Экспериментальная часть

Структурная схема экспериментальной установки

Экспериментальная установка для измерения параметров полу-проводниковых приборов представляет собой автоматизированный комплекс, предназначенный для измерения электрофизических, фотоэлектрических и шумовых характеристик полупроводни-ковых приборов, проводимого по программе измерений, записанной в память персонального компьютера. Результаты измерений могут предвари-тельно обрабатываться, а также отображаться на экране монитора компьютера. Внешний вид установки показан на рис. 4.

Данный комплекс состоит из персонального компьютера, цифрового и аналогового блоков. Компьютер предназначен для управления работой комплекса, обработки, отображения и хранения результатов измерений. Цифровой блок по командам, выдаваемым центральным процессором (РС) в соответствии с программой управления измерениями. Он представляет собой несколько специально разработанных цифровых устройств, собранных на отдельных платах размещенных в системном блоке РС и подключенных к ISA-шине компьютера. В состав этого блока входят аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и 16-ти разрядные входной и выходной регистры.

Аналоговый блок предназначен для подключения исследуемого полупроводникового прибора к измерительным модулям и выработки ими информационных сигналов, содержащих сведения об исследуемых параметрах и свойствах прибора. Аналоговый блок реализован в двухкорпусном варианте (на переднем плане рис. 4). Верхний корпус предназначен для измерения вольт-фарадных характеристик и в данной лабораторной работе не используется. Нижний корпус содержит два приборных модуля: измеритель вольтамперных характеристик (ВАХ) и измеритель шумовых и фотоэлектрических характеристик. Структурная схема подключения этих модулей для измерения выше перечисленных характеристик изображена на рисунке 5. Выбор различных режимов работы установки осуществляется посредством переключения реле Р₁…Р₉. Управление этими реле осуществляется программно. Каждому реле соответствует свой бит в слове состояния выходного регистра. Логическая единица (+5 В), записанная в нулевом, первом или втором бите двоичного слова выходного регистра из цифрового блока, приводит к включению реле Р₅, Р₆ или Р₇ соответственно, которые в зависимости от величины измеряемого тока подключают к схеме измерения одно из эталонных сопротивлений на входе измерителя ВАХ. Изменение полярности выходного напряжения осуществляется с помощью реле Р₉, работой которого управляет третий бит. При подаче логической единицы, то сигнал на вход АЦП поступает неинвертированный сигнал.

Рис. 5. Структурная схема экспериментальной установки

Переключение между режимами измерения ВАХ или фотоэлектрических (шумовых) характеристик происходит посредством реле Р₄, которому соответствует четвертый бит в двоичном слове выходного регистра. Если в него записывается логическая единица (+5 В), то реле коммутирует режим измерения ВАХ, а если записывается логический ноль (0 В) то происходит переключение на режим измерения «ФЭ-шум». Реле Р₂ и Р₃ управляются пятым битом и коммутируют одновременно. Бит 6 соответствует реле Р₁, которое необходимо для включения или выключения светодиода, необходимого для измерений фотоэлектрических характеристик.

Для подачи постоянного напряжения смещения на исследуемый полупроводниковый прибор используется напряжение с ЦАП, которое поступает на инверсионный вход операционного усилителя К140УД6 с коэффициентом усиления G = 5, усиливается, а затем (в зависимости от выбранного режима измерений) используется либо для снятия ВАХ, либо фотоэлектрических и шумовых.

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТАНОВКИ

Управление измерениями электрофизических, фотоэлектрических и шумовых характеристик полупроводниковых приборов с помощью автоматизированного комплекса осуществляется посредством программы, написанной на языке программирования Turbo Pascal «МЕТРОНОМ 02».

Программа позволяет измерять следующие характеристики:

- зависимости фотоэдс, а также шумового напряжения измеряемого полупроводникового прибора от напряжения смещения на любой частоте;

- частотной зависимости фотоэдс;

- вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводниковых структур.

Работа с программой облегчена тем, что в ней сформировано меню, позволяющее производить отдельные измерения независимо от других, записывать результаты измерений на винчестер, а также выводить зависимости в виде графиков на экран монитора. Вся информация по работе с автоматизированным комплексом заложена в программу, по мере выполнения которой необходимые оператору сообщения выводятся на экран монитора. Эти сообщения позволяют не только правильно выбирать условия измерения объекта, но и следить за ходом выполнения программы.