JJF 1895-2021 半导体器件直流和低频参数测试设备校准规范 高清晰版

中华人民共和国国家计量技术规范1半导体器件直流和低频参数测试设备校准规范ws3发布 3实施国家市场监督管理总局 发布1半导体器件直流和低频参数测试设备校准规范rwss

1代替1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北京市科通电子继电器总厂有限公司中国电子科技集团公司第十三研究所北京励芯泰思特测试技术有限公司本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释本规范主要起草人: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)张珊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)李奇北京市科通电子继电器总厂有限公司)乔玉娥中国电子科技集团公司第十三研究所)李力军北京励芯泰思特测试技术有限公司)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2概述……………………3计量特性………………1直流电阻……………2电压输出……………3电压指示……………4电流输出……………5电流指示……………6低频信号源…………

1)1)1)1)1)1)1)1)1)7低频h参数 ………………………

1)4校准条件………………1环境条件……………2校准用设备…………5校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2外观和工作正常性检查……………3直流电阻……………4电压输出……………5电压指示……………6电流输出……………7电流指示……………8低频信号源…………

2)2)2)3)3)3)3)4)6)7)9))9低频h参数 ………………………

)6校准结果表达…………7复校时间间隔…………

))附录A 原始记录格式…………………

)附录B 校准证书内页格式……………

)附录C 主要项目校准不确定度评定示例……………

)附录D 被校设备的结构图、面板及测试夹具端子说明示例………

)Ⅰ引 言《 本规范依据0国家计量校准规范编写规则》和F2测量不确定度评定与表示》编写。本规范是在1晶体管直流和低频参数测试仪》基础上进行修订。与1相比,除编辑性修改以外,主要技术变化如下:修订了电流输出、电流指示等校准项目;增加了主要项目校准结果不确定度评定的示例见附录。本规范历次版本发布情况:。Ⅱ半导体器件直流和低频参数测试设备校准规范范围本规范适用于半导体器件直流和低频参数测试设备的校准。概述半导体器件直流和低频参数测试设备以下简称被校设备由偏置电压源、偏置电流源、电压测量单元、电流测量单元、低频信号源等组成,主要用于各类半导体器件直流参数、低频参数的测试。计量特性直流电阻范围50,最大允许误差:±11。电压输出直流电压:±1最大允许误差:±13交流电压:±1V50,最大允许误差:±1 5,频率0。电压指示直流电压:±1最大允许误差:±13交流电压:±1V50,最大允许误差:±1 5,频率0。电流输出直流电流:±0最大允许误差:±11脉冲电流:±10,最大允许误差:±5 3,单脉冲脉冲宽度0。电流指示直流电流:±0最大允许误差:±11脉冲电流:±10,最大允许误差:±5 3,单脉冲脉冲宽度0。低频信号源信号源输出幅度51,最大允许误差:±13频率,最大允许误差:1。低频h参数b0,最大允许误差:5;b,最大允许误差:5;1: , b,最大允许误差:8;b,最大允许误差:8;,最大允许误差:±58Z00,最大允许误差:5。: , 注 以上技术指标不作合格性判别 仅提供参考校准条件环境条件 :( ) 。1环境温度:5℃2相对湿度 0。3电源要求)。4周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。校准用设备数字多用表直流电压测量范围:±10最大允许误差:3;交流电压测量范围10,最大允许误差:3,频率范围:0;直流电流测量范围:±0最大允许误差:±33电阻测量范围50,最大允许误差:±33。数字化仪测量范围:±10最大允许误差:±21带宽:;采样速率:。3静电计 : ( , : 。直流电流测量范围分流器

±A

最大允许误差

3阻值5111,最大允许误差:5;功率:0W;带宽:。高压表直流电压,最大允许误差:±51交流电压,最大允许误差:±51频率0。高电压电阻额定电压0;阻值10010,最大允许误差:±11。直流高压分压器分压比,最大允许误差:3;2直流额定电压:高压臂电阻:1。交流高压分压器分压比,最大允许误差:3;交流额定电压:频率0;高压臂电阻:1。标准电阻箱阻值范围00,最大允许误差:1。微欧姆计范围50,最大允许误差:1。校准项目和校准方法校准项目 。校准项目见表1

表1校准项目编号校准项目1直流电阻2电压输出3电压指示4电流输出5电流指示6低频信号源7低频h参数,外观和工作正常性检查,被校设备应外观完好

应附有设备正常工作的必要的附件。

各开关、

按键等应安装牢固、调节正常,无影响电气性能的机械损伤。通电预热后,仪器应能正常工作。对于具有机内校准功能的仪器,应按说明书要求进行自校准。将检查结果记入表1中。直流电阻仪器连接如图1所示

5Ω可使用数字多用表四线电阻测量功能校准50Ω可使用微欧姆计进行校准。按要求选择校准点,通常按每个量程高、中、低选择不少于三个校准点。3图1直流电阻校准连接图直流电阻范围5,数字多用表设置在四线电阻测量功能且按照四线法连接;直流电阻范围50,也可使用微欧计直流电阻测量功能。读取数字多用表或微欧姆计直流电阻测量值,记入表2中。直流电阻范围0,数字多用表设置在两线电阻测量功能且按照两线法连接。读取数字多用表直流电阻测量值,记入表2中。选择性能校验盒及其他直流电阻校准点,重复。电压输出 ( )直流电压输出

10V校准连接如图2所示。图2直流电压输出±10)校准连接图设置数字多用表于直流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。设置被校设备输出校准点值读取数字多用表电压测量实际值将结果记入表3中。选择其他校准点

,重复。2直流电压输出±0)校准连接如图3所示。图3直流电压输出±0)校准连接图设置数字多用表工作于直流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值,读取数字多用表电压测量值0,记入表3中。按公式)计算直流电压输出实际值,记入表3中。4式中:

V直流k0 )V直流直流电压输出实际值;0数字多用表测量值;直流高压分压器的分压比。5选择其他校准点,重复。3交流电压输出10)校准连接如图4所示。图4交流电压输出10)校准连接图设置数字多用表工作于交流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值,读取数字多用表显示的电压实际值,将结果记入表3中。4选择其他校准点,重复。4交流电压输出±0)校准连接如图5所示。图5交流电压输出±00)校准连接图设置数字多用表工作于交流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值读取数字多用表电压测量值0,记入表3中。按公式)计算交流电压输出实际值,记入表3中。 ()式中:

V交流k0 2V交流交流电压输出实际值;0数字多用表电压测量值;交流高压分压器的分压比。5选择其他校准点,重复。5电压指示 ( )直流电压指示

10V校准连接如图6所示。图6直流电压指示±10)校准连接图设置数字多用表工作于直流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值,读取被校设备直流电压显示值、数字多用表电压测量实际值,将结果记入表4中。4选择其他校准点,重复。2直流电压指示±0)校准连接如图7所示。图7直流电压指示±0)校准连接图设置数字多用表工作于直流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值读取被校设备直流电压显示值、数字多用表电压测量值0,记入表4中。按公式)计算直流电压指示实际值,记入表4中。 ()式中:

V直流k0 3V交流直流电压指示实际值;0数字多用表电压测量值;直流高压分压器的分压比。5选择其他校准点,重复。3交流电压指示10)6校准连接如图8所示。图8交流电压指示10)校准连接图设置数字多用表工作于交流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电流旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值,读取被校设备交流电压显示值、数字多用表电压测量实际值,记入表4中。4选择其他校准点,重复。4交流电压指示00)校准连接如图9所示。图9交流电压指示00)校准连接图设置数字多用表工作于交流电压测量功能按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电流旋钮或通过编程方式设置被校设备校准点值读取被校设备交流电压显示值、数字多用表电压测量值0,记入表4中。按公式)计算交流电压指示实际值,记入表4中。 ()式中:

V交流k0 4V交流交流电压指示实际值;0数字多用表电压测量值;交流高压分压器的分压比。5选择其他校准点,重复。电流输出 ( )直流电流输出

A校准连接如图0所示。7图0直流电流输出A校准连接图设置静电计于直流电流测量,按不同要求选择校准点。设置被校设备输出校准点值读取静电计显示的电流实际值记入表5中。选择其他校准点

,重复。直流电流输出±0)校准连接如图1所示。图1直流电流输出0A校准连接图设置数字多用表于直流电流测量按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。调节电流旋钮或通过编程方式设置被校设备输出校准点值,读取数字多用表电流测量实际值,记入表5中。4选择其他校准点,重复。3脉冲电流输出±10)校准连接如图2所示。图2脉冲电流输出±10)校准连接图设置数字化仪工作于直流电压数据采集模式,采样率大于4,设置采样模式为单次采样,设置触发电平为被测电流通过分流器后电压信号幅度的0,按要求选择校准点,通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。设置被校设备脉冲电流校准点值根据数字化仪显示的数据波形除另有规定外,取中间稳定部分平均值作为电压测量值V,按公式)计算出被校脉冲电流的实际值0,记录设定值及实际值于表5中。RR8

)式中:0脉冲电流的实际值;V数字化仪电压测量值R脉冲分流器电阻值。4选择其他校准点,重复。电流指示 ( )直流电流指示

A校准连接如图3所示。图3直流电流指示±)校准连接图设置静电计工作于直流电流测量模式按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。通过欧姆定律计算,根据被校准设备技术指标范围选择合适的高电压电阻及被校设备直流电压输出值。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备直流电压输出值,读取静电计显示的电流实际值、被校设备直流电流显示值,记入表6中。5选择其他校准点,重复。直流电流指示±)根据被校设备带载能力选择标准电阻箱图4所示。

高电压电阻或分流器,

校准连接如图4直流电流指示±)校准连接图设置数字多用表工作于直流电流测量模式按要求选择校准点通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。设置被校设备直流电压输出值,读取数字多用表显示的电流实际值、被校设备直流电流显示值,记入表6中。4选择其他校准点,重复。93脉冲电流指示±00)校准连接如图5所示。图5脉冲电流指示±00)校准连接图设定数字化仪工作于数据采集模式,采样率大于,设置采样模式为单次采样,设置触发电平为被测电流通过分流器后电压信号幅度的0,按要求选择校准点,通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点。通过欧姆定律计算,根据要求确定被校设备脉冲电压输出值。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备脉冲电压输出值,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3的平均值作为电压测量值V,按公式)计算出被校脉冲电流输出实际值0,读取被校设备脉冲电流显示值,记入表中。R式中:R

)0被校脉冲电流输出实际值;V数字化仪电压测量平均值;R脉冲分流器电阻值。5选择其他校准点,重复。低频信号源校准连接如图6所示。图6低频信号源校准连接图设置数字多用表工作于交流电压测量,按要求确定低频信号源校准点。调节电压旋钮或通过编程方式设置被校设备输出电压校准点值,读取数字多用表显示的电压实际值,将结果记入表7中。设置数字多用表工作于频率测量功能读取数字多用表测量的频率实际值将结果记入表7中。选择其他校准点0

,重复。低频h参数b校准 、 , 。按照被校设备规定

b输入端子进行连接

如图7所示图7低频h参数校准连接图按要求选择校准点,通常按每个量程高、中、低选不少于三个校准点当显示为指针表时,选择校准点按照5和满刻度选取。根据设备技术说明书要求,设置标准电阻箱电阻值,读取被校设备b的显示值,将结果记入表8中。4选择其他校准点,重复。b校准 、 , 。按照被校设备规定

b输入端子进行连接

如图7所示按表、表0规定的实际值确定校准点。设置标准电阻箱电阻值为校准点,读取被校设备b的显示值,将结果记入表、表0中。4选择其他校准点,重复。b校准 、 , 。按照被校设备规定

b输入端子进行连接

如图7所示按表1规定的实际值确定校准点。设置标准电阻箱电阻值为校准点,读取被校设备b的显示值,将结果记入表1中。选择其他校准点b校准

,重复。,

“”“,按照被校设备规b输入端子进行连接 一般输入端子为 B ~ 如图7所示。按表2规定的实际值确定校准点。设置标准电阻箱电阻值为校准点,读取被校设备b的显示值,将结果记入表2中。选择其他校准点校准

,重复。,

“”“,按照被校设备规定输入端子进行连接 一般输入端子为 C ~ 如图7所示。按表3规定的实际值确定校准点。设置标准电阻箱电阻值为校准点,读取被校设备e的显示值,将结果记入1中。选择其他校准点校准

,重复。,按照被校设备规定输入端子进行连接

一般输入端子为二极管测试插孔+-,如图7所示。按表4规定的实际值确定校准点。调节标准电阻箱电阻值,使被校设备Z的显示值为表4规定显示值,将标准电阻箱实际值记入表4中。4选择其他校准点,重复。校准结果表达被校设备校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:标题:校准证书;实验室名称和地址;进行校准的地点如果与实验室的地址不同证书的唯一性标识如编号每页及总页数的标识;客户的名称和地址;被校对象地描述和明确标识;进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时应说明被校对象的接收日期;如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;校准环境的描述;校准结果及其测量不确定度的说明;对校准规范偏离的说明;校准证书及校准报告签发人的签名、职务或等效标识;校准结果仅对被校对象有效的声明;未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。复校时间间隔送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔复校时间间隔建议为2个月。2附录A原始记录格式表1外观及工作正常性检查项目检查结果外观检查正常□不正常□: 工作正常性检查正常□不正常□: 表2直流电阻标称值测量值测量不确定度U)表3电压输出量程设定值测量值分压比实际值测量不确定度U)表4电压指示量程显示值测量值分压比实际值测量不确定度U)表5电流输出直流电流量程设定值实际值测量不确定度U)3脉冲电流量程设定值分流器值电压测量值实际值测量不确定度U)注:如校准脉冲电流,实际值应记录下中间部分原始数据值,然后给出平均值作为实际值。表6电流指示量程显示值实际值测量不确定度U)脉冲电流量程设定值分流器值电压测量值实际值测量不确定度U)注:如校准脉冲电流,实际值应记录下中间部分原始数据值,然后给出平均值作为实际值。表7低频信号源量程电压设定值电压实际值测量不确定度U)频率实际值测量不确定度U)表8b量程标称值显示值测量不确定度U)4表9e量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)SS5ΩS2ΩS1ΩSS1ΩS5ΩS3ΩSS5ΩS2ΩS1Ω表0b量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)SSΩSΩSΩSSΩSΩSΩ表1b量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)12Ω5Ω1Ω31Ω2Ω3Ω51表1续)量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)02Ω5Ω0Ω00Ω0Ω0Ω表2b量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)125Ω52Ω11Ω31Ω2Ω33Ω表3e量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)02Ω5Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω61表3续)量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω表4Z量程显示值实际值测量不确定度U)02Ω5Ω0Ω04Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω7附录B校准证书内页格式表1外观及工作正常性检查项目检查结果外观检查正常□不正常□: 工作正常性检查正常□不正常□: 表2直流电阻标称值测量值测量不确定度U)表3电压输出量程设定值测量值分压比实际值测量不确定度U)表4电压指示量程显示值测量值分压比实际值测量不确定度U)表5电流输出量程设定值实际值测量不确定度U)注:如校准脉冲电流,实际值应记录下中间部分原始数据值,然后给出平均值作为实际值。8表6电流指示量程显示值实际值测量不确定度U)注:如校准脉冲电流,实际值应记录下中间部分原始数据值,然后给出平均值作为实际值。表7低频信号源量程电压设定值电压实际值测量不确定度U)频率实际值测量不确定度U)表8b量程标称值显示值测量不确定度U)表9e量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)SS5ΩS2ΩS1ΩSS1ΩS5ΩS3ΩSS5ΩS2ΩS1Ω9表0b量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)SSΩSΩSΩSSΩSΩSΩ表1b量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)12Ω5Ω1Ω31Ω2Ω3Ω02Ω5Ω0Ω00Ω0Ω0Ω表2b量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)125Ω52Ω11Ω31Ω2Ω33Ω0表3e量程标称值电阻值显示值测量不确定度U)02Ω5Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω表4Z量程显示值实际值测量不确定度U)02Ω5Ω0Ω04Ω0Ω0Ω1表4续)量程显示值实际值测量不确定度U)00Ω0Ω0Ω00Ω0Ω0Ω2附录C主要项目校准不确定度评定示例脉冲电流输出校准不确定度评定测量模型0V根据被校设备使用说明书的要求,将脉冲电流输出设定为指定校准点,根据欧姆定律,通过数字化仪测量分流器上的脉冲电压稳定部分幅度值实现脉冲电流输出的校准。0V式中:

=R

)0被校脉冲电流输出测量值;0数字化仪脉冲电压测量平均值;R分流器电阻值。测量不确定度评定由电压测量不准引入的标准不确定度分量由数字化仪电压测量不准引入的标准不确定度分量r以脉冲电压3V为例进行分析。数字化仪在0V量程测量3V电压时的允许误差极限为±6×读数+6×量程即为;s采样速率设为,由采样速率引入的附加噪声误差为×量程s为s采样速率对应,所以在V量程,附加噪声误差为;在采样速率下,由于o功能”引入的误差为6×量程,即为;在s采样速率下,由Cn功能”引入的误差为×6×读数,即为。综合以上误差来源3V电压测量的允许误差限为,则允许误差的区间半宽度为12,认为在该区间内服从均匀分布,包含因子1=,根据公式则1为:

V )=相对标准不确定度为8。数字化仪电压测量分辨力引入的标准不确定度分量r以3V电压为例进行分析。数字化仪在采样速率设为s时,相当于4位半数字表,在0V量程其分辨力为1,则其区间半宽度为2,认为在该区3间内服从均匀分布,包含因子2=,根据公式则2为:

V )=相对标准不确定度为1。数字化仪输入阻抗所引入的标准不确定度分量r在0V量程,数字化仪输入阻抗为0,远大于分流器,所以不会产生分流作用,则由输入阻抗引入的标准不确定度分量可忽略不计。数字化仪带宽引入的标准不确定度分量r数字化仪在0V量程,其带宽为,上升时间为,根据标准规定和对不同厂家、型号脉冲电流源的技术查询,被校脉冲信号的上升时间在s以上,因此,由数字化仪的上升时间远小于被测信号的上升时间可忽略不计。由测试线、连接及其他因素引入的标准不确定分量r由测试线、连接及其他因素会对测试结果带来影响根据试验数据将其适当扩大,为1。分流器引入的标准不确定度分流器不准引入的标准不确定度分量r所用1Ω分流器阻值的最大允许误差极限为2

则其区间半宽度为=2,认为在该区间内服从均匀分布,包含因子6=,根据公式则为:r 6 2 )=温度变化时分流器阻值变化引入的标准不确定度分量r根据分流器技术指标,当温度在5℃5℃变化时,电阻温度系数变化不超过6即在相对稳定的校准环境温度下,此项影响可忽略不计。电阻功率变化时分流器阻值变化引入的标准不确定度分量r1Ω电阻的功率为0W,当被校脉冲电流源输出1A电流时,其脉冲持续时间为,通常为瞬时单次脉冲信号1Ω分流器的功率远远满足使用要求,不会由于功率影响电阻阻值变化,此项影响可忽略不计。分流器频响所引入的标准不确定度分量r根据电阻以往试验数据和波形,由电阻频率特性引入的标准不确定度分量可忽略不计。分流器响应时间所引入的标准不确定度分量r分流器带宽足够,不可能响应到被测脉冲波形不会引起波形失真和波形不完整,因此其影响量忽略不计。分流器感性成分引起电阻阻值变化引入的标准不确定度分量r分流器中的感性成分和其他成分会对脉冲信号的上升时间和脉冲宽度有影响,但波形和数据没有突变,而且被测脉冲信号的频谱范围较低,最高约为,所以其影响量可忽略不计。由测量重复性等随机因素引入的相对标准不确定度r46i2i=1n-1对3A脉冲电流测试点用规范规定方法进行独立重复测量,测量次数,重复性测试数据见表6i2i=1n-12n=相对标准不确定度为2。

7A )表1脉冲电流输出重复性测试数据 Ax1x2x3x4x5x6x7x8x90xn)374452211707相对合成标准不确定度计算公式去掉可忽略的不确定度分量,标准不确定度分量一览表见表。表2标准不确定度分量一览表不确定度分量来源分布k值标准不确定度r数字化仪脉冲电压测量不准均匀38r数字化仪电压分辨力均匀31r测试线、连接及其他因素——1r分流器阻值不准均匀32r测量重复性等随机因素——2以上各不确定度分量互不相关,根据公式则相对合成标准不确定度为:r=≈6 )相对扩展不确定度取包含因子则相对扩展不确定度为: ( )rkr2直流电阻校准不确定度评定示例测量方法直流电阻校准的测量方法是通过数字多用表电阻测量功能直接测量完成。

7标准不确定度评定以Ω为例进行不确定度评定。由数字多用表测量直流电阻不准引入的标准不确定度分量r数字多用表在测量0Ω电阻时,对应的量程在0,其测量最大允许误差为,也即:±6),即区间半宽度为,在区间内认为是均匀分布,包含因子k=3,校准该电阻时引入的标准不确定度分量为8。数字