191860. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés nemlineáris kétpólusok, előnyösen félvezető struktúrák admittanciájának meghatározására
1 191 860 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés nemlineáris kétpólusok, előnyösen félvezető struktúrák admittanciájának meghatározására, mely előnyösen alkalmazható félvezető elemek kapacitásának mérésére. Mint ismeretes, a MOS félvezető struktúrák nemlineáris admiüanciájának mérésére szolgáló eddig ismert lineáris és nem hidas mérőberendezések általában két csoportba sorolhatók: Az egyik a földelt bázisú tranzisztoros erősítő kapcsolást alkalmazó Zaininger-féle módszer, ahol a mérendő admittancia a generátor-komplexum kimeneti melegpontja, és az erősítő fokozat bemenele közé van kapcsolva. A másik ismert megoldásnál fázisfordító visszacsatolt műveleti erősítőt alkalmaznak, ahol a mérendő admittancia a műveleti erősítő fázisfordító bemenete és a generátor-komplexum kimeneti melegpontja közé van kapcsolva. Ha a mérendő admittancia kapacitív jellegű, akkor ezt a megoldást differenciáló áramkörnek tekinthetjük. Ha ezen mérőátalakítók által szolgáltatott jelek amplitúdóját közvetlenül mérjük, akkor csak az admittancia abszolút értékéről kapunk információt. A valós, illetve képzetes rész mérése fázisérzékeny egyenirányító vagy egyenirányítók alkalmazását igényli. A Zaininger-féle admittancia mérési módszer hátránya, hogy a mérés linearitását a tranzisztoros munkapont függése befolyásolja, valamint külön kell gondoskodni az egyen- és váltófcszültscgs'í generátorok feszültségének megfelelő szuperpozíciójáról, A visszacsatolt műveleti erősítőt alkalmazó megoldás hátránya, hogy a mérendő admittanciánál például több nagyságrenddel nagyobb admittanciájú mérőkábel zavarja az átalakító linearitását különösen, ha a nyitott hurkú erősítés nem elég nagy. Az áramköri megoldás ismert okok miatt nagymértékben gerjedékeny. Az említett megoldások közös hátránya, hogy az admittancia abszolút értékéről adnak felvilágosítást és nem teszik lehetővé az admittancia valós és képzetes részének mérését, továbbá a mérés pontosságát a félvezető struktúrában és az erősítőben keletkező zajok csökkentik. Ez a mérés linearitását és felbontóképességét tovább rontja. A találmány célja olyan eljárás és berendezés kialakítása félvezető struktúrák admitíanciájának mérésére, mely az ismert megoldások előbbiekben említett hátrányait megszünteti és alkalmas arra, hogy egyszerű eszközökkel a mérendő admittancia valós és képzetes részét nagypontossággal különválasztva meghatározza. További követelmény a találmány szerinti megoldással szemben, hogy az alkalmazott mérőátalakiíó kialakítása olyan legyen, hogy a mérendő kétpólus mérőkábelének kapacitása a mérés pontosságát ne befolyásolja. További cél, hogy a találmány szerinti eljárás és berendezés nagyfrekvenciás kapacitás mérés mellett mély kiürítéses kapacitás mérést is tegye lehetővé. Az ismert megoldások a kapacitás nagyságát feszültség függvényében határozzák meg. Ezzel szemben a találmány szerinti megoldás tegye lehetővé egy egységugrás típusú eiőfeszítés mellett a MOS-kapacitás időbeli változásának vizsgálatát. További cél, hogy legyen alkalmas számítógéppel vezérelt mérőberendezés, pl. CAMAC, IEC vezetékrendszerhez való csatlakozásra. A találmánnyal megoldandó feladatot olyan eljárás és berendezés megvalósításában határoztatjuk meg, 5 10 15 20 25 30 amely alkalmas nemlineáris kétpólusok, előnyösen félvezető struktúrák admitíanciájának meghatározására. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti berendezés néhány példaki nti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a Zaininger-féle admittancia mérőelrendezés; a 2. ábra a fázisfordító visszacsatolt műveleti erősítő;a 3. ábra a találmány szerinti berendezés néhány pétdakénti kiviteli alakja; a 4. ábra a mérőátalakító néhány példakénti kiviteli alakja; az 5. ábra a szinuszos mérőjel-generátor; a 6. ábra az egy- vagy háromfázisú négyszöggenerátor; a 7. ábra az előfeszítő részegység néhány példakénti ki' ítéli alakja; a 8. ábra a detektáló részegység egy példakénti kiviteli ilakja. Az 1. ábrán látható Zaininger-konverteres mérőátalakítőban az 1 mérendő admittancia a földelt bázisú erősítő-fokozat 11 tranzisztorának emittere és a 2 és 3 váltóáramú és egyenáramú generátorból álló soros generátor komplexum melegpontja közé van kapcsolva, ahol a kisjelű 2 váltóáramú generátor, az egyenáramú feszültségforrás pedig 3 egyenáramú generátor. A 7,8,9,10 ellenállások, valamint a 6 kondenzátor a földelt bázisú erősítő munkapontbeállító elemei. A 4 és 5 kondenzátorok a mérendő admittancia hozzávetési kábeleinek szórt kapacitásait jelzik. A konverzióra írható, hogy Uki T-ba ' Au — VqVq rBE I 1 S Yx . IB£. , s A rBE 35 ZfYx 1 I + r ■ Yx s ahol rBe - a tranzisztor B-E ellenállása 4U s = a tranzisztor kisjelű áramerősítési tényezője . Látható, hogy a linearitást zavaró tag s növelésével 1-hez tart. Az rBE és s értékek viszont munkapont függőek és a 45 munkapont a hőmérséklet függvényében változik. A 2. ábrán látható fázisfordító visszacsatolt műveleti erősítővel működő admittanciamérő berendezésnél az 1 mérendő admittancia 12 műveleti erősítő fázisfordító bemenete és a 3 egyenáramú generátorból, valamint a 60 2 váltóáramú generátorból álló generátor komplexum kimeneti melegpontja közé van kapcsolva. Fontos megjegyezni, hogy az admittancia kábel kapacitása az esetek többségében nagyságrendekkel meghaladja a mérendő admittancia abszolút értékét. 55 Az admittancia mérő berendezés jellemezhető a következő összefüggéssel: Vki = V0 • yx • K, ahol K érték ideális esetben állandó, nem függ a mérendő 60 admittanciűtól. Az egyes megoldások éppen abban térnek el egymástól, hogy milyen mértékben sikerül megközelíteni az ideális konstans K értékét, azaz azt, hogy a Vki/yx/függvény lineáris legyen. A 3. ábra a találmány szerinti berendezés néhány pél-2
