Методические указания по выполнению работы

Подготовка к работе. В данном параграфе описана работа с программой измерения электрических характеристик полупроводниковых приборов. Перед началом измерений необходимо подключить исследуемый полупроводниковый прибор (фотодиод или фоторезистор) ко входным байонетным разъемам аналогового блока. Указанные разъемы находятся на задней панели аналогового блока.

Перед началом измерений необходимо включить все приборы комплекса и дать примерно 20-30 минут на прогрев приборов и модулей. Первым включают РС, а затем аналоговый блок комплекса. Для этого нужно переключить сетевой тумблер на передней панели аналогового блока в положение «Включено». При включении аналогового блока на передних панелях обоих корпусов в правой части должны загореться три индикаторных светодиода, указывающие на наличие напряжений плюс/минус 15В и плюс 5В. Далее необходимо включить приборы, входящие в состав комплекса: программируемый генератор сигналов Г4-153, подключенный к разъему «ТЕСТ» на задней панели аналогового блока, вольтметр В3 – 56, и, при необходимости визуальной оценки сигнала по ходу измерения, осциллограф, подключенный к выходному разъему «ФАЗА». Данный разъем также находится на задней панели аналогового блока

После того как все вышеуказанные приборы и двухблочный измеритель параметров полупроводниковых приборов находиться во включенном состоянии, можно запускать программу измерения. Ярлык программы «МЕТРОНОМ 02» находится на рабочем столе РС.

Основное меню программы, появляющееся при ее запуске, представляет собой разделенное на две области окно. В верхней области указано название программы (Программа измерения характеристик полупроводниковых структур), место ее разработки (Томский университет систем управления и радиоэлектроники), а также диапазоны измерения и погрешности измеряемых величин, диапазоны частот тестового сигнала и амплитуды напряжения смещения. В нижней области рабочего окна, непосредственно, сформировано основное меню программы, в котором попунктно указаны следующие процедуры: «Калибровка С», «Измерение С, G(V)», «Измерение ВАХ», «Измерение фотоэдс, шума(V)», «Измерение фотоэдс (f)», «Запись зависимостей на диск», «Чтение зависимостей с диска», «Вывод зависимостей на монитор». Выбор необходимой процедуры осуществляется при помощи клавиатуры. Посредством клавиш NumLock «» и «» производится выбор процедуры из списка, затем необходимо нажать клавишу <Enter>.

Процедура измерения ВАХ. Для входа в процедуру измерения вольтамперной характеристики следует в основном меню программы выбрать пункт «Измерение ВАХ» и нажать клавишу <Enter>.

Программа сформирует окно, в верхней строке которого на протяжении всей работы с выбранной процедурой будет видна надпись «Измерение ВАХ». Далее следует информация «Подключаю Zx к измерителю ВАХ», которая свидетельствует о том, что измеряемый объект подключен к комплексу. Затем программа измерит начальные состояния блока при нулевом напряжении на структуре, при различных режимах работы измерителя (подключении различных эталонных сопротивлений и изменении полярности измерителя (см. 4.5.1)). Этот процесс будет отражен в виде появляющихся по ходу измерения строк «U1 <+> = (численное значение измеренного напряжения)», «U1 <-> = (численное значение измеренного напряжения)» и т.д. В нижней области окна будет видна надпись «Начальные состояния ОУ ВАХ».

После этого программа просит ввести значение напряжения смещения и амплитуды развертки. Действовать нужно аналогично приведенному выше описанию. После ввода данных значений, на структуре установится выбранное напряжение (этот процесс, также аналогичен описанному выше), в верхней части окна появится надпись «Цикл измерения ВАХ» и «Поляризация структуры <Enter>». Нажатие клавиши <Enter> приведет к началу процесса измерения ВАХ. Рабочее окно программы будет иметь следующий вид:

«Выполнено ___ %», перед символом «%» будет выдаваться числовое значение от 1 до 100 отражающее ход измерения;

Вслед за этим идет строка «Uizm = (значение измеренного напряжения)»;

Далее следует надпись «Напряжение на структуре <В> (значение напряжения подаваемого на структуру)». Напряжение, подаваемое на исследуемый прибор, будет «пробегать» все значения из заданного ранее диапазона с шагом устанавливаемым программой;

В нижней области рабочего окна программы будет видна следующая информация «Iут <мкА> = (численное значение измеренного тока)», ниже этой строки «Диапазон (номер эталонного сопротивления подключенного к схеме) Полярность (<+> или <->, в зависимости от того какова полярность измерителя - положительная или отрицательная)».

По завершению процесса измерения программа выведет на экран максимальное и минимальное значения измеренных напряжения и тока. Для выхода в основное меню необходимо нажать клавишу <Enter>.

Процедура измерения фотоэдс, шума от напряжения. Для входа в процедуру измерения фотоэдс, шума от напряжения следует в основном меню программы выбрать пункт «Измерение фотоэдс, шума (V)» и нажать клавишу <Enter>. Программа сформирует окно, в верхней строке которого на протяжении всей работы с выбранной процедурой будет видна надпись «Измерение ФЭ(V), Шум(V)».

Далее программа измерит и выдаст значение напряжения соответствующее начальному состоянию измерителя, когда на приборе нет напряжения и он не освещается. Этот процесс на экране будет представлен в виде «Uph<mV> = (численное значение измеренного напряжения)». Затем последует информация «Введите частоту модуляции излучения в кГц». Необходимо ввести значение частоты, на которой будет работать светодиод облучающий структуру. После ввода выбранного значения частоты модуляции следует нажать клавишу <Enter>. После этого программа выдаст информацию следующего содержания «Включите тумблер СВЕТОДИОД вверх <Enter>». Сделав это, следует нажать клавишу <Enter>. После того в верхней части окна, мигая, появится строка «Работает светодиод на 0.91 мкм». Данное число есть длина волны излучения, испускаемого светодиодом.

Далее идет процедура ввода значения напряжения, подаваемого на прибор, которая описана в описании работы с процедурой измерения фотоэдс или шума полупроводникового прибора.

После ввода необходимых значений напряжений и установки напряжения на структуре в верхней части окна будет видна надпись «Цикл измерении ФЭ и Шума», обозначающая данный процесс. Далее следует надпись «Выполнено %», перед символом «%» будет выдаваться числовое значение от 1 до 100 отражающее ход измерения. Затем следует надпись «Напряжение на структуре <В> (значение напряжения подаваемого на структуру)». Напряжение, подаваемое на исследуемый прибор, будет «пробегать» все значения из заданного ранее диапазона с шагом устанавливаемым программой. Ниже этой строки следует другая надпись «ФЭ = (численное значение измеренного напряжения при освещении структуры) ШУМ = (численное значение напряжения измеренного при отсутствии освещения)». В процедуре при выполнении измерения происходит процесс включения/выключения светодиода, что позволяет одновременно снимать как фотоэлектрическую, так и шумовую характеристики. При этом в программе заложена процедура задержки, за счет которой структура успевает перенастроиться под каждый из режимов измерения, что не приведет к искажению полученных результатов. Данный процесс отражается в виде мигающей надписи «Жду установления амплитуды» в нижней области рабочего окна. По завершению измерения программа выдает на экран значения максимальных и минимальных измеренных напряжений (в милливольтах) для каждого вида измерений. Для выхода в основное меню необходимо нажать клавишу <Enter>.

Процедура измерения фотоэдс от частоты. Для входа в процедуру измерения фотоэдс от частоты следует в основном меню программы выбрать пункт «Измерение фотоэдс (f)» и нажать клавишу <Enter>.

Программа сформирует окно, в верхней строке которого на протяжении всей работы с выбранной процедурой будет видна надпись «Измерение ФЭ».

Далее идет процедура ввода значения напряжения подаваемого на структуру. В рабочем окне программы появится надпись «Установите постоянное смещение на структуре (В) V0 =». В данном случае напряжение смещения – это постоянное напряжение, которое в процессе измерения будет выставлено на структуре. После ввода необходимого значения нужно нажать <Enter>. Программа установит заданное напряжение, после чего на экране появится надпись «Диапазон частот 10 Hz – 100 kHz». Это означает, что в процессе измерения частота, на которой проводится измерения, будет изменяться от 10 Гц до 100 кГц.

Следом за этой информацией последует другая информация: «Цикл измерения Кус (f)». Это означает, что далее будет проводиться измерение коэффициента усиления усилителя в зависимости от частоты. Данное измерение необходимо провести для того, чтобы в последующей процедуре измерения фотоэдс от частоты учесть возможную неравномерность частотной характеристики усилителя Кус (f). После того как будет нажата клавиша <Enter>, начнется процесс измерения Кус (f). На экран будут выводиться следующие значения «f <Hz> = (численное значение частоты) Kyc (f) = (численное значение измеряемого коэффициента усиления)» После завершения процесса измерения коэффициента усиления в зависимости от частоты, непосредственно, последует процесс измерения фотоэдс от частоты в уже указанном диапазоне частот и при уже установленном выше значении напряжения на структуре. Этот процесс будет отражен на экране в виде надписи «Цикл измерения ФЭ(f)» и последующем выводе подаваемой частоты и измеренной фотоэдс в виде «f <Hz> = (численное значение частоты) ФЭ <мВ> = (численное значение измеряемого напряжения)». По завершении работы процедуры на экран выводятся максимальное и минимальное значение фотоэдс. Для выхода в основное меню необходимо нажать клавишу <Enter>.

Процедура измерения шума от частоты Измерение частотных зависимостей шумового напряжения полупроводникового прибора производится с помощью селективного нановольтметра «Unipan 237», который устанавливается между АЦП и выходом измерителя «ФЭ-шум» вместо вольтметра В3-56. Нановольтметр устанавливается в режим узкой полосы нажатием клавиши «40 дб», а постоянное напряжение на АЦП снимается с клемм «Output» прибора. Генератор тестового сигнала выключается, постоянное напряжение со светодиода снимается. Фоновая подсветка создается с помощью светодиода, расположенного в непосредственной близости от исследуемого полупроводникового прибора. Уровень фоновой подсветки задается вручную с помощью регулируемого источника постоянного напряжения. Изменение частоты измеряемого шума производится оператором вручную по командам, записанным в программу управления и выдаваемым программой на монитор в требуемом месте.

Процедура записи зависимостей на диск. После того, как было произведено какое-либо измерение, результаты которого необходимо сохранить, можно воспользоваться процедурой записи зависимостей на диск. Для этого в основном меню нужно выбрать процедуру с одноименным названием и нажать клавишу <Enter>. После этого программа попросит ввести имя файла. Имя файла должно содержать только стандартные символы для наименования файлов. После того как имя введено, нужно нажать клавишу <Enter>. Файл с массивами измеренных значений будет записан в директорию, в которой находится программа, и произойдет возврат в основное меню.

Процедура чтения зависимостей с диска. Если в наличии имеется файл с записанными с него уже измеренными данными, то можно воспользоваться процедурой чтения зависимостей с диска. Для этого в основном меню нужно выбрать процедуру с одноименным названием и нажать клавишу <Enter>. Программа попросит ввести номер массива. Это требуется для того, чтобы можно было считать две или более зависимостей, каждой из которых будет соответствовать своя процедура вывода результатов на график. После того, как номер массива введен, необходимо ввести имя файла, если файла с указанным именем с данной директории нет, то программа выдаст сообщение: «Имя файла указано не верно <Enter>». После этого нужно повторить попытку, пока не будет введено верное имя. После этого файл будет считан и программа осуществит возврат в основное меню.

Процедура вывода зависимостей на монитор. Для вывода измеренной зависимости на экран монитора необходимо в основном меню выбрать процедуру «Вывод зависимостей на монитор» и нажать клавишу <Enter>. На экране появится сетка и, в зависимости от того какая характеристика была измерена, произойдет маркировка осей, а внутри сетки будет прорисован график или графики. Для выхода в основное меню необходимо нажать <Enter>.

После окончания измерений, необходимо выйти из программы измерений, выключить все приборы, аналоговый двухблочный измеритель и персональный компьютер.