变温肖特基二极管特性测试仪的制作方法

专利名称：变温肖特基二极管特性测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于研究有关半导体器件温度特性的测试技术，具体涉及一种可以直接 测定肖特基二极管的特征参数及其温度特性的测试仪。
背景技术：
目前，肖特基二极管广泛应用在太阳能电池、各种探测器和传感器、微波器件和大规 模集成电路中。有关肖特基接触理论、实验研究方法、器件制作和应用一直受到人们广泛
的重视。
肖特基势垒器件的不断发展推动了界面物理和材料物理的深入研究，并在大功率、耐 高温、高速、低噪声器件的应用中取得了重大进展，准确地测量肖特基二极管势垒高度^>6、 有效理查德常数A 理想因子n和串联电阻R等关键参数在相关器件的研制中具有重要意 义。
目前，肖特基势垒测量的基本实验方法主要有四种正向电流-电压法(I-V法)、电 容-电压(C-V法)、激活能法和光电法，以上四种方法都有各自的优缺点。采用上述任何 一种方法不能同时测得肖特基二极管的势垒高度^)6、有效理査德常数A 理想因子n和 串联电阻R，测量效率较低，尤其是测量样品数量较大时，既浪费时间和人力，成本又高。

实用新型内容
本实用新型克服了现有技术中的不足，提供了一种变温肖特基二极管特性测试仪。采 用该测试仪可直接获得肖特基二极管的势垒高度^A、有效理査德常数A"、理想因子n和 串联电阻R。
本实用新型的技术方案是
一种变温肖特基二极管特性测试仪，其特征在于，包括 一变温系统，用于改变肖特基二极管的温度，测得温差电动势信号；
一数据采集系统，用于对肖特基二极管两端施加电压信号，收集肖特基二极管两端的
电压数据和流过肖特基二极管的电流数据，以及获得温差电动势数据；
和一计算机控制系统，用于对数据采集系统进行控制，并根据数据采集系统的数据信A、有效理查德常数A"、理想因子n和串联电阻R。 变温系统可包括一杜瓦瓶、 一恒温器和一加热装置，与加热装置连接的恒温器设置在
杜瓦瓶内，肖特基二极管固定在恒温器上，杜瓦瓶内装液氮，给恒温器提供降温的冷源，
在恒温器上设有热电偶，用于测量肖特基二极管的温度，产生温差电动势信号。
加热装置包括一加热电阻丝，该加热电阻丝连接一直流稳压电源、 一温度控制仪和一
继电器。
所述恒温器可为一T型铜体，热电偶和肖特基二极管固定在恒温器的端部平台上，所 述加热电阻丝缠绕在T型铜体的底柱上。
加热装置还包括一温度传感器，用于测量加热电阻丝的温度，温度传感器的信号加在 一温度控制仪上，该温度控制仪设定一个温度值用于比较温度传感器测到的温度，随后输 出信号控制所述继电器的通断。
所述温度传感器可为电阻温度传感器，该电阻温度传感器与所述加热电阻丝直接接触。
所述恒温器的端部平台上表面粘贴一云母片，该云母片起绝缘作用，云母片上表面再 固定一铜片，在该铜片上，用具有弹性的磷铜片压住肖特基二极管样品和热电偶。
数据采集系统可包括一数据釆集卡和一电路板，数据采集卡用于对肖特基二极管的两 端施加电压信号，并实时采集经电路板放大之后的肖特基二极管两端的电压数据、流过肖 特基二极管的电流数据，以及热电偶的温差电动势数据。
本实用新型变温系统可以提供一个78K-460K范围内的任一稳定温度环境。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是
本实用新型将I-V法与激活能法结合，采用计算机自动控制，实现了智能控制测量， 提高了测量精度，用软件处理数据，直接获得计算结果，测量效率大大提高。此外，肖特 基样品更换方便。
本实用新型样品加热采用温度控制仪控制，温度控制仪和样品加热丝处的电阻温度 传感器相连，通过电阻温度传感器测量出加热丝的温度。如果需要改变样品温度，可直接 在温度控制仪上设定，温度控制仪自动控制加热丝加热过程，直到温度稳定在设定的数值。
由于加热丝和样品有一定距离，温度稳定之后二者之间有一定的温差，故不能用加热 丝的温度代替样品温度，本实用新型利用热电偶测量样品温度，精度高，稳定可靠。

图1为本实用新型肖特基二极管特性测试仪的结构框图； 图2为本实用新型肖特基二极管特性测试仪恒温器结构图； 图3为本实用新型肖特基二极管特性测试仪的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述
本实用新型肖特基二极管特性测试仪的设计原理如下通过编写计算机程序控制数据 采集系统，让数据采集系统输出电压信号加到待测肖特基二极管两端；利用变温系统控制 肖特基二极管的温度，然后利用数据采集系统收集肖特基二极管两端的电压、流过肖特基 二极管的电流和肖特基二极管处的温差电动势，最后利用计算机程序从数据采集系统获取 这三个信号并计算出肖特基二极管的四个参数。
本实用新型变温肖特基二极管特性测试仪包括变温系统、数据采集系统和计算机控制 系统，如图l所示。变温系统包括杜瓦瓶、恒温器和加热装置，数据采集系统包括一土15V 直流稳压电源、 一个PCI-1716数据采集卡、 一电路板、 一个毫伏表、三个电压表和一个 电流表。计算机控制系统包括一台完整的微机、配套测试软件和测试软件使用视频。
恒温器选用铜材料加工，铜的热容较大，有利于提供一个稳定的温度环境。恒温器结
构如图2所示，其结构为一 T型铜体1， T型铜体1包括一平台和平台下方的圆形底柱， 在底柱上绕有加热电阻丝4， Pt电阻温度传感器7与电阻丝4接触。T型铜体1的平台也 是圆形，其上表面利用绝缘导热胶粘贴一块直径比平台稍小的云母片8，该云母片起绝缘 作用，云母片8上表面固定一铜片6，该铜片6上面安放样品3和铜-康铜热电偶2，利用 具有弹性的磷铜片5压住样品3，这里铜片作为样品的一个电极，磷铜片作为样品的另一 个电极。
铜-康铜热电偶的测温原理是铜-康铜的热端置于测温点，该测温点位于样品3的附 近，冷端置于参考点(可选择冰水混合物为参考点，它的温度是零摄氏度)，测出温差电 动势，通过査电动势-温度对应表得到测温点的温度。
请参阅图3，本实用新型的设计电路图主要有两大块构成，左侧是加热电路，Pt电阻 温度传感器与缠绕在恒温器上的加热电阻丝接触，其信号反馈给温度控制仪AL808。在温 度控制仪面板上设定一个温度，该加热系统开始工作，自动将加热丝温度稳定在设定值。 电路图的右侧是数据采集系统电路，样品的三种信号通过电路板放大然后被PCI-1716数 据采集卡收集，随后利用计算机配套测试软件处理这些数据。本实用新型测试仪的测试过程把待测肖特基二极管安装到恒温器的端部平台上，启 动配套测试软件，在软件界面端压设定框内输入一个电压数值，点击确定后，该软件控制 PCI-1716数据采集卡输出一电压信号并通过电路板的电压跟随器电路加在待测样品的两 端，同时该电路板的放大电路把样品两端的电压信号和流过样品的电流信号放大并传送给
PCI-1716数据釆集卡，计算机控制系统利用配套测试软件读取数据采集卡所采集到的电流
和电压信号，通过相应的处理得到样品的一组电压和电流值。接着在软件界面端压设定框 内改变一个电压值，点击确定之后得到样品的另一组电压和电流值，多次改变端压并测量， 就得到样品的多组电压和电流值。这个过程也可以自动完成，即设定一个起始电压，设定 扫描范围和扫描增量，然后开始扫描，同样会得到样品的多组电压和电流值，区别在于这
个自动化方案所得到的数据中电压只能是等间距变化的。值得注意的是测量样品的多组 电压和电流数据时必须保持样品温度恒定，即反应样品在某一温度下的电压电流关系。
在温度控制仪AL808面板上设定一个新的温度值，等待加热系统工作，让样品稳定在 该温度。采用铜-康铜热电偶测量，得到温差电动势信号经过电路板的放大电路放大并被 PCI-1716数据采集卡采集，计算机控制系统利用配套测试软件从数据采集卡获取该温差电 动势信号并显示，同时利用参考点温度(零摄氏度)计算出样品实际温度并且显示。
然后重复前面的电压电流测量工作就得到新的温度下样品的电压电流关系。在肖特 基二极管参数测量中，需要测多个温度值下二极管的电压电流关系，测量完毕后利用配套 测试软件即可算出肖特基二极管的势垒高度^^、有效理查德常数A"、理想因子n和串联 电阻R。
本实用新型除采用铜-康铜热电偶测温外，还可以采用铜-金铁、镍铬-金铁、正常银-金铁、镍铬-康铜和镍铬-镍铅等热电偶。
以上通过详细实施例描述了本实用新型所提供的肖特基二极管特性测试仪，本领域的 技术人员应当理解，在不脱离本实用新型实质的范围内，可以对本实用新型做一定的变形 或修改；其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。
权利要求1、一种变温肖特基二极管特性测试仪，其特征在于，包括一变温系统，用于改变肖特基二极管的温度，测得温差电动势信号；一数据采集系统，用于对肖特基二极管两端施加电压信号，收集肖特基二极管两端的电压数据和流过肖特基二极管的电流数据，以及获得温差电动势数据；和一计算机控制系统，用于对数据采集系统进行控制。
2、 如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，变温系统包括一杜瓦瓶、 一恒温器和 一加热装置，与加热装置连接的恒温器设置在杜瓦瓶内，肖特基二极管固定在恒温器上， 杜瓦瓶内装液氮，给恒温器提供降温的冷源，在恒温器上设有热电偶，用于测量肖特基二 极管的温度，产生温差电动势信号。
3、 如权利要求2所述的测试仪，其特征在于，加热装置包括一加热电阻丝，该加热 电阻丝连接一直流稳压电源、 一温度控制仪和一继电器。
4、 如权利要求3所述的测试仪，其特征在于，所述恒温器为一T型铜体，热电偶和 肖特基二极管固定在恒温器的端部平台上，所述加热电阻丝缠绕在T型铜体的底柱上。
5、 如权利要求3或4所述的测试仪，其特征在于，加热装置还包括一温度传感器， 用于测量加热电阻丝的温度，温度传感器的信号加在一温度控制仪上，该温度控制仪设定 一个温度值用于比较温度传感器测到的温度，随后输出信号控制所述继电器的通断。
6、 如权利要求5所述的测试仪，其特征在于，所述温度传感器为电阻温度传感器， 该电阻温度传感器与所述加热电阻丝直接接触。
7、 如权利要求4所述的测试仪，其特征在于，所述恒温器的端部平台上表面粘贴一 云母片，云母片上表面再固定一铜片，在该铜片上，用具有弹性的磷铜片压住肖特基二极 管样品和热电偶。
8、 如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，数据釆集系统包括一数据采集卡和一 电路板，数据釆集卡用于对肖特基二极管的两端施加电压信号，并实时釆集经电路板放大 之后的肖特基二极管两端的电压数据、流过肖特基二极管的电流数据，以及热电偶的温差 电动势数据。
专利摘要本实用新型提供了一种变温肖特基二极管特性测试仪，属于肖特基二极管测试技术领域。该测试仪包括一变温系统、一数据采集系统和一计算机控制系统，变温系统用于改变肖特基二极管的温度，测得温差电动势信号；数据采集系统用于对肖特基二极管样品的两端施加电压信号，收集肖特基二极管两端的电压数据和流过肖特基二极管的电流数据，以及获得温差电动势数据；计算机控制系统用于对数据采集系统进行控制，并根据数据采集系统的数据信息，计算出肖特基二极管的势垒高度qφ_b、有效理查德常数A^**、理想因子n和串联电阻R。本实用新型可直接获得肖特基二极管的特性参数，提高了测量效率。
文档编号G01K7/02GK201425615SQ200920106228
公开日2010年3月17日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者冉书能, 刘国超, 鼎 孙, 坤 荀, 蒋莹莹, 贾春燕, 邢启江 申请人:北京大学