专利名称：晶体管反偏二次击穿测试装置的制作方法
一般来说，本发明涉及晶体三极管极限参数测试装置，更为具体地讲，是涉及晶体三极管反偏二次击穿能量ESB的测试装置。
众所周知，晶体管的击穿电压可以分为一击穿和二次击穿，其中一次击穿是可逆的和非破坏性的击穿现象;而二次击穿则是不可逆的并导致晶体管破坏的击穿现象。高频、高速功率晶体管在以电感为负载并反偏的电路中常常发生击穿烧毁现象，这往往是由于称之为反偏二次击穿的发生所致。然而，高频、高速功率晶体管恰恰又广泛地应用在以电感为负载并反偏的工作状态，这些应用场合诸如有电台末级失谐时、磁偏转放大器(电视机行扫描输出级、雷达显示器末级)、开关电源、继电器激励级、点火电路等等。为此，无论对于电路设计，还是对于晶体管制造而言，反偏二次击穿都是一个极为重要的参数。
图1 是晶体管发生反偏二次击穿的典型电路及与之有关的波形。其中图1a为典型电路，图1b为驱动脉冲的波形，图1c为表示发生反偏二次击穿的晶体管集电极电压波形，图1d为晶体管的集电极电流波形。图1a中晶体管的集电极通过负载电感L及其电阻分量RL连接到电源电压VCC，其基极有电源VBE通过电阻RBE进行反偏。同时接有内阻为R1的脉冲源Vi，晶体管的发射极接地，VCE表示在驱动脉冲驱动下波形变化的集电极电压。图1b表示驱动脉冲序列，取其中一个脉冲(tO-t1)作为反偏二次击穿发生的说明例子。图1d为集电极电流波形，由于集电极接感性负载，在脉冲关断瞬间t2，集电极电流呈指数曲线缓慢下降。图1c的to以左部分，集电极电压保持为VCO，to以右晶体管在足够幅度驱动脉冲的驱动下达到饱和，并呈现饱和电压VCES。在t1瞬间，晶体管关断，集电极感应一高电压直至晶体管的维持电压VCBX，此时由于集电极处于高电压，电流也在较高水平，故发生反偏二次击穿，发生反偏二次击穿的特征是集电极电压跌落，同时基极、集电极至发射极之间产生大幅度的射频振荡。表征导致二次击穿的物理量的大小或晶体管承受反偏二次击穿的物理量的大小是以能量量纲度量的，即反偏二次击穿能量可以写为ESB＝Llc2/2其中，L为晶体管集电极电路中的串联电感的电感量，lc为发生反偏二次击穿的瞬时集电极电流，也可以称之为反偏二次击穿电流lSB。
由于反偏二次击穿能量ESD是晶体管的一个极限参数，所以实现无损伤测试一直是人们所探求的目标。其中1988年2月27日授予P.Schiff的美国专利3371276号所公开的反偏二次击穿测试装置奠定了这一参数的测试基础。P.Schiff提出的装置是对被测晶体管施加集电极电流1c不断增大的连续测试脉冲，诱导被测器件出现反偏二次击穿，一旦出现以产生射频振荡为特征的反偏二次击穿时，利用检测射频振荡的能量形成的脉冲触发一个单稳、该单稳再驱动一个箝位电路，该箝位电路旁路被测器件，将其存储的能量释放掉，从而实现反偏二次击穿的无损伤测试。
然而，P.Schiff提出的测试装置从理论上讲可以实现无损伤测试，实际上该装置通过检测射频振荡到驱动箝位电路保护被测器件这一系列动作需要数微秒的延迟时间。一般来说，晶体管发生反偏二次击穿后，若不加保护将在几百毫微秒到几微秒期间内损坏。这样，被测器件尚未来得及被保护，由于承受不住过量的能量而损伤或破坏了。从而，P.Schiff提出的装置尚不能实现真正的无损伤测试。
本发明的目的是通过一种独立的保护电路，提供反偏二次击穿的安全测试装置。
本发明的测试装置是对被测晶体管的集电极设置电感性负载(已知电感量)和可调数字恒流源，其基极设置偏置电阻及反偏电压源，在其基极同时设置测试脉冲源及射频振荡检测装置，以及检测到反偏二次击穿后的包括反偏二次击穿指示、闭锁测试恒流源的一系列装置，以便在测试到反偏二次击穿后实现得到数据和终止测试的操作。与此同时，在被测器件的集电极设置一套独立的保护系统。该保护系统由负沿检测器、单稳和保护管组成，在晶体管被关断后，集电极电压每次出现负沿时，均被检测到且驱动一个单稳，输出一个脉冲去驱动保护管，对被测器件保护一次。一旦出现反偏二次击穿时，在未达到正常测试脉冲周期之前所出现的负沿(后边跟随射频振荡)，也被检测出来，驱动保护管对被测管施加泄放保护。这种保护的速度与P.Schiff的检测射频振荡后进行一系列驱动的保护速度相比较，当然检测一个沿要快得多了。所以才实现了无损伤反偏二次击穿测试。当然本发明的检测负沿的保护系统也有一定延迟，但是这段延迟恰恰留给被测器件，使其出现反偏二次击穿、出现射频振荡，使设置在被测管基极的反偏二次击穿检测电路被启动，并进行一系列操作，而在器件被损伤之前，即通过本发明的独立保护系统将被测器件中的能量泄放了，从而实现了安全的测试。
下面结合附图，以优选实施例的方式，对本发明进行更为详细的说明。
图1是晶体管发生反偏二次击穿的典型电路及与之有关的波形。
图2是本发明的反偏二次击穿测试装置的框图。
图3是图2的框图中标号为a～h关键部件的波形图。
下面参照图2，标号为1的R-S触发器的右输出端置为高电平时启动整个测试过程。该高电平开启门电路2，将脉冲发生器3产生的规定脉宽与占空比的测试脉冲分别送给驱动电路4和可调恒流源5，以同步的方式给被测晶体管6施加脉冲功率。参照图3，标号a、b分别为脉冲发生器的输出波形和通过门电路2后的脉冲波形。继续参照图2，被测晶体管6的基极B设置有偏置电阻RBE和反偏电压源VBE。被测管的集电极C通过电感L(该电感的电感量是可调的，其电感量分别是已知的)与可调恒流源及VCC相连。由图中可见，被测管的基极连接有SB检测器7，该检测器为常规的射频信号检测器，以表征有否反偏二次击穿发生。逐渐增大可调恒流源的输出电流，当检测到射频信号时，提供一个脉冲给标号为8的单稳A，该单稳输出一个脉冲信号到R-S触发器的f输入端，将其右输出端h置为低电平，结束一次测试过程。这部分部件的操作可由图3的波形d、e、f所表示。从波形d可以看出在基极注入的测试脉冲出现后延迟一段时间，出现了射频振荡。SB检测器检测到这一振荡后，可能是数个振荡周期后输出一个正脉冲去触发单稳A，如波形e所示。单稳A输出一个负脉冲到R-S触发器的f输入端，如图3的波形f，使右输出端h为低电平。从而，置反偏二次击穿指示灯H亮启，指示出现反偏二次击穿，并关闭门电路2，终止脉冲输入、关断可调恒流源输出、自动记录下发生反偏二次击穿时的恒流源输出电流Ic数据。然后再通过ESB＝LIc2/2公式计算反偏二次击穿能量。
下面结合图2、图3进一步说明本发明的反偏二次击穿测试装置的独立保护电路。参照图2，被测器件的集电极C连接有标号为9的负沿检测器，该检测器对任何电压负跳变均有响应，并触发标号为10的单稳B，单稳B输出一个正脉冲g去触发标号为12的保护管V2(该保护管可以是一个大功率高速度晶体管或场效应三极管)，使其导通，进而使标号为11的二极管V1导通，使被测器件6中的能量通过二极管V1、保护管V2泄放。在连续脉冲测试过程中无论是否发生反偏二次击穿，每送一个脉冲，保护电路保护一次。当发生反偏二次击穿时，如图3的波形c所示，第一个脉冲注入后未发生反偏二次击穿;第二个脉冲结束后，集电极的维持电压维持不久，在短于上一个脉冲结束后维持电压的维持时间就发生了反偏二次击穿，出现负的跳变，而后出现了射频振荡。负沿检测器在出现负沿瞬间(出现振荡之前)当即动作，触发单稳B、保护管V2、二极管V1对被测器件实施保护。当然由于本发明的独立保护电路延迟时间与SB检测器响应时间的时间差，使整个测试系统既实现安全测试，又使SB检测器乃至其后的一系列操作能按正常方式进行。从图g波形可以看出单稳B输出的正脉冲以及波形h在一次测试过程结束后转为低电平，终止测试，直至按复位开关S，重新启动下一个测试过程。
权利要求
一种晶体管反偏二次击穿测试装置，该装置的被测晶体管的集电极C通过已知电感量的可调电感器与可调恒流源相连接，被测管的基极设有偏置电阻RBE和反偏电源VBE，被测管的发射极接地，连续的测试脉冲是通过脉冲发生器经门电路经驱动电路与集电极电流同步的方式送入基极的，该门电路受控于一个R-S触发器，在基极还设置有反偏二次击穿检测器，检测到表征反偏二次击穿时驱动单稳及R-S触发器、进行反偏二次击穿指示、终止测试操作，其特征在于，在被测晶体管的集电极设置有独立保护电路，该电路包括负沿检测器，检测集电极出现的任何负沿；并输出一个脉冲；单稳触发器，接收来自负沿检测器的脉冲，输出一个驱动脉冲；保护管，在单稳输出的脉冲驱动下导通，使其集电极或漏极电位下降；导通管，该导通管连接在被测晶体管与保护管的集电极或漏极之间，当保护管导通后该管也导通，从而泄放被测晶体管中的能量。
全文摘要
本发明的装置对被测器件施加连续脉冲功率，当发生反偏二次击穿时，通过设置在基极电路中的反偏二次击穿检测器检测射频振荡，而后经单稳、R-S触发器进行反偏二次击穿指示、读数、终止测试一系列操作。与此同时，从被测器件的集电极设置一套独立的保护电路。该电路检测在集电极出现的任何负沿，并加以保护，由于负沿触发的高速度可以实现无损伤测试。又由于该高速保护电路所固有的微小延迟与SB检测器射频检测的脉冲形成电路的时间差，使保护与SB指示二者互不影响。
文档编号G01R31/26GK1073530SQ9211446
公开日1993年6月23日 申请日期1992年12月19日 优先权日1992年12月19日
发明者易本健 申请人:易本健