными элементами. В гибридных ИМС
пленочными являются пассивные элементы и соединения, а активные элементы — бескорпусные
диоды и транзисторы, выполненные на отдельных полупроводниковых кристаллах.
Сложность ИМС определяется количеством содержащихся в ней элементов и компонентов —
степенью интеграции.
По степени интеграции различают следующие ИМС:
· маломасштабные (МИС) — 20—40 элементов:
· среднемасштабные (СИС) — 50—150 элементов;
· большие (БИС) — 150—900 элементов;
· сверхбольшие (СБИС) — более 1000 элементов.
Благодаря развитию технологии униполярных МОП- или МДП-транзисторов существенно
повышена степень интеграции микросхем.

7.

Несколько простейших логических функций можно реализовать с
помощью основных логических элементов:
· логическое сложение (дизъюнкция, или операция ИЛИ) заключается в том, что функция принимает значение, равное «1»,
если хотя бы на одном входе присутствует «1»:
· логическое умножение (конъюнкция, или операция И) заключается в том, что функция принимает значение, равное «1»,
если на всех входах одновременно присутствует «1»;
· логическое отрицание (инверсия, или операция НЕ) заключается в получении переменной, противоположной данной.
На рисунке 6.4 приведены условное графическое обозначение (УГО) элементов И, ИЛИ, НЕ и таблицы истинности. В
таблице истинности «1» означает наличие сигнала на входах и выходе, а «0» — его отсутствие.

8.

Измерение уровней выходных напряжений интегральной
микросхемы
Для набора элементов задают полярность и амплитуду (или уровни) входных
и выходных сигналов. Обычно при этом задают значения сигнала (уровни
или амплитуду), максимальные для "0" и минимальные для "1".
Для элементов серии К155 принята положительная логика, т. е. за сигнал
единицы принимается сигнал с более положительным уровнем, чем сигнал
нуля. Элементы считаются работоспособными, если выходное напряжение
при логическом "0" на выходе меньше или равно 0,4 В. И выходное
напряжение при логической "1" на выходе больше или равно 2,4 В, т. е.
Uвых"0" < 0,4 В, Uвых"1" > 2,4 В
На рис.3 приведена принципиальная электрическая схема элемента И — НЕ
на четыре входа из серии элементов К155.

9.

Приведена принципиальная электрическая схема элемента И — НЕ на четыре
входа из серии элементов К155.

10.

Основными динамическими параметрами ЦИС являются
время задержки включения ;
время задержки выключения ;
время задержки распространения сигнала при
включении ;
время задержки распространения сигнала при
выключении ;
среднее время задержки, которое
характеризуют быстродействие ЦИС: