JPH06300813A - 素子特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子特性測定装置において、被測定素子に印
加する電流又は電圧の試験信号の振幅を変更したとき
に、この変更に瞬時に応答できるようにする。 【構成】 ＤＡＣ２０にデジタル波形データ記憶手段１
００からデジタル波形データを供給して鋸歯状波形試験
信号を発生させる。操作パネル１１で被測定素子５０に
印加する電流又は電圧の最大値を変更したときには、乗
算器１１０で鋸歯状波形試験信号を増幅又は減衰させて
その振幅を調整するので、複数の測定点に対応したデジ
タル波形データを夫々算出し直す必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は素子特性測定装置に関
し、特に素子の特性が急峻に変化する場合にも素子を破
壊することなく観測及び測定ができる素子特性測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、被測定素子５０に電圧を印加し
たときに素子５０に流れる電流を測定する従来の素子特
性測定装置（パラメータ・アナライザ）のブロック図を
示している。マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１０は、測
定項目に従って設定条件に合ったデジタル波形データを
バス５に乗せて、順次デジタル・アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）２０に送る。測定項目の設定には操作パネル１１を
用い、設定条件はランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）１２に記憶される。リード・オンリ・メモリ（ＲＯ
Ｍ）１３には、ＣＰＵ１０が処理するプログラム等が記
憶されている。ＤＡＣ２０は、ＣＰＵ１０からのデジタ
ル波形データをアナログ信号に変換する。増幅器３０
は、このアナログ信号を増幅し、電流及び電圧検出回路
４０を介して被測定素子５０に印加する。

【０００３】電流及び電圧検出回路４０において、バッ
ファ４１は、被測定素子５０に発生する電圧を正確に検
出するために設けられている。電圧検出用アナログ・デ
ジタル変換器（ＡＤＣ）４２は、バッファ４１からの信
号をデジタル・データに変換してＣＰＵ１０に送る。こ
のデジタル・データは、被測定素子５０の電圧値に対応
している。電流検出用抵抗器４３は、被測定素子５０に
流れる電流を検出するために設けられる。電流検出用増
幅器４４は、電流検出用抵抗器４３の両端間電圧を検出
し、電流検出用アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４
５に送る。電流検出用ＡＤＣ４５は、電流検出用増幅器
４４からの信号をデジタル・データに変換してＣＰＵ１
０に送る。ＣＰＵ１０は、電流検出用抵抗器４３の抵抗
値が既知であるため、抵抗器４３の両端間電圧に対応し
たこのデジタル・データと抵抗器４３の抵抗値のデータ
からオームの法則を用いて被測定素子５０の電流値を算
出することができる。電流検出用抵抗器４３の抵抗値の
データは、ＲＡＭ１２又はＲＯＭ１３に記憶しておけば
良い。これらの動作を繰り返すことにより、ＣＰＵ１０
は全パラメータ・カーブを収集する。なお、得られたデ
ータは、一旦ＲＡＭ１２に記憶するなどした後、表示器
６０に表示しても良い。

【０００４】図５は、被測定素子５０に所定の電流を流
したときに素子５０で発生する電圧を測定する従来の素
子特性測定装置のブロック図を示している。これは、電
流検出用抵抗器４３の両端間電圧である電流検出用増幅
器４４の出力電圧を演算増幅器４６の反転入力端に入力
する一方で、ＤＡＣ２０の出力電圧を演算増幅器４６の
非反転入力端に入力し、演算増幅器４６の出力を増幅器
３０の非反転入力端に入力している。これによれば、Ｄ
ＡＣ２０の出力電圧を制御することによって、電流検出
用抵抗器４３の両端間電圧を制御できる。つまり、非測
定素子５０に流れる電流を制御できる。例えば、仮に電
流検出用抵抗器４３の両端間電圧が高くなると演算増幅
器４６の出力電圧が下がり、電流検出用抵抗器４３の両
端間電圧を下げる方向に働く。その逆に電流検出用抵抗
器４３の両端間電圧が低くなれば、電流検出用抵抗器４
３の両端間電圧を上げる方向に働く。電流及び電圧検出
回路４０は、上述と同様に被測定素子５０の電流値及び
電圧値を検出する。

【０００５】図６に示すように、ＤＡＣ２０が被測定素
子５０に供給する試験信号は、波形が複数の階段（ステ
ップ）を有し、巨視的に所定の傾斜を有する鋸歯状波形
が好適である。これは、被測定素子５０の全パラメータ
・カーブを収集するためである。ただし試験信号は、場
合によっては正弦波その他の波形でも良い。各階段（ス
テップ）は夫々測定点に対応しており、被測定素子５０
の電流値及び電圧値が測定される。操作パネル１１でこ
の鋸歯状波形試験信号の振幅を設定すると、ＣＰＵ１０
は、その振幅（つまり、鋸歯状波形試験信号の最大値）
に合わせて複数の測定点の値を夫々計算し直し、ＤＡＣ
２０が出力するアナログ鋸歯状波形試験信号を変更す
る。よって、振幅が変更されれば、鋸歯状波形の傾斜も
変わることになる。ＣＰＵ１０は、各測定点において、
ＡＤＣ４５からのデジタル・データにより被測定素子５
０に流れる電流値を算出していく。この測定点の個数
は、任意に設定できるようにしても良い。

【０００６】ダイオードやトランジスタなどのｐｎ接合
を有する半導体素子は、逆方向電圧を増加させていく
と、ある一定電圧に達したところで降伏現象を起こし、
流れる電流が急激に増加する。図７は、トランジスタの
コレクタ電流Ｉｃとコレクタ・ベース間電圧Ｖｃｂが電
圧Ｖｘに達した時点で電流値が急激に増加し、降伏現象
が起きることを示している。従来、カーブ・トレーサで
半導体素子の降伏電圧を測定する場合には、操作者が表
示器を観測しながら操作パネルで電圧を増加させ、降伏
現象が現れた時点で操作パネルを操作して被測定素子に
印加する最大電圧（振幅）を低下させていた。最大電圧
を低下させるのは、被測定素子の破壊を防ぐためであ
る。この操作では、カーブトレーサが被測定素子に印加
する電圧をアナログ的に発生させているため、操作パネ
ルの操作に瞬時に応答して印加電圧が低下することを利
用している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した素子特性
測定装置は、上述のように、ＤＡＣ２０にデジタル波形
データを送り、そのデジタル波形データをデジタル・ア
ナログ変換して、試験信号を発生させている。よって、
その振幅を操作パネルで変更する場合には、各測定点
（ステップ）のすべてを夫々算出して変更している。よ
って、半導体素子の降伏電圧などの急峻に変化する特性
を測定する場合、カーブトレーサと異なり、振幅を変更
しても、被測定素子に印加する信号を操作に応答して瞬
時に変更させることができなかった。従って、従来の素
子特性測定装置では、被測定素子に供給される電流又は
電圧が予想外に増加してしまい、素子を破壊する恐れが
あった。

【０００８】そこで本発明目的は、デジタル回路を利用
した素子特性測定装置において、被測定素子に印加する
電流値又は電圧値の設定を変更した場合に、その変更に
対して応答性の良い素子特性測定装置を提供することで
ある。本発明の他の目的は、被測定素子に印加する電流
値又は電圧値の振幅を瞬時に変化させることが可能な素
子特性測定装置を提供することである。本発明のさらに
他の目的は、被測定素子に印加される電流値又は電圧値
をリアルタイムで観測及び測定できる素子特性測定装置
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明の素
子特性測定装置は、被測定素子に供給する電圧又は電流
の試験信号のデジタル波形データを記憶する記憶手段１
００と、デジタル波形データを受けて電圧又は電流の試
験信号を出力するデジタル・アナログ変換器２０と、電
圧又は電流の試験信号の振幅を設定する設定手段１１
と、電圧又は電流の試験信号を供給したときの被測定素
子の電流値又は電圧値を夫々検出する検出手段４０と、
被測定素子の特性を表示する表示装置とを有する素子特
性測定装置において、設定手段１１の設定に応じてデジ
タル・アナログ変換器２０が出力する電圧又は電流の試
験信号の振幅を調整する振幅調整手段１１０を具えてい
る。これによって、記憶手段１００が記憶しているデジ
タル波形データを変更することなく設定手段１１の設定
に従って電圧又は電流の試験信号の振幅を調整可能なこ
とを特徴としている。

【００１０】ＤＡＣ２０が出力する試験信号は、バッフ
ァとして機能する増幅器３０を介して被測定素子５０に
印加しても良い。記憶手段１００の出力するデジタル波
形データは複数の測定点に対応しているが、本発明によ
れば設定手段１１で電流値又は電圧値の最大値を変更し
た場合でも振幅調整手段１１０が試験信号の振幅（最大
値）を調整するので、これら複数測定点に対応したデジ
タル波形データを夫々変更する必要はない。よって、被
測定素子５０に印加する試験信号の最大値の変更を高速
に行うことができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の素子特性測定装置の１好適
実施例のブロック図を示している。図４と対応するブロ
ックについては、同じ符号を付している。本発明は、図
５に示した回路に対しても容易に適用できる。そこで、
以下の説明では、本発明を用いて図４の回路を改良した
場合を主に説明する。

【００１２】図４と比較すると図１に示した本発明の１
好適実施例は、デジタル波形データ記憶手段１００と乗
算器（振幅調整手段）１１０とが新たに設けられてい
る。デジタル波形データ記憶手段１００は、ＤＡＣ２０
が階段（ステップ）状のアナログ鋸歯状波形試験信号を
発生するためのデジタル波形データを発生する。ただ
し、試験信号の波形は鋸歯状波形に限定されるものでは
ない。デジタル波形データ記憶手段１００にはメモリ
（記憶手段）を使用し、ＣＰＵ１０がアドレスを供給す
ると対応するデジタル波形データを出力するようにして
良い。操作パネル（設定手段）１１は、被測定素子５０
に印加する試験信号の電流又は電圧の振幅（最大値）を
設定するために使用する。乗算器１１０は、ＣＰＵ１０
の制御の下にＤＡＣ２０からの鋸歯状波形試験信号の振
幅が、操作パネル１１で設定した最大値（試験信号の振
幅）に合致するように鋸歯状波形試験信号を増幅又は減
衰してその振幅を調整し、増幅器３０に供給する。検出
回路（検出手段）４０は、被測定素子５０の電流値及び
電圧値を検出する。ここでいう測定点（ステップ）と
は、図６に示すＤＡＣ２０の出力波形（試験信号）の各
階段、つまり、各ステップに対応している。

【００１３】本発明の素子特性測定装置によれば、ＤＡ
Ｃ２０が試験信号を出力するためのデジタル波形データ
はすくなくとも１種類あれば良い。被測定素子５０に印
加する電流値又は電圧値の最大値の設定を変更したとき
は、デジタル波形データ記憶手段がＤＡＣ２０に供給す
るデジタル波形データを変更するのではなく、乗算器１
１０で試験信号の増幅又は減衰を行うことにより試験信
号の振幅を調整する。これによれば、試験信号の最大値
を変更する度にＣＰＵ１０が複数ある測定点に夫々対応
したデジタル波形データを夫々算出する必要がなく、単
に操作パネルの設定に基づいて乗算器１１０の増幅又は
減衰の比率を制御するだけで良い。これによって、最大
値の変更をすばやく行える。増幅又は減衰の比率は、設
定された最大値と現在の試験信号の振幅を比較すれば容
易に算出できる。

【００１４】図２は、本発明の他の実施例を示してい
る。ＤＡＣ２０は、はしご型抵抗回路（Ｒ−２Ｒラダー
回路など）のように基準電圧とデジタル・データを乗算
したアナログ信号出力が得られるデジタル・アナログ変
換器を使用する。乗算回路１１０は、基準電圧ＶｒとＣ
ＰＵ１０が供給するデジタル・データを乗算し、ＤＡＣ
２０に供給する基準電圧Ｖｒ’を基準電圧Ｖｒに対して
増幅又は減衰する。基準電圧Ｖｒ’に比例して、ＤＡＣ
２０が出力する鋸歯状波形試験信号の振幅は変化する。
従って、図１の場合と同様に被測定素子５０に印加する
電流値又は電圧値の最大値を変更しても、デジタル波形
データ記憶手段１００が記憶しているデジタル波形デー
タを変更する必要がない。即ち、ＣＰＵ１０が複数の測
定点に対応したデジタル波形データを夫々算出し直す必
要がないので、設定値の変更があった場合もすばやく応
答できる。

【００１５】図３は、本発明のさらに他の実施例を示し
ている。これは、乗算器１１０をＤＡＣ２０とデジタル
波形データ記憶手段１００との間に配置し、デジタル的
にＤＡＣ２０に供給するデジタル波形データを乗算し、
ＤＡＣ２０が出力する鋸歯状波形試験信号の振幅を調整
するものである。この場合も上述と同様にデジタル波形
データ記憶手段１００が記憶しているデジタル波形デー
タを変更する必要がない。図１及び図２と比較してここ
で使用する乗算器１１０は、デジタル的に乗算を行う点
が異なるだけで、乗算器１１０によってＤＡＣ２０が出
力する鋸歯状波形試験信号を増幅又は減衰する点は同じ
である。

【００１６】以上本発明の素子特性測定装置を説明した
が、本発明を図５に示した従来回路に適用することは容
易である。例えば、図２に対応した回路を考えるなら、
ＣＰＵ１０とＤＡＣ２０の間にデジタル波形データ記憶
手段１００を配置し、演算増幅回路４６とＤＡＣ２０と
の間に乗算器１１０を配置すれば良い。図３及び図４に
対応した回路についても同様である。また、本発明の装
置で測定可能な被測定素子は、半導体素子に限るもので
ない。例えば、抵抗器、コンデンサなどであっても良
い。本発明の装置は、設定値の変更操作に対する応答性
が良いため、操作パネルを用いた設定値の変更操作に対
して時間的なズレが実質的に生じない。従って、種々の
素子の電気特性をリアルタイムで観測及び測定できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明の素子特性測定装置は、被測定素
子に印加する電流値又は電圧値の最大値の設定値を変更
した場合において、デジタル・アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）が出力する試験信号の複数の測定点に対応したデジ
タル波形データを夫々再算出する必要はなく、振幅調整
手段（乗算器）を用いてＤＡＣが出力する試験信号を振
幅を調整する。従って、操作パネルで設定値を変更した
場合にも、その変更操作に対して高速に応答できる。こ
れによって、被測定素子の特性を測定する際に設定値の
変更操作に対して時間的なズレが実質的に生じないの
で、デジタル処理を用いた装置でありながら、アナログ
のカーブトレーサのようにリアルタイムで被測定素子の
特性の観測及び測定が可能となる。よって、特性が急峻
に変化する場合でも素子の破壊を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の素子特性測定装置１実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明の素子特性測定装置の他の実施例を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の素子特性測定装置のさらに他の実施例
を示すブロック図である。

【図４】素子特性測定装置の１従来例のブロック図であ
る。

【図５】素子特性測定装置の他の従来例のブロック図で
ある。

【図６】ＤＡＣが出力する試験信号の波形を示す図であ
る。

【図７】半導体素子の特性の１例を示す図である。

【符号の説明】

１０ ＣＰＵ １１ 操作パネル（設定手段） １２ ランダム・アクセス・メモリ １３ リード・オンリ・メモリ ２０ デジタル・アナログ変換器 ３０ 増幅器 ４０ 特性検出回路（検出手段） ５０ 被測定素子 ６０ 表示装置 １００ 記憶手段 １１０ 振幅調整手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定素子に供給する電圧又は電流の試
   験信号のデジタル波形データを記憶する記憶手段と、上
   記デジタル波形データを受けて上記電圧又は電流の試験
   信号を出力するデジタル・アナログ変換器と、上記電圧
   又は電流の試験信号の振幅を設定する設定手段と、上記
   電圧又は電流の試験信号を供給したときの上記被測定素
   子の電流値又は電圧値を夫々検出する検出手段と、上記
   被測定素子の特性を表示する表示装置とを有する素子特
   性測定装置において、 上記設定手段の設定に応じて上記デジタル・アナログ変
   換器が出力する上記電圧又は電流の試験信号の振幅を調
   整する振幅調整手段を具え、 上記記憶手段が記憶している上記デジタル波形データを
   変更することなく上記設定手段の設定に従って上記電圧
   又は電流の試験信号の振幅を調整可能なことを特徴とす
   る素子特性測定装置。