《集成電路測試技術基礎》實驗報告書

利用數字源表進行集成電路測試實驗報告書姓名學號班級目錄實驗一keithley2600系列數字源表的認知學習實驗二利用數字源表進行二極管特性參數的測試實驗三利用數字源表進行三極管特性參數的測試實驗四基于數字源表的三端穩(wěn)壓器集成電路測試實驗一keithley2600系列數字源表的認知學習實驗目的了解Keithley2600系列數字源表的特點及主要優(yōu)點；理解Keithley2600系列數字源表開爾文測試的原理；掌握Keithley2600系列數字源表的使用方法。實驗原理Keithley2600系列數字源表主要特點及優(yōu)點一個緊湊的單元中綜合了如下功能：精密電壓源、高精度電流源、數字多用表、任意波形發(fā)生器、電壓或電流脈沖發(fā)生器、電子負載以及觸發(fā)控制器接觸檢測功能確保了高速及準確的測量每秒10,000個讀數和5,500個源-測量點記錄到存儲器，提供了更快速的測試內置的測試腳本處理器(TSP?)提供非并行系統(tǒng)的自動化測試，將I-V測試的速度提高到同類產品的二到四倍2600系列提供寬動態(tài)范圍：IpA到10A,1pV到200VTSP-Link?主/從控制架構將多臺2600數字源表無縫地整合成一個系統(tǒng)，將其作為一臺獨立的儀器進行編程和控制免費的測試腳本編輯軟件一TestScriptBuilder，可以輕松地創(chuàng)建功能強大的測試腳本，實現用戶特定的測試功能免費的LabTracerTM2.0軟件，無需編程直接得到半導體I-V特性曲線，易學易用每個40W,3A的通道都是獨立的，從而保證了高度的測量完整性和配置的靈活性業(yè)界最高的SMU機架密度特別適合自動化測試的應用。2600系列數字源表系列給電子元器件和半導體制造商提供了一個靈活的、高效的、極具性價比的方案，適合于精確DC、脈沖和低頻AC的源-測量測試。基于最初2400系列數字源表的緊湊集成源-測量技術，2600系列儀器在I-V測試應用中能夠提供相當于同類產品的二到四倍的測試速度。它們還具備更高的源測量通道密度并且比同類產品顯著地降低了使用成本。專利的模數轉換器在小于100》s的時間內可同時提供I和V測量值(10,000讀數/s)，源-測量掃描速度為200》s每點(5,500點/s)。這種高速的源-測量能力加上先進的自動化特性及軟件工具使得2600系列數字源表系列成為廣泛用于多種器件I-V測試的理想方案。Keithley2600系列數字源表的使用對多種器件進行i-v函數測試和特性分析，包括：分立的和無源的元器件雙引腳、電阻、盤驅動器頭、金屬氧化物變阻器(MOV)、二極管、齊納二極管、傳感器、電容器、熱敏電阻、三引腳雙極型小信號晶體管(BJT)、場效應晶體管(FET)等并行測試。雙引腳、三引腳元器件陣列簡單集成電路，光學、驅動器、開關、傳感器。?集成的器件一小規(guī)模集成(SSI)和大規(guī)模集成(LSI).模擬IC射頻集成電路(RFIC)，應用定制的集成電路，系統(tǒng)級芯片(SOC)器件。?光電器件如發(fā)光二極管(LED)、激光二極管、高亮度LED(HBLED)、垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)、顯示器。實驗內容利用Keithley2600系列單通道測試一個電阻，提供電流，測量電壓，繪制出I-V特性曲線并計算出電阻值，與萬用表測量的電阻值進行比較驗證。實驗步驟第一步：打開電源，測試開關關閉。第二步：連接電阻，用兩線制。第三步：進行測量模式和源、測量范圍的設置，從實驗指導書的限定范圍開始逐步測量，變化較大時需要減少增加變量，使得數據更加精確，設定最大電壓為6V。第四步：進行測試，打開測試開關第五步：記錄數據五.實驗數據分析I/mAU/V0.10.930.151.420.21.940.252.430.32.920.353.430.43.920.454.420.54.920.555.420.65.910.76數據分析：根據圖像以及公式R=U/I,計算得出R=(5.91-0.93)/(0.6-0.1)=9.96歐，結果與已知電阻阻值10歐接近。六.實驗總結本次實驗是keithley2600系列數字源表的認知學習的實驗，通過此次實驗，我們了解了Keithley2600系列數字源表的特點及主要優(yōu)點，以及Keithley2600系列數字源表開爾文測試的原理，也掌握了Keithley2600系列數字源表的使用方法。之后我們又用Excel將數據進行處理，得出特性曲線并計算出電阻R,與電阻阻值相符。這次實驗使我們認識并了解了keithley2600系列數字源表。實驗二利用數字源表進行二極管特性參數的測試實驗目的掌握數字源表的測試原理及單通道測試的使用方法；掌握二極管特性參數的基本測試原理及方法；掌握數字源表四線制測試的方法及優(yōu)勢。實驗原理發(fā)光二極管簡介它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必

須串聯限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：R=（E－UF）/IF+-有笈郞?驗的胡唄■艸式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流［1］。+-有笈郞?驗的胡唄■艸1致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的1致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的U保護內部芯線的作用，所以LED的抗震發(fā)光二極管的核心部分是由P 片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時,半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。發(fā)光二極管的主要特性參數及含義發(fā)光二級管的特性：與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0?9,10個阿拉伯數字以及A，b，C，d，E，F等部分字母（必須區(qū)分大小寫）。參數：LED的光學參數中重要的幾個方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強度、光強分布、波長。發(fā)光效率和光通量發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率代表了光源的節(jié)能特性，這是衡量現代光源性能的一個重要指標。發(fā)光強度和光強分布LED發(fā)光強度是表征它在某個方向上的發(fā)光強弱，由于LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分布特性。這個參數實際意義很大,直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。實驗內容1.對發(fā)光二極管的I-V特性進行測試，利用Keithley2600系列數字源表的單通道進行測試，提供電流，測量電壓，記錄電壓隨電流變化的趨勢，繪制出I-V特性

曲線。特別標注開始發(fā)光的起始電壓值。實驗步驟第一步：打開電源。第二步：選擇B通道，連接發(fā)光二極管和肖特基二極管，紅色接正極，黑色接負極。第三步：最大測量電壓是2.02V,電流是1.5A，測量單位V,mA。第四步：進行測試，給定電壓，測得電流值。實驗數據分析發(fā)光二級管：U/VI/mA1.50.0011.60.0071.70.0461.80.2861.830.4911.850.661.870.971.91.4471.932.111.952.621.973.3224.3862.035.452.056.312.077.222.19.32.13102.1511.0482.1712.04數據分析：逐漸增大電壓，電流也逐漸增大，電流為1.73V的時候發(fā)光二極管微亮，2V的時候達到最亮。

肖特基二極管：I/mAU/mV0.1125.780.2145.190.3156.380.4164.780.5171.330.6176.420.7180.060.8185.230.9188.651.4201.81.8209.52212.94235.66250.610272.715294.220312.530344.460426.5100524.8肖特基二極管I/V特性曲線OO44oooOoooO505.Tx1XUU—肖特基二極管i/v特性曲線數據分析：逐漸增大電壓，電流也逐漸增大。實驗總結本次實驗是利用數字源表進行二極管特性參數的測試，通過本次實驗，我掌握了數字源表的測試原理及單通道測試的使用方法以及二極管特性參數的基本測試原理及方法，也掌握了數字源表四線制測試的方法及優(yōu)勢。在實驗中我們通過給定電壓測電流，得出數據并用Excel得出發(fā)光二極管和肖特基二極管的I-V特性曲線。此次實驗室我們對數字源表的使用更加熟練，也加深了我們對發(fā)光二極管和肖特基二極管的特性的認識。實驗三利用數字源表進行三極管特性參數的測試實驗目的掌握數字源表的測試原理及雙通道測試的使用方法；掌握三極管特性參數的基本測試原理及方法；掌握集成電路數據表(datasheet)的閱讀理解和使用。實驗原理1、三極管S9012簡介及主要特性參數三極管s9012三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數就是電流放大系數0。當三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流0倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。2、三極管S9013簡介及主要特性參數9013是一種NPN型硅小功率的三極管它是非常常見的晶體三極管，在收音機以及各種放大電路中經常看到它，應用范圍很廣，它是NPN型小功率三極管。編輯本段S9013的引腳圖參數。參數：結構NPN集電極-發(fā)射極電壓25V，集電極-基極電壓45V發(fā)射極-基極電壓5V，集電極電流IcMax0.5A。耗散功率0.625，工作溫度-55°C~+150°C特征頻率150MHz放大倍數D64-91E78-122F96-135G122-166H144-220I190-300從左往右依次為發(fā)射極、基極、集電極。主要用途放大電路。3、 三極管輸入特性曲線含義及特點0.10030.06*Uce=3VUbe{V)lb(mA)+U?=0V0.10030.06*Uce=3VUbe{V)lb(mA)+U?=0VSiliconEJTParameter當溫度升高時，熱運動加劇，更多的價電子有足夠的能量掙脫共價鍵的束縛，從而使少子的濃度明顯增大，從而三極管的0值增加，在同樣的基極電流時的集電極電流增大。因此溫度升高三極管的輸出特性曲線向上移動。4、 三極管輸出特性曲線含義及特點基極電流Ib一定時，晶體三極管的Ic和Uce之間的關系曲線叫做輸出特性曲線。曲線以Ic(mA)為縱坐標，以Uce(V)為橫坐標給出，圖上的點表示了晶體管工作時Ib、Uce、Ic三者的關系，即決定了晶體三極管的工作狀態(tài)。從曲線上可以看出，晶體管的工作狀態(tài)可分成三個區(qū)域。飽和區(qū)：Uce很小,Ic很大。集電極和發(fā)射極飽和導通，好像被短路了一樣。這時的Uce稱作飽和壓降。此時晶體管的發(fā)射結、集電結都處于正向偏置。放大區(qū)：在此區(qū)域中Ib的很小變化就可引起Ic的較大變化，晶體管工作在這一區(qū)域才有放大作用。在此區(qū)域Ic幾乎不受Uce控制，曲線也較為平直，此時管子的發(fā)射結處于正向偏置，集電結處于反向偏置。截止區(qū)：Ib=0，Ic極小，集電極和發(fā)射極好像斷路(稱截止)，管子的發(fā)射結、集電結都處于反向偏置。實驗內容1、 對三極管S9012的輸入特性和輸出特性進行測試，利用Keithley2600系列數字源表的雙通道進行測試，A通道提供基極電流iB，測量基極發(fā)射極電壓uBE；B通道提供集電極發(fā)射極電壓uCE，測量集電極電流ic。對三極管S9013的輸入特性和輸出特性進行測試，利用Keithley2600系列數字源表的雙通道進行測試，A通道提供基極電流iB，測量基極發(fā)射極電壓uBE；B通道提供集電極發(fā)射極電壓uCE，測量集電極電流ic。實驗步驟第一步：打開電源。第二步：連接S9012,選擇Keithley2600系列數字源表的雙通道A,B進行測試,三個管腳對應的分別是e,b,c。第三步：測量單位為V,mA。第四步：進行測試并記錄數據。實驗數據分析9012輸入：三極管9012Uce=0V三極管9012Uce=1V(-)Ube/VIb/mA(-)Ube/VIb/mA00000.500.600.550.0040.650.0060.60.0180.70.020.70.520.80.60.86.870.97.320.818.810.919.510.8210.420.9211.320.8312.240.9313.210.8414.140.9415.810.8516.380.9517.560.8618.790.9619.410.8721.160.9721.930.8823.850.9824.010.8926.680.9927.350.929.6130.539012輸入特性曲線T-Uce=0V-?-Uce=lVl.50.5 1oooOD1±ATOybl■m-

oo1XUbe/V9012輸出：Ib=0mAUce/VIc/mA0.050.050.10.10.150.130.20.130.30.160.40.170.50.170.60.170.70.1710.18Ib=(-)0.2mAUce/VIc/mA00.160.010.90.022.10.033.50.045.10.056.80.068.50.0710.50.0812.50.0914.30.116.10.11190.1525.10.233.10.2526.50.332.70.3537.50.438.50.539.20.639.50.739.8141.1Ib=(-)0.4mAUce/VIc/mA00.30.011.360.023.150.035.10.047.20.059.350.0611.650.0713.890.0816.50.0918.850.121.350.1533.950.245.90.363.20.469.30.571.50.672.50.773.7175.7Ib=(-)0.6mAUce/VIc/mA00.370.011.60.023.730.035.970.048.370.0510.820.0613.360.0715.950.0818.640.0921.350.124.110.1538.14

0.2520.2564.90.376.20.490.70.596.60.699.10.7100.80.8102.50.91103.9105.4Ib=(-)0.8mAUce/VIc/mA00.430.011.730.024.070.036.540.049.130.0511.70.0614.50.0717.30.0820.10.0922.90.125.80.1540.70.255.60.25700.383.20.4103.90.5115.40.61210.71240.81260.91281130Ib=(-)1mAUce/VIc/mA00.50.011.80.024.30.036.80.049.60.0512.40.0615.20.0718.10.08210.09240.1270.1542.50.2580.2573.30.387.80.4112.40.5128.160.6138.20.7143.70.8147.60.9150.31152.7O5Am/f21XO5001X00O5Am/f21XO5001X0029012輸出特性曲線00■*-Ib=0mA*-Ib=-0.2mAIb=-0.4mA■**~Ib=-0.6mA亠-Ib=-0.8mA*-Ib=-lmAeuc實驗總結本次實驗室利用數字源表進行三極管特性參數的測試，通過本次實驗，我們掌握了數字源表的測試原理及雙通道測試的使用方法，也了解了三極管特性參數的基本測試原理及方法和集成電路數據表(datasheet)的閱讀理解和使用。我們對三極管9012進行了，之后用Excel得出9012輸入與輸出特性曲線。本次實驗使我們隊數字源表的使用更加熟練，也對三件關輸入輸出特性有了更深刻的了解。實驗四基于數字源表的三端穩(wěn)壓器集成電路測試實驗目的1、 掌握Keithley2600系列源表雙通道配合測量基本方法;2、 掌握穩(wěn)壓集成電路基本工作原理及參數的測試方法；

3、掌握集成電路測試方案的制定方法。實驗原理1、三端穩(wěn)壓器LM78系列簡介用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的lm78或lm79后面的數字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負9V。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經常采用。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。7805引腳正確的順序：1腳接輸入，2腳接地，3腳接輸出。2、三端穩(wěn)壓器LM7805主要特性參數及含義lm7805是三端穩(wěn)壓電源模塊，外圍電路簡單，正面看，管腳分別為輸入、地、輸出。額定輸出電流1.5A，最大輸入電壓35V,輸入輸出壓差的最大值是30V,最小值2V,輸出電壓5V,誤差0.2V,實際應用時應根據壓差和電流確定7805上的耗散功率，增加適當的散熱裝置。實驗內容利用2600系列源表搭建LM7805三端穩(wěn)壓芯片的測試平臺，進行主要參數的測試。InputLM78XXYCutputInputLM78XXYCutput? 2 7TO.1gF0.33piF直流參數測試電路圖1.輸出電壓測試測試條件：Tj=25°C,Io=100mA,Vin=10V測試方法：在input和地之間接入10V固定直流電壓，在Output與地之間接入100mA的電流負載,測試Output與地之間的電壓。測試結果：樣品1樣品2樣品3Vo(V)4.904.924.92

2.電壓調整率測試定義：輸入電壓變化引起的輸出電壓變化，又稱電源效應測試條件：a.Tj=25°C,Io=100mA,Vin=7V?20Vb.Tj=25C,Io=100mA,Vin=8V?12V測試方法：在Output與地之間接入500mA的電流負載，在input和地之間接入可調直流電壓，改變其大小，測試Output與地之間的電壓。測試結果：出壓V)1輸電W輸入電壓（V）7891012141720樣品14.824.834.824.824.814.834.834.82樣品24.844.854.844.844.844.844.834.84樣品34.814.814.814.814.824.844.844.84計算得：樣品1樣品2樣品3△Vo(V)Vin=7V?20V4.82254.80254.8225Vin=8V?12V4.824.84254.81253.負載調整率測試定義：負載電流變化引起的輸出電壓，又稱負載效應測試條件：a.Tj=25C，Vin=10VIo=5mA?100mAb.Tj=25C，Vin=10VIo=40mA?80mA測試方法：在input和地之間接入10V固定直流電壓，在Output與地之間接入可調電流負載，改變其大小，測試Output與地之間的電壓。測試結果：出壓V)1輸電W輸出電流（mA）5101520406080100樣品15.004.994.984.974.934.894.864.85樣品25.015.004.994.984.944.904.864.83樣品35.015.004.994.984.944.904.864.84計算得：樣品1樣品2樣品3△Vo(V)Io=5mA?100mA4.933754.922754.94Io=40mA?80mA4.893334.866674.9靜態(tài)電流

定義：輸入電流中沒有提供到輸出的那部分電流，也就是流過集成穩(wěn)壓器GND端的電流。測試條件：Tj=25°C,Vin=10VIo=100mA測試方法：在input和地之間接入10V直流電壓，在Output與地之間接入100mA的電流負載，測試GND端到地的電流。測試結果樣品1樣品2樣品3IQ(mA)3.033.003.12靜態(tài)電流變化率定義：隨著工作條件的變化，靜態(tài)電流的變化程度。測試條件：a.Tj=25C,Vin=10VIo=5mA?100mAb.Tj=25C,Io=100mAVin=7?20V測試方法：在input和地之間接入可調直流電壓，在Output與地之間接入可調電流負載，測試GND端到地的電流變化。測試結果：a.靜態(tài)電流(mA)輸出電流(mA)5101520406080100樣品13.103.093.083.063.032.962.902.85樣品23.103.093.073.063.012.972.922.87樣品33.263.263.243.223.183.143.093.04b.靜態(tài)電流(mA)輸入電壓(V)78101214161820樣品12.913.002.972.912.832.742.672.85樣品22.913.002.902.852.772.662.913.01樣品33.063.133.052.992.912.852.843.10計算得：樣品1樣品2樣品3△IQ(mA)Io=5mA?100mA3.008753.011253.17Vin=7V?20V2.862.876252.99125實驗步驟第一步：打開電源第二步：連接LM7805三端穩(wěn)壓芯片，選擇數字源表的雙通道A,B進行連接。第三步：測量限值為-100V,測量單位為V,mA。第四步：進行測試并記錄數據。

實驗數據分析1．輸出電壓測試測試結果：樣品1樣品2樣品3Vo(V)4.904.924.922.電壓調整率測試測試結果：出壓V)1輸電