JJF(电子)0061-2021 半导体直流参数验证件校准规范

JJF(电子)0061-2021半导体直流参数验证件校准规范半导体直流参数验证件半导体直流参数验证件DCparametersVerificationDevice张珊(中国电子技术标准化研究院)刘冲(中国电子技术标准化研究院)李洁(中国电子技术标准化研究院)阚劲松(中国电子技术标准化研究院)I目录 3计量特性 3.1直流参数量值 3.1.1二极管直流参数 3.1.2双极型晶体管直流参数 23.1.4绝缘栅双极晶体管直流参数 23.2短期稳定性 34校准条件 34.1环境条件 34.2测量标准 35校准项目和校准方法 75.1外观及工作正常性检查 75.2校准方法 75.2.1直流参数量值 75.2.2短期稳定性 6校准结果表达 7复校时间间隔 附录B 附录C测量不确定度评定示例 Ⅱ1电压范围：30V~3kV,电流范围：10μA～10mA,最大允许误差：±(3～10)%。b)反向漏电流Ir电流范围：10μA～10mA,电压范围：30V~3kV,最大允许误差：±(3～10)%。d)稳定电压Vz(稳压二极管)士(3～10)%。电压范围：30V～3kV,电流范围：10uA～10mA,最大允许误差：±(3～10)%。士(3～10)%。最大允许误差：±(3～10)%。2围：10A～1000A;电流Is范围：10μA～10A,最大允许误差：±(3～10)%。30V,漏极电流Ip范围：10A～1000A,最大允许误差：±(1～10)%。30V,漏极电流Ip范围：10A～1000A,最大允许误差：±(1～10)%。士(1～10)%。e)正向跨导g30V,漏极电流Io范围：10A～1000A,最大允许误差：±(1～10)%。士(3～10)%。电压范围：30V～3kV,电流范围：10μA～10mA,最大允许误差：±(3～10)%。h)零栅压漏极电流oss士(3～10)%。差：±(1～10)%。范围：10A～1000A,最大允许误差：±(3～10)%。电压范围：30V～3kV,电流范围：10μAJJF(电子)0061—20213d)栅极-发射极的漏电流IGES电压范围：-30V～-0.1V,0.1V～30V,电流范围：10uA～10mA,最大允许误差：士(3～10)%。e)正向跨导g电压VcE范围：0.1V～30V;电压VGE范围：-30V～-0.1V,0.1V～30V,Ic范围：10A～1000A,最大允许误差：±(3～10)%。电压范围：30V～3kV,电流范围：10μA～10mA,最大允许误差：±(3～10)%。3.2短期稳定性次，测量二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等半导体器件的直流参数，最大允许误差为±3%。4校准条件4.1环境条件4.1.4周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动；4.1.5保证校准过程中对静电有严格的防护措施，以免损害仪器和被校二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等半导体器件。4.2测量标准4.2.1半导体器件直流参数测试系统(以下简称测试系统)a)直流电压源范围：-30V～-0.1V,0.1V～30V,最大允许误差：±0.5%;b)直流高压源范围：30V～3kV,最大允许误差：±(0.5%～1%);c)直流电流源范围：1mA～10A,最大允许误差：±0.5%;e)漏电流测量范围：100nA量程，最大允许误差：±1%;±1nA,1μA、10μA、100μA、1mA、10mA量程，最大允许误差：±1%。针对不同的半导体直流参数验证件，测试系统的技术指标如下：a)二极管电压范围及指标电流范围及指标技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士4电压范围及指标电流范围及指标1mA、10mA量程，最大允许误稳定电压Vzb)双极型晶体管电压范围及指标电流范围及指标技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士10mA量程，最大允许误差：士100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误电压VaR)CEO技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：土1mA、10mA量程，最大允许误技术指标：±(0.5%～1%)技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误100nA量程，最大允许误差：士Ic:10A～1000A,技术指标：±0.5%Ig:1mA～10A,技术指标：±0.5%集电极-发射极饱和Ic:10A～1000A,技术指标：±0.5%5电压范围及指标电流范围及指标电压VCesatVBE:-30V～-0.1V,0.1V~Ig:1mA～10A,技术指标：±0.5%压VEsatVBE:-30V～-0.1V,0.1V~Ic:10A～1000A,技术指标：±0.5%Ig:1mA～10A,技术指标：±0.5%c)场效应晶体管电压范围及指标电流范围及指标1mA～10A,技术指标：±0.5%Vps:0.1V～30VVgs:-30V～-0.1V,0.1V~Ip:10A～1000A,技术指标：±0.5%Ig:1mA～10A,技术指标：±0.5%VDs:0.1V～30VVgs:-30V～-0.1V,0.1V~Ip:10A～1000A,技术指标：±0.5%Ig:1mA～10A,技术指标：±0.5%Vps:0.1V～30VVgs:-30V～-0.1V,0.1V~Ip:10A～1000A,技术指标：±0.5%Ig:1mA～10A,技术指标：±0.5%VDs:0.1V～30VVgs:-30V～-0.1V,0.1V~Ip:10A～1000A,技术指标：±0.5%技术指标：±(0.5%～1%)技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误差：6电流Ioss技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误栅极正向漏电流Icss100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误二极管正向电压降VpVDs:0.1V～30VIp:10A～1200A,技术指标：±0.5%d)绝缘栅双极晶体管电压范围及指标电流范围及指标1mA～10A,技术指标：±0.5%VGE:-30V～-0.1V,0.1V~Ic:10A～1200A,技术指标：±2%零栅压时的集电极电流IcES技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误栅极—发射极的漏电流IGES100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误VGE:-30V～-0.1V,0.1V~Ic:10A～1000A,技术指标：±0.5%JJF(电子)0061—20217穿电压V(BR)CES技术指标：±(0.5%～1%)100nA量程，最大允许误差：士1mA、10mA量程，最大允许误Ip:10A～1200A,技术指标：±0.5%5校准项目和校准方法5.1外观及工作正常性检查5.1.1被校半导体直流参数验证件应外观完好，不应有影响正常工作的机械碰伤及接触不良的现象，并记录于附录A.1中；5.1.2被校半导体直流参数验证件产品名称、制造厂家等均应明确标记，并记录于附录5.1.3校准人员应按要求穿防静电工作服，佩戴防静电手环等，检查被校半导体直流参数验证件是否完好无损，并记录于附录A.1中。5.2校准方法5.2.1直流参数量值5.2.1.1二极管直流参数a)a)开启测试系统，连接二极管测量夹具，如图1所示；验件b)具备自检功能的测试系统，按要求自检并预热，除有特殊规定外，预热时间不低于0.5h;c)根据被校二极管验证件的管脚配置和封装形式，选择合适的测量夹具，将被校二极管验证件放入二极管测量夹具；d)启动测量软件，根据被校二极管验证件型号及计量特性，选择或新建运行测量程序，测量程序应涵盖被校二极管的击穿电压VR、反向漏电流IR、正向结电压VF、稳定电压Vz等参数；e)导入测量程序，短时间内连续重复测量6次，按公式(1)计算得到算术平均值8y-—二极管验证件直流参数的测量平均值；y,——二极管验证件直流参数的测量值；按公式(2)计算得到标准样管的相对误差δ,并记入附录A表A.2中。δ₁—二极管验证件直流参数的相对误差；y—二极管验证件直流参数的算术平均值；yo—二极管验证件直流参数的参考值。5.2.1.2双极型晶体管直流参数a)开启测试系统，连接双极型晶体管测量夹具，如图a)开启测试系统，连接双极型晶体管测量夹具，如图2示；验件b)具备自检功能的测试系统，按要求自检并预热，除有特殊规定外，预热时间不低于0.5h;c)根据被校双极型晶体管验证件的管脚配置和封装形式，选择合适的测量夹具，将被校被校双极型晶体管验证件放入双极型晶体管测量夹具；d)启动测量软件，根据被校双极型晶体管验证件型号及计量特性，选择或新建运行测量程序，测量程序应涵盖被校双极型晶体管的集电极-基极击穿电压VCBo、发射极-发射极截止电流Iceo、发射极-基极截止电流IEBo、共发射极正向电流传输比he、集电e)导入测量程序，短时间内连续重复测量6次，按公式(3)计算得到算术平均值y,并作为测量结果，记录于附录A表A.3中。9y——双极型晶体管验证件直流参数的测量平均值；y;双极型晶体管验证件直流参数的测量值；按公式(4)计算得到标准样管的相对误差δ₁,并记入附录A表A.3中。δ₁—双极型晶体管验证件直流参数的相对误差；y—双极型晶体管验证件直流参数的算术平均值；yo—双极型晶体管验证件直流参数的参考值。5.2.1.3场效应晶体管直流参数a)开启测试系统，连接场效应晶体管测量夹具，如图3示；D/C证件b)具备自检功能的测试系统，按要求自检并预热，除有特殊规定外，预热时间不低于0.5h;c)根据被校场效应晶体管验证件的管脚配置和封装形式，选择合适的测量夹具，将被校被校场效应晶体管验证件放入场效应晶体管测量夹具；d)启动测量软件，根据被校场效应晶体管验证件型号及计量特性，选择或新建运行测量程序，测量程序应涵盖被校场效应晶体管的阈值电压VGs(th)、源极通态漏极电流反向截止电流IsR、二极管正向压降Vo等参数；e)导入测量程序，短时间内连续重复测量6次，按公式(5)计算得到算术平均值y,并作为测量结果，记录于附录A表A.4中。y;场效应晶体管验证件直流参数的测量值；按公式(6)计算得到标准样管的相对误差δ₁,并记入附录A表A.4中。δ₁—场效应晶体管验证件直流参数的相对误差；y—场效应晶体管验证件直流参数的算术平均值；yo—场效应晶体管验证件直流参数的参考值。5.2.1.4绝缘栅双极晶体管直流参数a)开启测试系统，连接绝缘栅双极晶体管测量夹具，如图4示；a)开启测试系统，连接绝缘栅双极晶体管测量夹具，如图4示；b)具备自检功能的测试系统，按要求自检并预热，除有特殊规定外，预热时间不低于0.5h;c)根据被校绝缘栅双极晶体管验证件的管脚配置和封装形式，选择合适的测量夹具，将被校被校绝缘栅双极晶体管验证件放入绝缘栅双极晶体管测量夹具；d)启动测量软件，根据被校绝缘栅双极晶体管验证件型号及计量特性，选择或新建运行测量程序，测量程序应涵盖被校绝缘栅双极晶体管的栅极阈电压VGE(th)、集电极-发射极的饱和电压VCEsat、零栅压时的集电极电流ICES、栅极-发射极的漏电流IGES、e)导入测量程序，短时间内连续重复测量6次，按公式(7)计算得到算术平均值JJF(电子)0061—2021y;绝缘栅双极晶体管验证件直流参数的测量值；y一绝缘栅双极晶体管验证件直流参数的算术平均值；5.2.2短期稳定性按图1连接设备。按照被校半导体直流参数验证件产品规范或产品说明书的要求，每间隔24h对器件施加规定条件，测量验证件(二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管)的直流参数，重复测量6次，进行短期稳定性的验证。被校半导体直流参数验证件的短期稳定性按式(9)计算，并记录在附录A表A.6式中：x规定的时间间隔内被校半导体直流参数验证件的最大直流参数值；x——被校半导体直流参数验证件平均直流参数值；n——测量次数。6校准结果表达校准后，出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息：b)实验室名称和地址；d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页附录A外观检查：合格□不合格□:误差测量不确定度反向漏电流I稳定电压Vz件误差测量不确定度集电极-基极击穿电压V(BR)CBO发射极-基极击穿电压VGR)EBO集电极-发射极集电极-基极截集电极-发射极发射极-基极截流传输比h集电极-发射极饱和电压Vcts和电压VBesat件最大允许误差测量不确定度栅—源阈值电压Vs(th)漏—源“通态”漏—源击穿电压VpOpss栅—源击穿电压V(BOGss栅—源短路时的漏极电流栅极正向漏电栅极反向漏电二极管电压Vsp件最大允许误差测量不确定度极的饱和电压电极电流IcES的漏电流IGES极的击穿电压二极管正向电压降Vc测量时间半导体验证件明书规定值测量不确定度外观检查：合格□不合格□:三、半导体直流参数验证件直流参数量值误差测量不确定度反向漏电流I稳定电压Vz件误差测量不确定度集电极-基极击穿电压VBR)CB0发射极-基极击穿电压VGBR)EBO集电极-发射极集电极-基极截集电极-发射极发射极-基极截流传输比he集电极-发射极基极-发射极饱件最大允压VGs(th)态电阻Ibs(on)漏—源“通态”压V(BDpss压V(BR)Gss的漏极电流二极管电压Vsp最大允许误差测量不确定度极的饱和电压电极电流IcES的漏电流IGES极的击穿电压二极管正向电压降Vc四、短期稳定性测量时间半导体验证件明书规定值测量不确定度附录C测量不确定度评定示例用直接测量法对FLM5359-4F进行校准。标准器为半导体直流参数测试系统。C.2测量模型C.2.1栅源极之间的夹断电压VGsorr的测C.2.2栅源极之间的漏电流Ioss的测量模型导体器件直流参数标准装置的测量值为I,则：Io=IC.2.3漏极饱和电流Ioss的测量模型漏极饱和电流Ioss的测量模型同C.2.2。C.2.4跨导g.的测量模型设被校验证件栅源极之间的电压首次超过漏极饱和电流典型值的80%时的电压值为V、漏源极之间电流值为I,栅源极之间的电压值以固定步长继续增加，直到首次超过典型值时停止，记录此时VGs两端电压值为V₂、漏源极之间电流值为I₂,则：C.3标准不确定度评定C.3.1栅源极之间的夹断电压VGsofr测量不确定度C.3.1.1漏极电压源电压输出不准引入的不确定度分量UB₁按B类评定。漏极电压源的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：JJF(电子)0061—2021按B类评定。漏流测量单元的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：按B类评定。数字多用表的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：C.3.1.4测量重复性等随机因素引入的不确定度分量按A类评定。对被定值器件允许的表18重复性测试数据(单位：mV)次数123456JJF(电子)0061—2021789x0.1%00.1%C.3.1.5测量不确定度分量一览表不确定度分量一览表见下表。表19各不确定度分量一览表不确定度分量来源分布k标准不确定度分量出不准引入均匀不准引入均匀数字多用表测量不准引入均匀因素引入//0.1%C.3.1.6合成标准不确定度以上各不确定度分量独立不相关，则合成标准不确定度可计算得到：根据计算结果得到：0.53%。C.3.1.7扩展不确定度JJF(电子)0061—2021C.3.2栅源极之间的漏电流Icss测量不确定度C.3.2.1漏极电压源电压输出不准引入的不确定度分量UB₁按B类评定。漏极电压源的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：C.3.2.2漏流测量单元测量不准引入的不确定度分量UB2按B类评定。漏流测量单元的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：C.3.2.3栅极双极性电压源测量不准引入的不确定度分量UB3按B类评定。数字多用表的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：由测量重复性等随机因素引入的不确定度分量按A类评定。对被定值器件允许的表20重复性测试数据(单位：μA)次数123456789xC.3.2.5测量不确定度分量一览表表21各不确定度分量一览表不确定度分量来源法分布k标准不确定度分量漏极电压源电压输出不准引入均匀漏流测量单元测量不准引入均匀不准引入均匀测量重复性等随机因素//JJF(电子)0061—2021引入C.3.2.6合成标准不确定度以上各不确定度分量独立不相关，则合成标准不确定度可计算得到：根据计算结果得到：0.65%。C.3.2.7扩展不确定度C.3.3漏极饱和电流Ioss测量不确定度C.3.3.1漏极电压源电压输出不准引入的不确定度分量UB₁按B类评定。漏极电压源的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：C.3.3.2漏流测量单元测量不准引入的不确定度分量UB2按B类评定。漏流测量单元的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：C.3.3.3栅极双极性电压源测量不准引入的不确定度分量UB3按B类评定。数字多用表的最大允许误差为±0.5%,则其区间半宽度为0.5%,可认为在该区间内服从均匀分布，则包含因子为√3,其引入不确定度分量为：由测量重复性等随机因素引入的不确定度分量按A类评定。对被定值器件允许的表22重复性测试