基于8051单片机锁相技术的cv特性测试仪

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摘要基于锁相技术，提出了一种可行的差分电容测试方法。介绍了通过硬件和软件设计，利用数字锁相放大器model
7225，8051单片机单元等实现电容电压特性(c—y)仪器的自动化测试。实验结果表明，该仪器具有较高的测试性能，灵敏度和
& F% h, J0 [8 c  |# ]; h信噪比都达到进口成型仪器的水平，并可进行绝对测量和相对测量。
电容电压(C—y)特性是研究半导体界面特性的
' k6 G% c% J! G一种重要方法，已被广泛应用于MIS、MOS、p-n结、
3 K2 N4 a1 r7 Y2 N6 d: C+ Q7 I9 M3 R  d异质结等器件的界面特性研究，c—y特性不仅可以
提示半导体中的掺杂、补偿、载流子寿命及表面态、
固定电荷、可动电荷等材料和器件参数，还有助于
0 x6 p3 s1 @3 P) a* ~深入研究深能级、共振缺陷态、反型层子能带结构
等问题⋯。
3 m: z1 \% l, C3 K; p由于半导体器件结构的电容通常都在pF量
9 w! J/ z& j/ j" Y1 U+ J' d+ D8 Y" p级，属于微小电容，要求测试系统具有较高的信噪
比，较强的抗干扰能力和较稳定的工作条件，并需
" W, f& f- N0 l( `要保证高的灵敏度和分辨率。此外实现C—y特性测
3 K  n+ N& p) X8 c- ^; u- I- M) s9 [- u量需要电压的连续扫描，传统的震荡法、电桥法、充
放电法和Q表法等不能满足测试要求，需开发专用
/ G$ i: j- l, {, j2 J测试仪口J o
国内目前的C—y测量主要是采用高频测试信号
" N% x$ `( S& Y: B和分立元件电路，灵敏度和分辨率较低，且只能实
, {# C* \. F7 j* |# w现绝对电容测量。本测试仪针对c-v特性的研究需
" M3 ?% ^+ t* [求，利用交流差分桥式电路的原理，基于锁相放大
技术，并以单片机为控制核心，研制了一套高性能
的C—y特性测试仪，锁相技术可保证在较低频率下
, j: U- Z3 v: ^/ N, `
的精确测试，可实现G．y和G—y(电导电压)特性的
- l7 q2 c3 r# Y# i. ]& h% d/ e绝对测量和相对测量。
( U$ T4 d' d( b- i- P* j1测试仪工作原理
如图1所示，本系统测试原理基于交流差分桥
" F, b4 [8 b" R% r式电路，桥臂分别由两个电容与两个电阻构成，在
3 A9 H5 h& B' M: D: KC、D间加入直流和交流激励信号，A、B间输出测量
信号，接人后续信号处理系统。
* _4 Y7 c7 Y# E: z# f0 k) v6 r图1中，C，为一标准数字电容，用于标定相对
零点和实现相对测量；G为被测样品的电容值。尺。
/ l9 ]- Q# w6 B/ Y* |: l0 z=R：，均为多级可调电阻，实现多级阻抗匹配。CD
. g( f  \* {8 M1 m2 _间交流电压U。=uosin2-tRFi，频率，和幅度％由交
' y2 \! {5 \1 {3 A0 n+ R流信号源控制，直流电压U2即加载在电容两端的扫
8 i; [' ~# b0 A+ \* {: H6 X* d描电压，为直流电压信号源控制。AB间电压为输

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8051单片机用处挺大
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