JJF 2009-2022 半导体参数精密分析仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范2半导体参数精密分析仪校准规范rns7发布 7实施国家市场监督管理总局 发布2半导体参数精密分析仪校准规范rns

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)乔玉娥中国电子科技集团公司第十三研究所)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3概述……………………4计量特性………………1直流电流输出………………………2直流电流测量………………………3直流电压输出………………………4直流电压测量………………………5脉冲电流……………6频率…………………7电容测量……………5校准条件………………1环境条件……………2测量标准及其他设备………………6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直流电流输出………………………4直流电流测量………………………5直流电压输出………………………6直流电压测量………………………7脉冲电流……………8频率…………………9电容测量……………7校准结果表达…………8复校时间间隔…………

1)1)1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)2)2)4)4)4)4)6)7)8)9)))))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……………

)Ⅰ引 言0国家计量校准规范编写规则》和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。Ⅱ半导体参数精密分析仪校准规范范围本规范适用于电压测量范围10电流测量范围±0的半导体参数精密分析仪的校准。引用文件本规范无引用文件。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V曲线扫描,从而完成二极管、晶体管、场效应晶体管)和绝缘栅双极型晶体管)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被校仪器原理框图计量特性直流电流输出1输出范围:±0最大允许误差±36。12输出范围:±最大允许误差±55。直流电流测量1测量范围:±最大允许误差±86。2测量范围:±0最大允许误差±55。直流电压输出输出范围:±00最大允许误差:±52。直流电压测量测量范围:±00最大允许误差±51。脉冲电流测量范围:±00最大允许误差:±52单脉冲,脉冲宽度0。频率 : ;输出范围

最大允许误差:1;工作电平00工作波形:正弦波。电容测量测量范围;最大允许误差:±11工作电平00;工作频率注:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。校准条件1环境温度1环境温度:52相对湿度 0。3供电电源))。4周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。测量标准及其他设备直流电压源范围:±10最大允许误差:1。直流电压表测量范围:±10最大允许误差:1;22输入阻抗:0。直流电流表测量范围:±0最大允许误差:±11。4指零仪 : ( ;直流电流测量范围

±A最大允许误差:±53。A电流量程固有输入电流;电流短期稳定性:零电流极差在A3n稳定性测量。高压分压器分压比;最大允许误差:1;直流额定电压:。数字化仪 : ( ;脉冲电压测量范围

±10V最大允许误差:7;带宽:1。标准电阻阻值11100;最大允许误差:1。高压电阻阻值1,工作电压:,最大允许误差:1;阻值0,工作电压:,最大允许误差:1;阻值0,工作电压:,最大允许误差:1。高值电阻箱阻值0,测量不确定度5 ;阻值0,测量不确定度5 阻值1,测量不确定度1 ;阻值0,测量不确定度5阻值0,测量不确定度1阻值1,测量不确定度2。脉冲分流器阻值5111;最大允许误差:5;功率:0W;带宽:。频率计测量范围最大允许误差:1。32标准电容电容值,工作频率15,测量不确定度53电容值0,工作频率05,测量不确定度2 1;

0,

05,

2 1 电容值;电容值

p1,

工作频率工作频率05

测量不确定度测量不确定度2 3;电容值

0,

工作频率

10,

测量不确定度

2 3;电容值

,

工作频率

,

测量不确定度

2 。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电容测量外观和工作正常性检查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。应附有被校仪器正常工作的必要的附件。通电预热后,被校仪器应能正常工作。将检查结果记入表1中。直流电流输出1±)按图2连接仪器。4图2直流电流输出±)校准连接框图选择被校量程。设置输出电流1一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1,设置直流电压源合适的电压。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。读取直流电压源的输出值1,按公式)计算直流电流输出的标准值1,按公式)计算相对误差1,并将校准结果填入表2中。I 1

)111 110 )式中:

= 11直流电流输出的相对误差;1直流电压源的输出值;高值电阻箱电阻标准值;1被校仪器直流电流标准值;1被校仪器直流电流设置值。重复步骤)完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。2±0)按图3连接仪器。图3直流电流输出±0)校准连接框图选择被校量程。设置电流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2,按公式)计算2,并将校准结果填入表3中。2 220 )= 25式中:2直流电流输出的相对误差;2被校仪器直流电流设置值;2直流电流表测量的标准值。重复步骤完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。直流电流测量1±)按图4连接仪器。图4直流电流测量±)校准连接框图选择被校量程。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2,设置直流电压源合适的电压。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3,按公式)计算直流电流测量的标准值,按公式)计算相对误差3,并将校准结果填入表4中。I 2

)323 330 )式中:

= 33直流电流测量的相对误差;2直流电压源的输出值;高值电阻箱电阻标准值;3被校仪器直流电流测量标准值;3被校仪器直流电流测量值。重复步骤)完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。2±0)按图5连接仪器。6图5直流电流测量±0)校准连接框图选择被校量程。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。开启测试,读取直流电压表的测量值3,读取被校仪器的电流测量值4,按公式)计算标准电流值,按公式)计算相对误差4,并将校准结果填入表5中。I 3

)434 440 )式中:

= 44直流电流测量的相对误差3直流电压表测量值;标准电阻电阻标准值;4被校仪器直流电流测量标准值;4被校仪器直流电流测量值。重复步骤)完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。直流电压输出1±10)按图6连接仪器。图6直流电压输出±10)校准连接框图选择被校量程。设置输出电压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4,按公式)计算相对误差5,并将校准结果填入表6中。5 140 )= 47式中:5直流电压输出的相对误差;1被校仪器直流电压设置值;4直流电压表测得的标准值。重复步骤完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。2±0)按图7连接仪器图7直流电压输出±0)校准连接框图选择被校量程。设置输出电压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5,按公式)计算相对误差6,并将校准结果填入表7中。6 25k0 )式中:

= 5k6直流电压输出的相对误差k直流高压分压器分压比;5直流电压表测量值;2被校仪器直流电压设置值。重复步骤完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。直流电压测量1±10)图8直流电压测量±图8直流电压测量±10)校准连接框图选择被校量程。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8的标准电阻,设置被校仪器合适的电流值。开启测试,读取直流电压表的测量值6,读取被校仪器直流电压测量值3,按公式)计算相对误差7,并将校准结果填入表8中。7 360 )式中:

= 67直流电压测量的相对误差;3被校仪器的直流电压测量值;6直流电压表测得的标准值。重复步骤)完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。2±0)按图9连接仪器。图9直流电压测量±0)校准连接框图选择被校量程。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。开启测试,读取被校仪器的电压测量值4,按公式)计算相对误差8,并将校准结果填入表9中。8 4540 )式中:

= 548直流电压测量的相对误差;高压电阻标准值;5设置被校仪器电流的标准值;4被校仪器直流电压测量值。重复步骤)完成其他校准点的校准。)改变量程,重复步骤)完成校准。脉冲电流按图0连接仪器。9图0脉冲电流校准连接框图选择被校量程,选择合适的脉冲宽度。设置输出脉冲电流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3的平均值作为电压测量值7,读取被校仪器脉冲电流测量值6,按公式)计算被校脉冲电流的标准值5,按公式)计算相对误差9,按公式)计算相对误差0,并将校准结果填入表0中。5

75

)=9 550 )== 50

650 )式中:

= 59脉冲电流输出的相对误差;0脉冲电流测量的相对误差;5被校脉冲电流标准值;7数字化仪电压测量值;脉冲分流器电阻标准值;5被校仪器脉冲电流设置值;6被校仪器脉冲电流测量值。重复步骤完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)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,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0。频率按图1连接仪器。图1频率校准连接框图选择合适的电平,设置频率值一般每个量程至少按低、中、高选取三个校准点。0开启测试,读取频率计的测量值0,按公式)计算相对误差1,并将校准结果填入表1中。1 100 )式中:1频率的相对误差

= 1被校仪器频率设置值,;0频率计测量值,。其他校准点的校准,重复的操作。电容测量按图2连接仪器。选择被校量程

图2电容测量校准连接框图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1,按公式)计算电容测量的相对误差2,并将校准结果填入表2中。2 100 )= 式中:2电容测量的相对误差;1被校仪器电容测量值;0标准电容的标准值。重复步骤完成其他校准点的校准。改变量程,重复步骤)完成校准。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: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;被校对象的描述和明确标识;进行校准的日期,如果与校准结果的有效性或应用有关时应说明被校对象的1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;校准证书或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。复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。2附录A原始记录格式表1外观和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直流电流输出±)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)标准电压值高值电阻值表3直流电流输出±0)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)3表4直流电流测量±)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)标准电压值高值电阻值表5直流电流测量±0)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)标准电压值标准电阻值表6直流电压输出±10)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)4表7直流电压输出±0)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)标准电压值分压比表8直流电压测量±10)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)表9直流电压测量±0)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)标准电压值标准电阻值5表0脉冲电流模块量程设定值标准值测量值设定误差测量误差测量不确定度U)标准电压值电阻值表1频率模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)表2电容测量模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)6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直流电流输出±)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)表3直流电流输出±0)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)7表4直流电流测量±)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)表5直流电流测量±0)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)表6直流电压输出±10)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)8表7直流电压输出±0)模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)表8直流电压测量±10)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)表9直流电压测量±0)模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)9表0脉冲电流模块量程设定值标准值测量值设定误差测量误差测量不确定度U)表1频率模块量程设定值标准值误差测量不确定度U)表2电容测量模块量程测量值标准值误差测量不确定度U)0附录C主要项目校准不确定度评定示例直流电流输出±)校准结果不确定度评定测量模型根据直流电流输出±0)校准的工作原理可知,设被校直流电流输出±)在测量环境条件下的输出电流值为x,多功能校准源的输出电压为U,高值电阻为R,根据测量方法,则有:RxUgΔ )R式中:x被测电流的标准值;U直流标准电压源的输出电压;R标准电阻的标准值;g指零仪的零位电流;Δ测量重复性引入的误差。合成标准不确定度计算公式由于以上各分量互不相关,因此可得合成标准不确定度计算公式:URΔ) )标准不确定度评定直流电压源引入的不确定度分量U)按B类进行评定。直流电压源在±10最大允许误差为1,则区间半宽度α为1,按照均匀分布=,则U)α16。k 3高值电阻引入的不确定度R)按B类进行评定。高值电阻校准证书给出1Ω校准结果的相对扩展不确定度为2 其引入的不确定度分量为R)1。指零仪引入的不确定度)由指零仪固有的输入电流引入的不确定度分量)按B类进行评定。指零仪在A电流量程会存在一个固有的输入电流,按照均匀分布按其说明书指零仪固有的输入电流引入的的不确定度分量1)3。指零仪零电流短期稳定性引入的不确定度分量)对指零仪进行短期3分钟的稳定性测量,其零电流极差在,相对于A而言,其引入的不确定度分量)-3。1由测量重复性引入的相对不确定度uΔ)由测量重复性引入的不确定度分量按A类评定。选取A半导体分析仪的小电流源作为被测对象,对1A电流点进行独立重复测量0次,重复性测试数据见表。表1A电流重复性测试数据测量次数A14233445586577839306平均值Δ8实验标准偏差n∑iΔ2s= 1n ) Δ-4合成标准不确定度不确定度分量一览表见表。表2各标准不确定度分量一览表不确定度分量来源评定方法分布k标准不确定度U)直流电压源B类均匀35R)高值电阻B类均匀311)指零仪固有输入电流B类均匀332)指零仪零电流短期稳定性B类均匀33uΔ)测量重复性A类——-42以上各不确定度分量互)不相关,根据公式)计算合成标准不确定度为:c=URΔ≈5 )扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度为:Uck≈7 )直流电流测量±)校准结果不确定度评定测量模型根据直流电流测量±)校准的工作原理可知,设被校直流电流测量±)在测量环境条件下的直流电流测量值为x,多功能校准源A的输出电压为U,高值电阻为R,根据测量方法,则有:RxUΔ )R式中:x被测直流电流测量的标准值;U直流标准电压源的输出电压;R标准电阻的标准值;Δ测量重复性引入的误差。合成标准不确定度计算公式由于以上各分量互不相关,因此可得合成标准不确定度计算公式:xURΔ) )标准不确定度评定直流电压源引入的不确定度分量U)按B类进行评定。直流电压源在±10最大允许误差为1,则区间半宽度α为1,按照均匀分布=,则U)α16。k 3高值电阻引入的不确定度R)按B类进行评定。高值电阻校准证书给出1Ω校准结果的相对扩展不确定度为2 其引入的不确定度分量为R)1。由测量重复性引入的相对不确定度Δ)由测量重复性引入的不确定度分量按A类评定。选取半导体分析仪的小电流表作为被测对象,对A电流点进行独立重复测量0次,重复性测试数据见表。3表3A电流重复性测试数据测量次数A12253845566870839406平均值Δ7实验标准偏差n∑iΔ2s= 1n ) Δ-4合成标准不确定度 。不确定度分量一览表见表4表4各标准不确定度分量一览表不确定度分量来源评定方法分布k标准不确定度U)直流电压源B类均匀35R)高值电阻B类均匀31Δ)测量重复性A类——4以上各不确定度分量互)不相关,根据公式)计算合成标准不确定度为:c=2U2R2Δ≈1 )扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度为:( Uck≈2 )直流电压输出±0)校准结果不确定度评定测量模型 ( ) ,根据直流电压输出±0

校准的工作原理可知

设被校直流电压输出±0)在测量环境条件下的直流电压输出值为x,直流电压表的测量值为U,高压分压器分压比为k,根据测量方法,则有:xUkΔ )4式中:x被测直流电压输出的标准值U直流电压表的测量值;k高压分压器分压比;Δ测量重复性引入的误差。合成标准不确定度计算公式由于以上各分量互不相关,因此可得合成标准不确定度计算公式:UΔ) )标准不确定度评定 ()直流电压表引入的不确定度分量uU按B类进行评定。直流电压源在±10最大允许误差为1,则区间半宽度α为1,按照均匀分布=,则U)α16。k 3高压分压器引入的不确定度)按B类进行评定。分压比,最大允许误差为1,则区间半宽度α为1,按照均匀分布=,则R)α16。k 3由测量重复性引入的相对不确定度Δ)由测量重复性引入的不确定度分量按A类评定。选取半导体分析仪的模块的高压源作为被测对象,对0V电压点进行独立重复测量0次,重复性测试数据见表。表50V电压重复性测试数据测量次数测量值/V18213940506871889100平均值Δ8实验标准偏差n∑iΔ2s= 1n ) Δ-15合成标准不确定度 。不确定度分量一览表见表6表6各标准不确定度分量一览表不确定度分量来源评定方法分布k标准不确定度U)直流电压源B类均匀35)高值电阻B类均匀36Δ)测量重复性A类——1以上各不确定度分量互)不相关,根据公式)计算合成标准不确定度为:c=URΔ≈1 )扩展不确定度取则扩展不确定度为: ( )( Uck≈2

2直流电压测量±0)校准结果不确定度评定测量模型 ( ) ,根据直流电压测量±

0V

校准的工作原理可知

设被校直流电压测量±0)在测量环境条件下的直流电压测量值为x,直流电流源的输出电流为I,高压电阻阻值为R,根据测量方法,则有:式中:

xRΔ )x被测直流电压测量的标准值;I直流电流源的输出电流;R高压电阻的标准值;Δ测量重复性引入的误差。合成标准不确定度计算公式由于以上各分量互不相关,因此可得合成标准不确定度计算公式:RΔ) )标准不确定度评定 ()直流电流源引入的不确定度分量uI按B类进行评定。经过半年试验得知A直流电流源输出±11)在半小时内稳定度为。当电流源输出为2A时,区间半宽度α为4,按照均匀分布=,则)α44。k 3高压电阻引入的不确定度R)按B类进行评定。高值电阻阻值1,最大允许误差为1,则区间半宽度α为1,按照均匀分布=,则R)α16。k 3由测量重复性引入的相对不确定度Δ)6由测量重复性引入的不确定度分量按A类评定。选取半导体分析仪的电压源作为被测对象,对0V电压点进行独立重复测量0次,重复性测试数据见表。表70V电压重复性测试数据测量次数测量值/V10213049586279809103平均值Δ3实验标准偏差n∑iΔ2s= 1n ) Δ-5合成标准不确定度 。不确定度分量一览表见表8表8各标准不确定度分量一览表不确定度分量来源评定方法分布k标准不确定度)直流电压源B类均匀34R)高值电阻B类均匀36Δ)测量重复性A类——5以上各不确定度分量互)不相关,根据公式)计算合成标准不确定度为:c=22R2Δ≈6 )扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度为:Uck≈2 )脉冲电流校准结果不确定度评定示例测量模型根据被校仪器使用说明书的要求,

将脉冲电流设定为指定校准点,