JJF 2009-2022 半导体参数精密分析仪校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F2 0 0 92 0 2 2半导体参数精密分析仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS e m i c o n d u c t o rP a r a m e t e r sP r e c i s i o nA n a l y z e r s 2 0 2 2-1 2-0 7发布2 0 2 3-0 6-0 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布半导体参数精密分析仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o r
2、S e m i c o n d u c t o rP a r a m e t e r sP r e c i s i o nA n a l y z e r sJ J F2 0 0 92 0 2 2 归 口 单 位:全国无线电计量技术委员会 主要起草单位:中国电子技术标准化研究院 参加起草单位:中国计量科学研究院中国电子科技集团公司第十三研究所 本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释J J F2 0 0 92 0 2 2本规范主要起草人:徐迎春(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)于利红(中国电子技术标准化研究院)参加起草人:高 英(中国计量科学研究院)乔玉娥(中国电子
3、科技集团公司第十三研究所)J J F2 0 0 92 0 2 2目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量特性(1)4.1 直流电流输出(1)4.2 直流电流测量(1)4.3 直流电压输出(2)4.4 直流电压测量(2)4.5 脉冲电流(2)4.6 频率(2)4.7 电容测量(2)5 校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 测量标准及其他设备(2)6 校准项目和校准方法(4)6.1 校准项目(4)6.2 外观和工作正常性检查(4)6.3 直流电流输出(4)6.4 直流电流测量(6)6.5 直流电压输出(7)6.6 直流电压测量(8)6.7 脉冲电流(9)6.8 频
4、率(1 0)6.9 电容测量(1 1)7 校准结果表达(1 1)8 复校时间间隔(1 2)附录A 原始记录格式(1 3)附录B 校准证书内页格式(1 7)附录C 主要项目校准不确定度评定示例(2 1)J J F2 0 0 92 0 2 2引 言 J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范编制工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F2 0 0 92 0 2 2半导体参数精密分析仪校准规范1 范围本规范适用于电压测量范围(0.1V 30 0 0V)、电流测量范围(1p A 15 0
5、 0A)的半导体参数精密分析仪的校准。2 引用文件本规范无引用文件。3 概述半导体参数精密分析仪(以下简称被校仪器)主要由大功率电源/测量单元、中功率电源/测量单元、大电流电源/测量单元、高压电源/测量单元、中电流电源/测量单元、多频率电容测量单元、超大电流扩展器等部分组成,通过加压测流和加流测压模式实现I V、C V曲线扫描,从而完成二极管、晶体管、场效应晶体管(MO S F E T)和绝缘栅双极型晶体管(I G B T)等半导体器件的击穿电压、泄漏电流、结电容等参数的精密测试。原理框图如图1所示。图1 被校仪器原理框图4 计量特性4.1 直流电流输出4.1.1 输出范围:(1p A1 0A
6、);最大允许误差:(0.3%6%)。1J J F2 0 0 92 0 2 24.1.2 输出范围:(1 0A1 0 A);最大允许误差:(0.0 5%0.5%)。4.2 直流电流测量4.2.1 测量范围:(1p A1 0A);最大允许误差:(0.0 8%6%)。4.2.2 测量范围:(1 0A1 0A);最大允许误差:(0.0 5%0.5%)。4.3 直流电压输出输出范围:(1 0 0mV30 0 0V);最大允许误差:(0.0 5%0.2%)。4.4 直流电压测量测量范围:(1 0 0mV30 0 0V);最大允许误差:(0.0 5%1%)。4.5 脉冲电流测量范围:(1 0A15 0 0A
7、);最大允许误差:(0.5%2%);单脉冲,脉冲宽度:2 5 0s 1 0m s。4.6 频率输出范围:1k H z 5MH z;最大允许误差:0.0 1%;工作电平:1 0mV1 0V;工作波形:正弦波。4.7 电容测量测量范围:1p F1 0 0n F;最大允许误差:(0.1%1%);工作电平:1 0mV1 0V;工作频率:1k H z 5MH z。注:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 环境温度:(2 35)。5.1.2 相对湿度:8 0%。5.1.3 供电电源:(2 2 01 1)V,(5 01)H z。5.1.4 周围无影响仪器正常工作的电
8、磁干扰和机械振动。5.2 测量标准及其他设备5.2.1 直流电压源范围:(0.1V1 0 0V);最大允许误差:0.0 1%。5.2.2 直流电压表测量范围:(0.1V10 0 0V);最大允许误差:0.0 1%;2J J F2 0 0 92 0 2 2输入阻抗:1 0M。5.2.3 直流电流表测量范围:(1 0A1 0A);最大允许误差:(0.0 1%0.1%)。5.2.4 指零仪直流电流测量范围:(0.1p A1 0A);最大允许误差:(1.5%0.3%)。2 0p A电流量程固有输入电流3f A;电流短期稳定性:零电流极差在1 0f A(3m i n稳定性测量)。5.2.5 高压分压器分
9、压比:5 0 01,10 0 01;最大允许误差:0.1%;直流额定电压:5k V。5.2.6 数字化仪脉冲电压测量范围:(0.1V2 0V);最大允许误差:0.7%;带宽:1MH z。5.2.7 标准电阻阻值:0.0 1,0.1,1,1 0,1 0 0,1k,1 0k;最大允许误差:0.1%。5.2.8 高压电阻阻值:1M,工作电压:1k V,最大允许误差:0.1%;阻值:1 0M,工作电压:2k V,最大允许误差:0.1%;阻值:1 0 0M,工作电压:3k V,最大允许误差:0.1%。5.2.9 高值电阻箱阻值:1 0M,测量不确定度:0.0 0 5%(k=2);阻值:1 0 0M,测量
10、不确定度:0.0 0 5%(k=2);阻值:1G,测量不确定度:0.0 1%(k=2);阻值:1 0G,测量不确定度:0.0 5%(k=2);阻值:1 0 0G,测量不确定度:0.1%(k=2);阻值:1T,测量不确定度:0.2%(k=2)。5.2.1 0 脉冲分流器阻值:0.0 0 5,0.0 1,0.1,1;最大允许误差:0.1 5%;功率:1 0W;带宽:1 0k H z。5.2.1 1 频率计测量范围:1k H z 5MH z;最大允许误差:0.0 0 1%。3J J F2 0 0 92 0 2 25.2.1 2 标准电容电容值:1p F,工作频率:1MH z 5MH z,测量不确定度
11、:0.0 5%0.3%(k=2);电容值:1 0p F,工作频率:1 0 0k H z5 MH z,测量不确定度:0.0 2%0.1%(k=2);电容值:1 0 0p F,工作频率:1 0 0k H z 5 MH z,测量不确定度:0.0 2%0.1%(k=2);电容值:1n F,工作频率:1 0 0k H z5 MH z,测量不确定度:0.0 2%0.3%(k=2);电容值:1 0n F,工作频率:1k H z1 0 0k H z,测量不确定度:0.0 2%0.0 3%(k=2);电容值:1 0 0n F,工作频率:1k H z 1 0k H z,测量不确定度:0.0 2%(k=2)。6 校
12、准项目和校准方法6.1 校准项目校准项目见表1。表1 校准项目一览表编号项目名称1外观和工作正常性检查2直流电流输出3直流电流测量4直流电压输出5直流电压测量6脉冲电流7频率8电容测量6.2 外观和工作正常性检查6.2.1 接通电源前要检查被校仪器,不应有影响正常工作及读数的机械损伤。要求各旋钮转动灵活、无松动;波段开关跳步清晰,定位正确;琴键开关起跳自如,能自锁互锁。6.2.2 应附有被校仪器正常工作的必要的附件。6.2.3 通电预热后,被校仪器应能正常工作。6.2.4 将检查结果记入表A.1中。6.3 直流电流输出6.3.1(1p A1 0A)a)按图2连接仪器。4J J F2 0 0 9
13、2 0 2 2图2 直流电流输出(1p A1 0A)校准连接框图b)选择被校量程。c)设置输出电流I1 1(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点)。d)选择合适的高值电阻R0 1,设置直流电压源合适的电压。e)开启测试,调节直流电压源输出电压使得指零仪显示值为零。f)读取直流电压源的输出值V0 1,按公式(1)计算直流电流输出的标准值I0 1,按公式(2)计算相对误差1,并将校准结果填入表A.2中。I0 1=V0 1R0 1(1)1=I1 1-I0 1I0 11 0 0%(2)式中:1 直流电流输出的相对误差;V0 1 直流电压源的输出值,V;R0 1 高值电阻箱电阻标准值,;I0 1
14、被校仪器直流电流标准值,A;I1 1 被校仪器直流电流设置值,A。g)重复步骤c)f),完成其他校准点的校准。h)改变量程,重复步骤c)g),完成校准。6.3.2(1 0A1 0A)a)按图3连接仪器。图3 直流电流输出(1 0A1 0A)校准连接框图b)选择被校量程。c)设置电流I1 2(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),开启测试,读取直流电流表的测量值I0 2,按公式(3)计算2,并将校准结果填入表A.3中。2=I1 2-I0 2I0 21 0 0%(3)5J J F2 0 0 92 0 2 2 式中:2 直流电流输出的相对误差;I1 2 被校仪器直流电流设置值,A;I0 2
15、直流电流表测量的标准值,A。d)重复步骤c),完成其他校准点的校准。e)改变量程,重复步骤c)d),完成校准。6.4 直流电流测量6.4.1(1p A1 0A)a)按图4连接仪器。图4 直流电流测量(1p A1 0A)校准连接框图b)选择被校量程。c)根据选择的量程(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),选择合适的高值电阻R0 2,设置直流电压源合适的电压。d)开启测试,直流电压源输出,读取被校仪器的直流电流测量值I1 3,按公式(4)计算直流 电 流 测 量 的标 准 值,按 公 式(5)计 算 相 对 误 差3,并 将 校 准 结 果 填 入表A.4中。I0 3=V0 2R0 2(
16、4)3=I1 3-I0 3I0 31 0 0%(5)式中:3 直流电流测量的相对误差;V0 2 直流电压源的输出值,V;R0 2 高值电阻箱电阻标准值,;I0 3 被校仪器直流电流测量标准值,A;I1 3 被校仪器直流电流测量值,A。e)重复步骤c)d),完成其他校准点的校准。f)改变量程,重复步骤c)e),完成校准。6.4.2(1 0A1 0A)a)按图5连接仪器。6J J F2 0 0 92 0 2 2图5 直流电流测量(1 0A1 0A)校准连接框图b)选择被校量程。c)根据选择的量程(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),选取合适的标准电阻,设置被校仪器合适的电压值。d)开启测
17、试,读取直流电压表的测量值V0 3,读取被校仪器的电流测量值I1 4,按公式(6)计 算 标 准 电 流 值,按 公 式(7)计 算 相 对 误 差4,并 将 校 准 结 果 填 入表A.5中。I0 4=V0 3R0 3(6)4=I1 4-I0 4I0 41 0 0%(7)式中:4 直流电流测量的相对误差;V0 3 直流电压表测量值,V;R0 3 标准电阻电阻标准值,;I0 4 被校仪器直流电流测量标准值,A;I1 4 被校仪器直流电流测量值,A。e)重复步骤c)d),完成其他校准点的校准。f)改变量程,重复步骤c)e),完成校准。6.5 直流电压输出6.5.1(0.1V10 0 0V)a)按
18、图6连接仪器。图6 直流电压输出(0.1V10 0 0V)校准连接框图b)选择被校量程。c)设置输出电压V1 1(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),开启测试,读取直流电压表的测量值V0 4,按公式(8)计算相对误差5,并将校准结果填入表A.6中。5=V1 1-V0 4V0 41 0 0%(8)7J J F2 0 0 92 0 2 2 式中:5 直流电压输出的相对误差;V1 1 被校仪器直流电压设置值,V;V0 4 直流电压表测得的标准值,V。d)重复步骤c),完成其他校准点的校准。e)改变量程,重复步骤c)d),完成校准。6.5.2(10 0 0V3k V)a)按图7连接仪器图7
19、直流电压输出(10 0 0V3k V)校准连接框图b)选择被校量程。c)设置输出电压V1 2(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),开启测试,读取直流电压表的测量值V0 5,按公式(9)计算相对误差6,并将校准结果填入表A.7中。6=V1 2-V0 5kV0 5k1 0 0%(9)式中:6 直流电压输出的相对误差;k 直流高压分压器分压比;V0 5 直流电压表测量值,V;V1 2 被校仪器直流电压设置值,V。d)重复步骤c),完成其他校准点的校准。e)改变量程,重复步骤c)d),完成校准。6.6 直流电压测量6.6.1(0.1V1 0 0V)a)按图8连接仪器。图8 直流电压测量(0.
20、1V1 0 0V)校准连接框图b)选择被校量程。c)根据选择的量程(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),选取合适8J J F2 0 0 92 0 2 2的标准电阻,设置被校仪器合适的电流值。d)开启测试,读取直流电压表的测量值V0 6,读取被校仪器直流电压测量值V1 3,按公式(1 0)计算相对误差7,并将校准结果填入表A.8中。7=V1 3-V0 6V0 61 0 0%(1 0)式中:7 直流电压测量的相对误差;V1 3 被校仪器的直流电压测量值,V;V0 6 直流电压表测得的标准值,V。e)重复步骤c)d),完成其他校准点的校准。f)改变量程,重复步骤c)e),完成校准。6.6.
21、2(1 0 0V3k V)a)按图9连接仪器。图9 直流电压测量(1 0 0V3k V)校准连接框图b)选择被校量程。c)根据选择的量程(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),选取合适的高压电阻,设置被校仪器合适的电流值。d)开启测试,读取被校仪器的电压测量值V1 4,按公式(1 1)计算相对误差8,并将校准结果填入表A.9中。8=V1 4-I0 5R0 4I0 5R0 41 0 0%(1 1)式中:8 直流电压测量的相对误差;R0 4 高压电阻标准值,;I0 5 设置被校仪器电流的标准值,A;V1 4 被校仪器直流电压测量值,V。e)重复步骤c)d),完成其他校准点的校准。g)改变量
22、程,重复步骤c)e),完成校准。6.7 脉冲电流a)按图1 0连接仪器。9J J F2 0 0 92 0 2 2图1 0 脉冲电流校准连接框图b)选择被校量程,选择合适的脉冲宽度。c)设置输出脉冲电流I1 5(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),开启测试,根据数字化仪显示的数据波形,除另有规定外,取中间稳定部分1/3的平均值作为电压测量值V0 7,读取被校仪器脉冲电流测量值I1 6,按公式(1 2)计算被校脉冲电流的标准值I0 5,按公式(1 3)计算相对误差9,按公式(1 4)计算相对误差1 0,并将校准结果填入表A.1 0中。I0 5=V0 7R0 5(1 2)9=I1 5-I0
23、 5I0 51 0 0%(1 3)1 0=I1 6-I0 5I0 51 0 0%(1 4)式中:9 脉冲电流输出的相对误差;1 0 脉冲电流测量的相对误差;I0 5 被校脉冲电流标准值,A;V0 7 数字化仪电压测量值,V;R0 5 脉冲分流器电阻标准值,;I1 5 被校仪器脉冲电流设置值,A;I1 6 被校仪器脉冲电流测量值,A。d)重复步骤c),完成其他校准点的校准。e)改变量程,重复步骤c)d),完成校准。注:数字化仪工作于直流电压数据采集模式,采样率大于51 04S a/s,采样模式为单次采样,触发电平为被校脉冲电流通过脉冲分流器后电压信号幅度的9 0%。6.8 频率a)按图1 1连接
24、仪器。图1 1 频率校准连接框图b)选择合适的电平,设置频率值f1(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点)。01J J F2 0 0 92 0 2 2c)开启测试,读取频率计的测量值f0,按公式(1 5)计算相对误差1 1,并将校准结果填入表A.1 1中。1 1=f1-f0f01 0 0%(1 5)式中:1 1 频率的相对误差;f1 被校仪器频率设置值,H z;f0 频率计测量值,H z。d)其他校准点的校准,重复b)c)的操作。6.9 电容测量a)按图1 2连接仪器。图1 2 电容测量校准连接框图b)选择被校量程。c)根据选择的量程(一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点),选取合
25、适的标准电容,被校仪器设置合适的频率和电平,开启测试,读取被校仪器的电容测量值C1,按公式(1 6)计算电容测量的相对误差1 2,并将校准结果填入表A.1 2中。1 2=C1-C0C01 0 0%(1 6)式中:1 2 电容测量的相对误差;C1 被校仪器电容测量值,F;C0 标准电容的标准值,F。d)重复步骤c),完成其他校准点的校准。e)改变量程,重复步骤c)d),完成校准。7 校准结果表达半导体参数精密分析仪校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:a)标题,“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页
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