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随着半导体科学技术的快速发展,半导体的测试与分析的内容也在不断的发生变化。它们越来越多的被应用在如航空航天、军事、石油勘探、核能、通讯等领域。因此对以碳化硅(SiC)和氮化稼(GaN)为代表的第三代新型半导体材料的基本电学特性测试的研究,已成为当前微电子领域的研究热点之一。本文建立在半导体材料电学特性理论研究的基础上,利用虚拟仪器技术、数据采集与数据处理技术对新型半导体器件的基本电学特性测试系统进行了研究。本研究主要内容包括:
第一部分主要介绍了本课题研究的目的和意义,分析了当前国内外研究半导体材料电学特性的历史与总体的发展趋势。并阐明了本课题的来源以及研究的主要内容,提出了新型半导体基本电学特性测试系统设计的总体目标。
第二部分主要阐述了关于半导体电学特性测试的基本理论知识,介绍了半导体I-V、C—V特性测试的基本原理以及常用到的几种典型的测试方法,说明了以虚拟仪器技术构建系统平台的原因,并详细的对LabVIEW2010软件的特点和强大优势进行介绍与分析。
第三部分分别从系统的硬件结构和软件结构两个方面介绍了该测试系统的总体构建。在软件设计思路里详细阐述了基于LabVIEW2010软件设计的PCI-6259数据采集系统、温度监控、处理分析、显示存储以及不确定度评定几个模块。
第四部分主要介绍了I-V特性测试系统中测试电路的选用、改进与系统的组成。分析了I-V特性测试中需要用到的线性电压源与数字电流表的原理,并运用LabVIEW2010软件设计了虚拟线性电压源与虚拟数字电流表两个模块。
第五部分主要介绍了C-V特性测试系统中测试电路的选用、改进与系统的组成。分析了C-V特性测试中需要用到的扫频信号源、数字电压表、数字锁相放大器的原理,并运用LabVIEW2010软件设计了虚拟扫频信号源、虚拟数字电压表、虚拟数字锁相放大器(集成了相关器、相敏检波器和90度移相器)三个模块。
第六部分主要对系统进行了测试与分析。首先通过TDS1012B-SC示波器对系统的输入输出进行了调试,验证了测试系统的可靠性,然后对GaN、4H-SiC和6H-SiC三种新型半导体器件的I-V、C-V特性进行了测试。利用实验数据与仿真结果进行分析,评估了整个测试系统的可行性与实用性。
第七部分主要阐明了本课在题研究上取得的一些成果,以及对系统还存在的一些不足之处提出了展望。