專利名稱：砷化鎵場效應(晶體)管溝道溫度測試裝置的制作方法
一種砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置屬于半導體器件測試技術領域。
砷化鎵場效應管(GaAs MESFET)溝道溫度(Tch)一般是根據
圖1所示的原理圖進行測量的，其中，K1是電子開關，D、G、S分別代表場效應管的漏極、柵極和源極。請參見Electrical Thermal TestingPuts Quality in GaAs FET System By Bernard S.Siegal，SageEnterprises Inc MSNAugust 1981。其中，VDS是外加的加熱脈沖電壓，Igf是柵極電流，Vgsf是柵極電壓。其工作過程請見圖2的Theta 220A熱阻測試儀波形圖。在全部時間內，柵極加有小的正向測量電流，其值為IMo在t1時間內，未對器件施加加熱脈沖電壓VDS和相應的漏電流IDS，根據正向測量電流IM可測得柵源正向壓降Vgsf1。在t2時間內對器件施加加熱脈沖電壓VDS和相應的漏極電流IDS，使其處于工作狀態。在t3時間內把它們去掉，使器件從工作狀態轉成測量狀態，再次根據正向測量電流IM可測出測量狀態下的柵源正向壓降Vgsf2。然后，根據已知的相應于該測量值Vgsf2的溫度系數Tv由下述公式(1)即可獲得器件的熱阻值Rth，其值Rth=ΔTchPDISS=Vgsf1-Vgsf2TVDVDSIDS]]>其中，D為時間t2與t3的比值。
該法的優點是測試電路簡單，但在全過程中柵極始終有極小的正向測量電流IM，但器件在正常工作時又是用負壓反向偏置的，因而不能測量任意工作條件尤其是正常工作時的器件熱阻，而且在器件上施加的功率也受到很大限制。之所以如此是因為在柵極始終存在小的正向測量電流IM下，溝道溫度Tch由下式決定Tch=(Vgsf1-Vgsf2)TV+TC]]>其中TV是溫度系數，TC是環境溫度。
此時，小的正向測量電流IM是穩定的，測量狀態下的柵源正向壓降Vgsf2與溫度系數TV成線性關系，一一對應，溫度系數TV近似常數。但在由負柵壓偏置的工作狀態向測量狀態轉換時，由于器件自身電容的影響，測量電流IM是變的，它由零到達穩定值有一個過渡過程，使溫度系數TV呈非線性，與時間t有關，而且其熱時間常數僅2～5μs，上述公式就變為Tch(t)=[Vgsf1-Vgsf2(t)]TV(t)+TC]]>相應地，TV(t)=|∂Vgsf(t)∂T|Igs]]>其中，T為管芯溫度。
但測量電路的電時間常數為3～5μs，無法在電路上加以實現。而且，溫度系數TV在1.0～1.6mv/℃間，其測量精度要求極高，無法對其作直接測定，因而，恒定正向小柵極測量電流的方法對其不適用。關鍵問題是TV(t)曲線的測定。如果使器件在相同的柵極負壓偏置下，使其從工作狀態向測量狀態過渡，用同樣的采樣時間間隔，分別測出在測量狀態(當工作狀態下加有加熱脈沖電壓時)下和管芯溫度校正狀態(當工作狀態下不加加熱脈沖電壓，使管芯溫度等于環境溫度時)下的柵源正向壓降Vgsf2與時間t，在不同環境溫度T下(即管芯溫度校正狀態下)的柵源正向壓降V′gsf2與時間t的關系曲線，我們就能從中得到溫度系數TV與時間t的關系曲線，從而解決了由于柵極電流iM隨時間變化而帶來的溫度系數TV的時變性問題以及相應的對其直接測定的問題。于1994年2月8日提出的申請號為94101005.8，名稱為“砷化鎵場效應晶體管溝道溫度測試方法”的中國發明專利提示了一種在任意工作條件下測量砷化鎵場效應晶體管溝道溫度和熱阻的方法及相應裝置的原理圖(圖3)、波形圖(圖4)及電路方框圖(圖5)，其中，K2、K3是電子開關。其程序流程框圖見圖8。
本發明的目的在于提供一種與該電路方框5相應的砷化鎵場效應晶體管溝道溫度測試裝置。
本發明的特征在于它由采用IBM-PC型的計算機1、與其雙向連接且用8098單片機構成的控制器2、輸入端與前者輸出端經加熱和測試控制線相連的時序調整電路3、輸入端分別與控制器2的輸出端相連的柵極開關電路程控電源4和漏極開關電路程控電源5、輸入端分別與時序調整電路3和柵極開關電路程控電源4的輸出端相連的柵極開關電路6、輸入端與漏極開關電路程控電源5的輸出端相連的過流保護電路7、輸入端分別與過流保護電路7和時序調整電路3的輸出端相連的漏極開關電路8、輸入端與漏極開關電路8的輸出端相連而輸出端分別與控制器2和漏極隔離放大電路9的輸入端相連的電流電壓轉換電路10、恒流源11、柵極和恒流源11和柵極開關電路6的輸出端相連而漏極與電流電壓轉換電路10的輸出端相連且源極接地的被測砷化鎵場效應晶體管12、輸入端與被測管12的漏極而輸出端與控制器2的輸入端相連的漏極隔離放大電路9、輸入端與被測管12的柵極而輸出端分別與高速A/D采集電路13和控制器2的輸入端相連的柵極隔離放大電路14、一端與控制器2雙向連接而輸入端又與柵極隔離放大電路14的另一個輸出端相連的高速A/D采集電路13、與控制器2雙向連接且帶有加熱元件15、熱電偶16以便為測試臺18提供環境溫度的恒溫器17、測試臺18以及與控制器2相連的顯示器19和鍵盤20構成，其中，時序調整電路3由其輸入端與控制器2的加熱測量信號輸出端HS0.0相連的反相器U4C、與其順次相串的反向器U4B、U4A、其時鐘端CLK與反相器U4B輸出端相連的D觸發器U1A、其時鐘端CLK與反相器U4A輸出端相連的D觸發器U1B、其輸入端與D觸發器U1A的輸出端Q而輸出端與柵極開關電路6的控制信號輸入端相連的反相器U4D、其輸入端與D觸發器U1B的輸出端Q而輸出端與漏極開關電路8的控制信號輸入端相連的反相器U4E、其控制信號輸入端B與D觸發器U1A的輸出端Q相連的單穩觸發器U2A、其控制信號輸入端A與前者輸出端Q而其輸出端Q與D觸發器U1B的置位端PB相連的單穩觸發器U2B、其控制信號輸入端A與D觸發器U1B的輸出端Q相連的單穩觸發器U3A、其控制信號輸入端A與前者輸出端Q相連而其輸出端Q與其正極與D觸發器U1A復位端CL相連的隔離二極管D2的負極相連的單穩觸發器U3B、其輸入端與反向器U4C輸出端相連而其輸出端經電阻R10、二極管D3相串接地的反相器U4F及它們的外圍元件組成；漏極開關電路8由其輸入端與時序調整電路3中反相器U4E輸出端相連的用光電管IS01及其外圍元件構成的光電轉換開關、其輸入端與光電轉換開關輸出端相連的由晶體三極管Q1～Q4組成的放大電路、兩端分別與上述放大電路Q4管集電極輸出端及漏極開關電路程控電源5的漏極開關電路電源電壓Vsds輸出端相連的作過流保護電路7用的限流電阻RH、兩端分別與上述放大電路中Q4管的射極輸出端以及被測管12的漏極、由運算放大器U5、U6組成的隔離電路輸入端相連的輸出電阻R20、其輸出端與電流電壓轉換電路10的輸入端相連的上述隔離電路以及由穩壓電路芯片U7、U8組成的漏極開關電路電源組成；柵極開關電路6由其輸入端與時序調整電路3中反相器U4D輸出端相連的用光電管IS02及其外圍元件組成的光電轉換開關、其輸入端與上述光電轉換開關輸出電阻R31相連的用晶體管Q5構成的開關電路、一端與恒流源11的輸出端相連而另一端分別與被測管12的柵極、與其負極和開關管Q5的開關信號輸出端即其集電極相連的隔離二極管D7的正極相連的輸出電阻R35、一端與上述開關信號輸出端而另一端與柵極開關電路程控電源4的柵極開關電路電源電壓Vsgs輸出端相連的輸入電阻R34、由場效應管Q6、可變電阻R27串接而成且與光電轉換開關共用電源的恒流源11、其輸入端與隔離二極管D7正極而輸出端與柵極隔離放大電路14的輸入端相連的由運算放大器U9構成的隔離電路以及由穩壓電路芯片U10、U11組成的柵極開關電路電源構成，漏極隔離放大電路9由其輸入端通過輸入電阻R44與漏極開關電路8的隔離電路中運算放大器U6的輸出端相連而其輸出端經輸出電阻R47與控制器2的輸入端相連的運算放大器U14A及其外圍元件組成；電流電壓轉換電路10由其輸入端與上述漏極開關電路8中的運算放大器U5、U6的輸出端相連、其輸出端經穩壓管D21限幅后與控制器2的輸入端相連而控制端經三極管Q7的柵極限流電阻R39與控制器2的輸出端相連的用運算放大器U14B、U14C、U13組成的具有高共模抑制比的差放電路及其外圍元件構成，柵極隔離放大電路14由其輸入端經輸入電阻R42與柵極開關電路6的隔離電路中運算放大器U9的輸出端相連而其輸出端與控制器2的輸入端相連的運算放大器U15、其輸入端經輸入電阻R52與上述運算放大器U9的輸出端相連而輸出端與高速A/D采集電路13的輸入端相連的用運算放大器U16、U17組成的兩級放大電路、其輸入端與控制器2的參考電壓輸出端相連而輸出端與上述運算放大器U16的輸出端相連的用芯片U18、運算放大器U19組成的參考電壓發生器以及他們的外圍元件構成，柵極開關電路程控電源4由其輸入端分別經驅動器U24、接插件JP24后與控制器2的數據輸出端相連的D/A轉換器U21、U22、其輸入端分別與上述D/A轉換器U21、U22輸出端相連的運算放大器U20A、U20B、其輸入端同時與上述運算放大器U20A、U20B輸出端相連的加法器U20C、順次與加法器U20C輸出端串接的反相器U20D、緩沖器U26A、其輸入端與緩沖器U26A輸出端相連而其輸出端與柵極開關電路6中的輸入電阻R34相連的可調電源U27以及它們的外圍元件構成，漏極開關電路程控電源5由其輸入端同樣分別經驅動器U24、接插件JP24后與控制器2的數據輸出端相連的D/A轉換器U28、U29、其輸入端分別與上述D/A轉換器U28、U29輸出端相連的運算放大器U26B、U26C、其輸入端同時與上述運算放大器U26B、U26C輸出端相連的加法和緩沖器U34A、其輸入端與加法和緩沖器U34A輸出端相連而其輸出端與漏極開關電路8中的限流電阻RH相連的可調電源JP32以及它們的外圍元件構成。
使用證明本裝置達到了預期的技術性能。
為了在下面結合實施例對本發明作詳盡描述，現把本申請文件使用的附圖編號及其名稱簡介如下圖1Theta 220A型熱阻測試儀原理圖；圖2與圖1相應的各點波形圖；圖3本發明提出的測試裝置原理圖；圖4與圖3相應的各點波形圖；圖5本發明提出的測試裝置的電路框圖；圖6本裝置在校正狀態下的各點波形圖；圖7本裝置在測量狀態下的各點波形圖8本發明提出的裝置的程序流程圖；圖9時序調整電路3的原理圖；圖10漏極開關電路8、過流保護電路7的原理圖；圖11柵極開關電路6和恒流源11的電路原理圖；圖12柵極和漏極開關電路的可編程電源4、5及小鍵盤20、顯示器19的接口的電路原理圖；圖13柵極和漏極的隔離放大電路14、9和電流電壓轉換電路10的電路原理圖；圖14控制器2的端口定義及連接圖；圖15顯示器19的端口定義及連接圖；圖16小鍵盤20的端口定義及連接圖。
實施例在圖5中，1是計算機，可以是IBM-PC286(或相應的兼容機)，主要任務是向控制器2下達操作指令并接收測量結果和作數據處理。控制器2由8098單片其機及相應的外圍電路構成，主要任務是控制儀器各部分的操作并對數據作初步處理。3是時序調整電路，它可把控制器2發出的開關控制信號先后轉換成兩路信號分別去控制柵極開關電路6和漏極開關電路8，該兩路信號間的延時是為了防止被測器件12燒毀或受大電流沖擊。柵極和漏極開關電路6、8是用于控制被測器件12在工作狀態(即加熱狀態)和測量狀態之間相互轉換用的，要求其轉換時間小于1μs。4和5分別是供應上述兩個開關電路6和8的可編程控制電源，它可通過編程來改變被測器件12的工作點即漏極電壓VDS和漏極電流IDS。11是恒流源，可在500μA～5mA之間調整以向被測器件12的柵極提供恒定小電流。14是柵極隔離放大電路，它可把被測器件12的柵極電壓放大或壓縮后分別送入控制器2的A/D(模似/數字)轉換輸入端或高速A/D轉換電路13的輸入端，它是和控制器2雙向連接的。10是電流電壓轉換電路，它可把漏極電流IDS轉換成電壓信號送往控制器2的另一個A/D輸入端。 9是漏極隔離放大電路，它可把漏極電壓VDS放大或壓縮后送入控制器2的第三個A/D轉換輸入端。17是帶有加熱元件15、熱電偶16的控溫器，在控制器2的控制下，它為測試臺18提供環境溫度TC。7是串聯在漏極程控電源5和漏極開關電路8之間的過流保護電路，這里用電阻RH代替，作用是限制漏極電流IDS以防止由于振蕩或其它原因燒毀被測器件12。20是小鍵盤，作用是輸入少量控制命令以及在不接計算機1時輸入給定數據。19是顯示器，可實時顯示漏極電壓VDS、漏極電流IDS和柵極負偏置電壓VGSR，在不接計算機1時還可顯示一些輸入數據和測量結果。a是控制器2向時序調整電路3發出的進行加熱、測試操作的控制信號，b是的序調整電路3向柵極開關電路6發出的開關信號，c是它向漏極開關電路8發出的開關信號，d是被測器件12的柵壓，在圖6中，在t1即測不同管芯溫度下的校正曲線時它用的數據是Vgsf1，t0即加柵極負偏置電壓VGSR的時間段，在圖7中，在t2即工作狀態時它用的數據是柵極負偏置電壓VGSR，在t3即測量狀態時它用的數據是Vgsf2，e是柵極負偏置電壓VGSR的倒相波形，f是Vgsf1或Vgsf2的波形，根據是測校正曲線或測量狀態而有所不同，i是柵極電流IM的波形，其波形圖見圖6～7。
下面先介紹各電路圖之間的聯接關系，然后再對各電路圖本身進行說明。在此之前，先介紹作為關鍵部件的控制器2之端口定義與各條連接線，請見圖14。控制器2是TP98A型的，它有J1～J5共5個端口。J1的各個端子分別與圖13中接插件P1的端子1～9相連，柵極電壓Vgs、漏極電壓Vds、經電流電壓轉換電路10轉換后的漏極電壓Vids分別通過端子5、4、2送入控制器2的A/D輸入端；J2是一個9針串行接口，它與計算機1(IBM-PC型)的串行接口COM1相連；J3也是串行接口，它與808型溫控器17的管腳11、13、15相連，控制并讀取溫度；端口J4的J4.45端子是高速輸出端HS0.0，它與圖9中的按插件JP1的端子JP1.1相連；端子J4.44是高速輸出端HS0.1，端子J4.43是高速輸出端HS0.2，它們分別與高速A/D采集電路13的信號控制線端口J1的端子JP1.3和JP1.4相連，以控制采集的開始與結束，因該電路采用標準的高速A/D采集板，故未給出電路圖；端口J5各端子分別與圖12可編程電源電路中接插件JP24的端子1～20相連，其中，D0～D7是數據總線，A0～A2是地址線，C0～C2是選擇線，RD、WR是讀寫控制線，GND是地線，REST與CLK未用。端口J5還通過圖12中的接插件JP24、數據總線DBCS、接插件JP25與作顯示器19用的EA-D20040AR型顯示板相連，其聯接關系見圖15，其14個端子分別與顯示板19的數據線D0～D7、讀、寫控制線R/W、選通線E、控制線RS、亮度線VO、地線GND和電源線+5伏相連；端口J5還經過圖14中的接插件JP24、數據總線DBCS、驅動器芯片U25、接插件JP33與KB16型小鍵盤20的數據線D0～D7、地線GND相連。圖9中，時序調整電路3的輸出接插件JP4的端子JP4.1與圖11柵極開關電路6的輸入接插件JP12的端子JP12.1相連；端子JP24.5與圖10漏極開關電路8的輸入接插件JP7的端子JP7.1相連。柵極開關電路6的電源接插件JP15的端子JP15.1與圖12中可編程電源4的輸出接插件JP31的端子JP31.1相連，柵極開關電路6的輸出接插件JP14的端子JP14.1與圖13中柵極隔離放大電路14中的輸入接插件JP17的端子JP17.1相連，其另一個輸出接插件JP16的端子JP16.1與測試臺18上被測器件12的柵極相連，同時還經過電阻R35與由場效應管Q6、電阻R27組成的恒流源11的輸出端相連。圖10中，漏極開關電路8及限流電阻RH經電源輸入接插件JP8的端子JP8.1、JP8.2分別與圖12中可編程電源電路5的輸出接插件端子JP30.3、JP30.4相連。漏極開關電路8的輸出接件JP10的端子JP10.1、接插件JP11的端子JP11.1分別與圖13中電流電壓轉換電路10的輸入接插件JP17的端子JP17.6、JP17.4相連，以便把漏極電流Ids轉換成電壓信號Vids。圖10中接插件JP9的端子JP9.1與測試臺18上被測器件12的漏極相連。在圖13中，與柵極開關電路6的輸出接插件JP14的端子相連的端子JP17.1把放大后的柵極電壓Vgs送往接插件P1的端子P1.5，在放大前的柵極電壓還要與柵極隔離放大電路14中由芯片U18、U19組成的參考電壓發生器的輸出相減，在圖13的運算放大器U16、U17中放大后形成測量柵壓Vgsf1或Vgsf2送往其輸出接插件JP23的端子JP23.1和JP23.4。由此可見，在圖13中包含了電流電壓放大電路10、柵極、漏極隔離放大電路14和9。其中，柵極隔離放大電路14又由測量柵壓Vgsf1或Vgsf2的參考電壓發生器、測量柵壓Vgsf1、Vgsf2的放大電路和柵壓Vgs的放大電路構成。前者Vgsf1、Vgsf2直接送往A/D高速采集板13后再送往控制器12，后者Vgs則直接送往控制器2。參考電壓的數字輸入信號來自圖13中接插件JP18的端子JP18.2～JP18.6，而它們又與圖12中接插件JP26的相應端子相連。接插件JP1的端子JP1.2、JP1.6分別與TP98型控制器2中J1端口的ADCH3、GND相連，端子P1.4與其中的ADCH2相連，P1.5與ADCH1相連。圖13中，接插件JP23的端子JP23.1，JP23.4與高速采集板13的端口J4相連。在圖9中的接插件JP2；在圖10中的接插件JP6；在圖11中的接插件JP13；在圖13中的接插件JP20、JP22，它們都是電源輸出端接插件，芯片U7、U8、U10、U11都是相應的穩壓電路，JP21是可調電源。
下面將對各個電路分別作出說明請參見圖9的時序調整電路3。當沒有控制信號進入端子JP1.1時，按復位鍵使D觸發器U1A、U1B復位端CL接地，使它們復位，其Q輸出端都為低電平。當從控制器2的HS0.0端輸出的加熱測量控制信號從JP1.1端輸入并經兩級反向器U4C、U4B驅動后，從反相器U4B輸出的一路送往D觸發器U1A的CLK端，由于CLK端為上升沿有效，使D觸發器U1A翻轉，其Q輸出端變為低電平，經反相器U4D后便從JP4.1端輸出一個控制柵極開關電路6打開的電壓控制信號VGS；同時，U1A的Q輸出端變為高電平，經單穩電路U2A延時后，觸發芯片U2B，它的Q輸出端便發出一個低電平脈沖送往D觸發U1B的置位端PR，使其Q輸出端變為低電平，端子JP4.5便延時輸出了一個控制漏極開關電路8打開的電壓控制信號VDS，兩個信號間的延時可用可變電阻R4調整，約在0.2～30μs間。當控制器2的HS0.0端輸出的控制信號的下降沿到來時，輸到D觸發器U1B的CLK端的上升沿使其Q輸出端變成高電平，使端子JP4.5輸出一個關閉漏極開關電路8的電壓信號，而Q輸出端變成低電平，其下降沿經單穩電路U3A延時后，觸發芯片U3B，使其Q輸出端輸出一個低電平脈沖，經二極管D2送入觸發器U1A的復位端CL，使其Q端變為高電平，經U4D反相后，由端子JP4.1輸出一個使柵極開關電路6關閉的電壓信號，上述兩個信號間的延時用可變電阻R5調節。在圖9中，端口JP2接+5伏電源。其中，U1為芯片74LS74，U2、U3為芯片74LS221，U4為芯片74LS04。
再看圖10中的漏極開關電路8。來自時序調整電路3的JP4.5端子的低電平漏極開關電路控制信號VDS由圖10中的端子JP7.1引入時，光耦輸出電路截止，Q1基極電位升高，使管Q3、Q4導通，電阻R20有電流通過，電壓便經端子JP9.1加到被測器件12的漏極，形成漏極電壓Vds。當端子JP7.1收到高電平信號時，則反之，電阻R20上無漏極電流，被測器件12進入測試調期。
再看圖11的柵極開關電路6。來自時序調整電路3的JP4.1端子的高電平柵極開關電路控制信號VGS由圖11中的端子JP12.1引入時，光耦輸出電路導通，光電管IS02的發射極和管Q5的基極都處于高電位，使管Q5導通，二極管D7導通，使恒流源11的電流流入二極管D7和電阻R34，柵極電壓Vgs約為VA+0.7伏，當設定VA＜-0.7伏時，柵極處于反偏置狀態，此時為校準或加熱周期。由于端子JP15.1、JP15.2是接可編程電源的，故可由此調整A點電壓VA，從而改變柵極反偏壓VB。當端子JP12.1引入低電平時，則反之，恒流源11的電流流經電阻R35后經端子JP16.1送往被測器件12的柵極形成柵壓VB即Vgsf1或Vgsf2，使被測器件12處于測量周期。
再看圖13。在柵極隔離放大電路14中，柵壓VB經圖11中的運算放大器U9、端子JP14.1送到圖13中的端子JP17.1后，經運算放大器U15放大形成柵壓Vgs并經端子JP1.5送往控制器2的J1端口的ADCH1端子。同時，該柵壓VB還和由芯片U18、U19組成的參考電壓比較器的輸出相減并經運算放大器U16、U17放大后形成測量狀態下的柵壓Vgsf1或Vgsf2，再由端子JP23.1送往高速A/D采集板13。其中，J19是電源接插件。參考電壓比較器的輸入端子JP18.2～JP18.6的數字信號來自圖12的端子JP26.2～JP26.6。在漏極隔離放大電路9中，漏極電壓Vds經圖10的運算放大器U6、端子JP11.1送往圖13的端子JP17.4后，形成放大后的漏極電壓V′ds并通過端子JP1.4送往控制器2的J1端口的ADCH2端子。端子JP17.4、JP17.6的漏極電壓輸出同時要經過由運算放大器U14B、U14C、U13及其外圍元件組成的電流電壓轉換電路10后形成轉換后的漏極電壓Vids經端子JP1.2送往控制器2的J1端口的ADCH3端子。其中，漏極電流的采樣電壓來自圖10的電阻R20上的壓降，經運算放大器U5、U6后由圖13的端子JP17.4、JP17.6進入，通過由運算放大器U14B、U14C、U13組成的具有高共模抑制比的差放電路，使運算放大器U13的6端上的輸出經二極管D2限幅便把柵壓Vids輸送到端子JP1.2，其放大倍數可用調節可變電阻R40、R63來達到，但要受來自圖13中JP18.1、圖12中JP26.1的由控制器2發出的控制信號所控制。圖13中的JP20、JP22是電源接插件。
再看圖12的可編程電源和接口線路的電路圖。在接口部分，接插件JP24與控制器2的端口J5相連。它是一個可擴展I/O接口，它有八個數據線，還有三條地址線和選通線，還有讀寫控制線。它與接插件、JP24的對應連接關系見圖14控制器2的端口定義與說明。三條地址線、JP24.8、JP24.10、JP24.12端子以及一條選通線端子JP24.6分別與譯碼器U23的管腳1～4相連。當譯碼器U23的Y5端選通時便打開緩沖器U25使小鍵盤20的狀態通過緩沖器U25、數據總線DB0～DB7(也稱DBCS)、接插件JP24送往控制器2，這就是鍵盤接口。當譯碼器U23的Y4端選通時，在寫狀態下，從接插件JP24、數據線DB0～DB7來的數據經過驅動器U24驅動后進入鎖存器U30。在控制器2的指令控制下便可經由端子JP26.2～JP26.6(見圖12)、JP18.2～JP18.6(見圖13)送往參考電壓發生器形成參考電壓。顯示器接口由接插件JP25、芯片U31、U32、U33組成，接插件JP24的地址線的JP24.12、JP24.8端子分別與端子JP25.3、JP25.6相連，JP24的選通線JP24.4經過或門U32A與JP25.5相連，JP24的寫入控制線JP24.18經反向器U31A后通過或非門U32B進入D觸發器U33A的1端使其翻轉，其Q端輸出經或非門U32A進入端子JP25.5；JP24的讀出控制線JP24.16經反相器U31C后通過或非門U32B進入D觸發器U33A的1端使其翻轉，按上述同樣方式與端子JP25.5相連。
可編程電源共有兩路。柵極開關電路控制信號VGS的供電線路由芯片U21、U22、U20、U26A、U27和接插件JP30組成，漏極開關電路控制信號VDS的供電線路由芯片U28、U29、U26B、U26C、U26D、U34A和接插件JP30組成，JP34、JP32分別是它們的電源接插件。以前者為例，U21、U22是兩個0832D/A轉換器，它們把數字信號在芯片U20A、U20B的協助下轉換為電壓信號，再經芯片U20C、U20D、U26A相加、反相、緩沖后送往可調電源LM337即U27的調整端，其輸出電壓經端子JP31.2、JP31.4送往圖11的端子JP15.1及JP15.2。后者VDS與的前者VGS極性不同，其原理相同。
高速A/D采集板13的端子J1.3、J1.4分別與控制器2的端子J4.44、J4.43相連，控制信號采集的開始與結束。該采集板13的J3電源端口與圖13中的JP20接插件相連。它的J4模似信號輸入端口與圖13中的JP23接插件相連。它的J6端口與控制器2的J6端口相連，把采集結果送往控制器2。
控溫器17的管腳19、20接熱電偶16，管腳1、2接電源和電阻絲加熱元件15，其串行接口11、13、15接控制器2的J3端口用以控制及讀取測量溫度。
試驗證明本發明達到了預期目的。與紅外法相比，本裝置的測量精度更高，測試空間分辨率也高，且又是非破壞性測試。
下面表1分別給出了GaAs MESFET分別采用用本裝置測得的與紅外微熱像儀測得的結果。
權利要求
1.一種砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于它由采用IBM-PC型的計算機(1)、與其雙向連接且用8098單片機構成的控制器(2)、輸入端與前者輸出端經加熱和測試控制線相連的時序調整電路(3)、輸入端分別與控制器(2)的輸出端相連的柵極開關電路程控電源(4)和漏極開關電路程控電源(5)、輸入端分別與時序調整電路(3)和柵極開關電路程控電源(4)的輸出端相連的柵極開關電路(6)、輸入端與漏極開關電路程控電源(5)的輸出端相連的過流保護電路(7)、輸入端分別與過流保護電路(7)和時序調整電路(3)的輸出端相連的漏極開關電路(8)、輸入端與漏極開關電路(8)的輸出端相連而輸出端分別與控制器(2)和漏極隔離放大電路(9)的輸入端相連的電流電壓轉換電路(10)、恒流源(11)、柵極和恒流源(11)和柵極開關電路(6)的輸出端相連而漏極與電流電壓轉換電路(10)的輸出端相連且源極接地的被測砷化鎵場效應晶體管(12)、輸入端與被測管(12)的漏極而輸出端與控制器(2)的輸入端相連的漏極隔離放大電路(9)、輸入端與被測管(12)的柵極而輸出端分別與高速A/D采集電路(13)和控制器(2)的輸入端相連的柵極隔離放大電路(14)、一端與控制器(2)雙向連接而輸入端又與柵極隔離放大電路(14)的另一個輸出端相連的高速A/D采集電路(13)、與控制器(2)雙向連接且帶有加熱元件(15)、熱電偶(16)以便為測試臺(18)提供環境溫度的恒溫器(17)、測試臺(18)以及與控制器(2)相連的顯示器(19)和鍵盤(20)構成。
2.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的時序調整電路(3)由其輸入端與控制器(2)的加熱測量信號輸出端HS0.0相連的反相器U4C、與其順次相串的反向器U4B、U4A、其時鐘端CLK與反相器U4B輸出端相連的D觸發器U1A、其時鐘端CLK與反相器U4A輸出端相連的D觸發器U1B、其輸入端與D觸發器U1A的輸出端Q而輸出端與柵極開關電路(6)的控制信號輸入端相連的反相器U4D、其輸入端與D觸發器U1B的輸出端Q而輸出端與漏極開關電路(8)的控制信號輸入端相連的反相器U4E、其控制信號輸入端B與D觸發器U1A的輸出端Q相連的單穩觸發器U2A、其控制信號輸入端A與前者輸出端Q而其輸出端Q與D觸發器U1B的置位端PB相連的單穩觸發器U2B、其控制信號輸入端A與D觸發器U1B的輸出端Q相連的單穩觸發器U3A、其控制信號輸入端A與前者輸出端Q相連而其輸出端Q與其正極與D觸發器U1A復位端CL相連的隔離二極管D2的負極相連的單穩觸發器U3B、其輸入端與反向器U4C輸出端相連而其輸出端經電阻R10、二極管D3相串接地的反相器U4F及它們的外圍元件組成。
3.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的漏極開關電路(8)由其輸入端與時序調整電路(3)中反相器U4E輸出端相連的用光電管IS01及其外圍元件構成的光電轉換開關、其輸入端與光電轉換開關輸出端相連的由晶體三極管Q1～Q4組成的放大電路、兩端分別與上述放大電路Q4管集電極輸出端及漏極開關電路程控電源(5)的漏極開關電路電源電壓Vsds輸出端相連的作過流保護電路(7)用的限流電阻RH、兩端分別與上述放大電路中Q4管的射極輸出端以及被測管(12)的漏極、由運算放大器U5、U6組成的隔離電路輸入端相連的輸出電阻R20、其輸出端與電流電壓轉換電路(10)的輸入端相連的上述隔離電路以及由穩壓電路芯片U7、U8組成的漏極開關電路電源組成。
4.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的柵極開關電路(6)由其輸入端與時序調整電路(3)中反相器U4D輸出端相連的用光電管IS02及其外圍元件組成的光電轉換開關、其輸入端與上述光電轉換開關輸出電阻R31相連的用晶體管Q5構成的開關電路、一端與恒流源(11)的輸出端相連而另一端分別與被測管(12)的柵極、與其負極和開關管Q5的開關信號輸出端即其集電極相連的隔離二極管D7的正極相連的輸出電阻R35、一端與上述開關信號輸出端而另一端與柵極開關電路程控電源(4)的柵極開關電路電源電壓Vsgs輸出端相連的輸入電阻R34、由場效應管Q6、可變電阻R27串接而成且與光電轉換開關共用電源的恒流源(11)、其輸入端與隔離二極管D7正極而輸出端與柵極隔離放大電路(14)的輸入端相連的由運算放大器U9構成的隔離電路以及由穩壓電路芯片U10、U11組成的柵極開關電路電源構成。
5.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的漏極隔離放大電路(9)由其輸入端通過輸入電阻R44與漏極開關電路(8)的隔離電路中運算放大器U6的輸出端相連而其輸出端經輸出電阻R47與控制器(2)的輸入端相連的運算放大器U14A及其外圍元件組成。
6.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的電流電壓轉換電路(10)由其輸入端與上述漏極開關電路(8)中的運算放大器U5、U6的輸出端相連、其輸出端經穩壓管D21限幅后與控制器(2)的輸入端相連而控制端經三極管Q7的柵極限流電阻R39與控制器(2)的輸出端相連的用運算放大器U14B、U14C、U13組成的具有高共模抑制比的差放電路及其外圍元件構成。
7.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的柵極隔離放大電路(14)由其輸入端經輸入電阻R42與柵極開關電路(6)的隔離電路中運算放大器U9的輸出端相連而其輸出端與控制器(2)的輸入端相連的運算放大器U15、其輸入端經輸入電阻R52與上述運算放大器U9的輸出端相連而輸出端與高速A/D采集電路(13)的輸入端相連的用運算放大器U16、U17組成的兩級放大電路、其輸入端與控制器(2)的參考電壓輸出端相連而輸出端與上述運算放大器U16的輸出端相連的用芯片U18、運算放大器U19組成的參考電壓發生器以及他們的外圍元件構成。
8.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的柵極開關電路程控電源(4)由其輸入端分別經驅動器U24、接插件JP24后與控制器(2)的數據輸出端相連的D/A轉換U21、U22、其輸入端分別與上述D/A轉換器U21、U22輸出端相連的運算放大器U20A、U20B、其輸入端同時與上述運算放大器U20A、U20B輸出端相連的加法器U20C、順次與加法器U20C輸出端串接的反相器U20D、緩沖器U26A、其輸入端與緩沖器U26A輸出端相連而其輸出端與柵極開關電路(6)中的輸入電阻R34相連的可調電源U27以及它們的外圍元件構成。
9.根據權利要求1所述的砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置，其特征在于所述的漏極開關電路程控電源(5)由其輸入端同樣分別經驅動器U24、接插件JP24后與控制器(2)的數據輸出端相連的D/A轉換器U28、U29、其輸入端分別與上述D/A轉換器U28、U29輸出端相連的運算放大器U26B、U26C、其輸入端同時與上述運算放大器U26B、U26C輸出端相連的加法和緩沖器U34A、其輸入端與加法和緩沖器U34A輸出端相連而其輸出端與漏極開關電路(8)中的限流電阻RH相連的可調電源JP32以及它們的外圍元件構成。
全文摘要
砷化鎵場效應管溝道溫度測試裝置屬于場效應管測試領域。其特征是它由依次互連的計算機、控制器和時序調整電路、與前者相連的柵極開關電路和輸出帶有電流、電壓放大的漏極開關電路及它們的電源、同時與控制器和漏極相連的隔離放大電路、同時與柵極相連的恒流源和又與控制器相連的隔離放大電路、同時與前者和控制器相連的高速A/D采集板以及與控制器相連的控溫器、小鍵盤構成，它具有測量簡便和不破壞被測器件等優點。
文檔編號G01K7/02GK1150243SQ9511794
公開日1997年5月21日 申請日期1995年11月6日 優先權日1995年11月6日
發明者王重, 呂長志, 馮士維, 丁廣鈺, 王明珠, 謝雪松, 張威 申請人:北京工業大學