本發(fā)明涉及半導體檢測的，尤其涉及半導體轉移特性的，具體而言，涉及半導體轉移特性的測量方法和測量系統(tǒng)。

背景技術：

1、半導體轉移特性(transfercharacteristics)也稱為傳輸特性，是描述半導體器件(如場效應晶體管(fet)、雙極型晶體管(bjt)等)輸入信號(如柵極電壓或基極電流)與輸出信號(如漏極電流或集電極電流)之間關系的特性曲線。通過不同輸入信號的變化，觀察器件輸出信號的響應情況。轉移特性曲線顯示了柵極電壓與漏極電流之間的關系。轉移特性可以幫助設計者理解如何調節(jié)輸入信號以實現(xiàn)期望的輸出行為，從而進行合理的電路設計和參數(shù)選擇。通過分析半導體器件的轉移特性，根據(jù)其特征參數(shù)，可以精細的優(yōu)化器件性能，如放大器增益、開關速度等。轉移特性還可以用來診斷和排除器件故障及性能不穩(wěn)定的原因?？傮w來說，半導體轉移特性在電子電路設計與分析中起到了至關重要的作用。

2、漏極電流精度可以達到na級，而na級電流由于其極低的信號強度和易受噪聲干擾的特性，難以進行檢測。目前，通常使用標準儀器如keysight(如keysight34465a、keysightb1500a)和keithley(如keithley2601b、keithley4200scs)來完成na級電流的測量。

3、這些標準儀器的成本很高，很難在批量生產(chǎn)的設備/平臺中廣泛應用。同時，這些標準儀器的測試效率低，通過rs232/usb/tcp和上位機通信。并且，這些標準儀器的體積大，集成度低，不適合在電子產(chǎn)品測試設備中使用。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種成本低、測試效率高、體積小、精度高的半導體轉移特性的測量方法和測量系統(tǒng)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了兩種半導體轉移特性的測量方法，技術方案如下：

3、第一種半導體轉移特性的測量方法，包括以下步驟：

4、步驟100，采用電阻將待測元件接收柵極電壓模擬信號后輸出的漏極電流模擬信號轉換為測試電壓模擬信號；

5、步驟200，對測試電壓模擬信號依次進行第一濾波處理、放大處理和第二濾波處理；對柵極電壓模擬信號進行濾波處理；

6、步驟300，將測試電壓模擬信號轉換為測試電壓數(shù)字信號；將柵極電壓模擬信號轉換柵極電壓數(shù)字信號；

7、步驟400，對測試電壓數(shù)字信號和柵極電壓數(shù)字信號進行處理，得到柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)；

8、其中，使柵極電壓模擬信號從小到大線性變化，得到不同柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)，即得到待測元件的轉移特性數(shù)據(jù)和/或轉移特性曲線；

9、初始采用第一電阻和第一放大倍數(shù)，當測試電壓數(shù)字信號≥預設閾值時，切換第一電阻為第二電阻以及切換第一放大倍數(shù)為第二放大倍數(shù)，第一電阻大于第二電阻，第一放大倍數(shù)大于第二放大倍數(shù)。

10、在上述的第一種半導體轉移特性的測量方法中，使用電阻將漏極電流模擬信號轉換為測試電壓模擬信號，并進行濾波和放大處理，實現(xiàn)對漏極電流模擬信號的采集和處理。將測試電壓模擬信號轉化為測試電壓數(shù)字信號，并對測試電壓數(shù)字信號和柵極電壓數(shù)字信號進行處理，得到柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)，可以提高測量精度和可靠性。本發(fā)明設置了兩個組合，第一組合包括第一電阻和第一放大倍數(shù)，適用于較低的漏極電流模擬信號范圍，第二組合包括第二電阻和第二放大倍數(shù)，適用于較高的漏極電流模擬信號范圍，隨著測試電壓數(shù)字信號的變化，動態(tài)切換第一組合和第二組合以適應不同范圍的漏極電流模擬信號，可以擴大漏極電流模擬信號的測量范圍并提高動態(tài)響應。

11、作為上述的半導體轉移特性的測量方法的進一步改進：第一電阻的電阻值為第二電阻的電阻值的4～20倍，第一放大倍數(shù)為第二放大倍數(shù)的2～12倍。由此，使得第一組合的電阻和放大倍數(shù)都明顯高于第二組合，確保在低漏極電流模擬信號范圍內獲得更高的測量分辨率和精度，同時可以在高漏極電流模擬信號范圍內獲得更快的測試效率。

12、作為上述的半導體轉移特性的測量方法的進一步改進：第一電阻的電阻值為8～12kω；第一放大倍數(shù)為8～12倍；第二電阻的電阻值為0.6～2kω；第二放大倍數(shù)為1～4倍。優(yōu)選地，第一電阻的電阻值為10kω；第一放大倍數(shù)為10倍；第二電阻的電阻值為1kω；第二放大倍數(shù)為1倍。

13、作為上述的半導體轉移特性的測量方法的進一步改進：預設閾值為1.28～2.88v。

14、作為上述的半導體轉移特性的測量方法的進一步改進：當測試電壓數(shù)字信號＝預設閾值時，先在第一電阻和第一放大倍數(shù)下重復至少兩次測試，然后在第二電阻和第二放大倍數(shù)下重復至少兩次測試，得到至少四組當前柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)。由此，綜合這至少四組數(shù)據(jù)可以得到更完整的當前柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)，可以很好地平衡測量分辨率、精度和測量范圍，獲得更全面可靠的轉移特性數(shù)據(jù)。

15、第二種半導體轉移特性的測量方法，包括以下步驟：

16、步驟100，采用電阻將待測元件接收柵極電壓模擬信號后輸出的漏極電流模擬信號轉換為測試電壓模擬信號；

17、步驟200，對測試電壓模擬信號依次進行第一濾波處理、放大處理和第二濾波處理；對柵極電壓模擬信號進行濾波處理；

18、步驟300，將測試電壓模擬信號轉換為測試電壓數(shù)字信號；將柵極電壓模擬信號轉換柵極電壓數(shù)字信號；

19、步驟400，對測試電壓數(shù)字信號和柵極電壓數(shù)字信號進行處理，得到柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)；

20、其中，使柵極電壓模擬信號從小到大線性變化，得到不同柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)，即得到轉移特性數(shù)據(jù)和/或轉移特性曲線；

21、初始采用第一電阻和第一放大倍數(shù)，當測試電壓數(shù)字信號≥第一預設閾值時，切換第一電阻為第二電阻以及切換第一放大倍數(shù)為第二放大倍數(shù)，然后當測試電壓數(shù)字信號≥第二預設閾值時，切換第二電阻為第三電阻以及切換第二放大倍數(shù)為第三放大倍數(shù)，第一電阻＞第二電阻＞第三電阻，第一放大倍數(shù)＞第二放大倍數(shù)＞第三放大倍數(shù)。

22、在第一種測量方法的基礎上，第二種測量方法增加一個更低阻值和更低放大倍數(shù)的第三組合，形成三種測量模式，這樣可以根據(jù)測試電壓數(shù)字信號的不同動態(tài)切換到合適的組合，不僅可以更好地覆蓋整個測量范圍，而且提高高漏極電流模擬信號區(qū)域的測試效果，確保在不同測量范圍內都能獲得較高的分辨率和精度。

23、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了半導體轉移特性的測量系統(tǒng)，技術方案如下：

24、半導體轉移特性的測量系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述第一方面所述的半導體轉移特性的測量方法，測量系統(tǒng)包括：

25、可調電源單元，用于輸出柵極電壓模擬信號；

26、數(shù)據(jù)采集單元，用于將待測元件接收柵極電壓模擬信號后輸出的漏極電流模擬信號轉換為測試電壓模擬信號，并對測試電壓模擬信號依次進行第一濾波處理、放大處理和第二濾波處理；

27、電壓處理單元，用于對柵極電壓模擬信號進行濾波處理；

28、模數(shù)轉換單元，用于將測試電壓模擬信號轉換為測試電壓數(shù)字信號以及將柵極電壓模擬信號轉換柵極電壓數(shù)字信號；

29、中央處理單元，用于對測試電壓數(shù)字信號和柵極電壓數(shù)字信號進行處理后得到柵極電壓模擬信號和漏極電流模擬信號的關系數(shù)據(jù)以及對電阻和放大倍數(shù)的切換進行控制。

30、作為上述的半導體轉移特性的測量系統(tǒng)的進一步改進：可調電源單元包括數(shù)字模擬轉換器和第一放大器，所述數(shù)字模擬轉換器接收中央處理單元的數(shù)字電壓信號轉化為模擬電壓信號，模擬電壓信號經(jīng)第一放大器放大后得到所述柵極電壓模擬信號。由此，整個可調電源單元的實現(xiàn)相對簡單，容易集成和控制，可以很好地實現(xiàn)可調柵極電壓模擬信號的產(chǎn)生，增強了可行性和實用性。

31、作為上述的半導體轉移特性的測量系統(tǒng)的進一步改進：所述數(shù)據(jù)采集單元包括第一電阻、第二電阻、第一低內阻多路復用器、第二低內阻多路復用器、第一濾波器、第二濾波器和第二放大器，第一電阻和第一低內阻多路復用器構成第一串聯(lián)電路，第二電阻和第二低內阻多路復用器構成第二串聯(lián)電路，第一串聯(lián)電路和第二串聯(lián)電路并聯(lián)設置，第一串聯(lián)電路和第二串聯(lián)電路的切換以及第二放大器的放大倍數(shù)由中央處理單元控制。由此，通過兩個并聯(lián)的電阻-多路復用器串聯(lián)電路實現(xiàn)動態(tài)切換，擴大測量范圍的同時具有良好的系統(tǒng)集成能力。

32、作為上述的半導體轉移特性的測量系統(tǒng)的進一步改進：所述中央處理單元包括多功能系統(tǒng)級芯片和顯示器，多功能系統(tǒng)級芯片具有八核cpu、gpu和npu，顯示器用于顯示多功能系統(tǒng)級芯片輸出的轉移特性數(shù)據(jù)和/或轉移特性曲線。

33、下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步的說明。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。