УДК 621.3.049.77:621.3.08
ББК 32.844.1+31.221
А94
А94
Афонский, Александр Алексеевич.
Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике / А. А. Афонский,
В. П. Дьяконов ; под ред. В. П. Дьяконова. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 689 с. — Москва :
ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ;
экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-373-8
Первая в России монография по самым современным электронным электро- и радиоизмерениям
и измерительным приборам, применяемым в научных исследованиях, тестировании и испытании
устройств и систем микроэлектроники и нанотехнологий. Впервые подробно описаны средства измерений,
применяемые в условиях крупносерийного микроэлектронного производства, и приборы ведущих
в их разработке и производстве фирм: Keithley, Tektronix, Agilent Technologies, LeCroy, R&S
и др. Особое внимание уделено анализу и генерации тестовых сигналов, измерению их параметров в
области малых и сверхмалых времен, измерению сверхмалых токов и напряжений, анализу импеданса
и иммитанса цепей, измерениям статических и динамических характеристик полупроводниковых
приборов и интегральных микросхем и др. Является самым крупным обзором современных зарубежных
и отечественных измерительных приборов на рынке России и мира. Для инженеров, научных
работников, аспирантов, преподавателей и студентов вузов и университетов технического и классического
типов.
УДК 621.3.049.77:621.3.08
ББК 32.844.1+31.221
Электронное издание на основе печатного издания: Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике
/ А. А. Афонский, В. П. Дьяконов ; под ред. В. П. Дьяконова. — Москва : ДМК Пресс, 2011. — 688 с. — ISBN
978-5-94074-626-3. — Текст : непосредственный.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то
ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно
существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим
издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.
ISBN 978-5-89818-373-8
© Афонский А. А. Дьяконов В. П., 2011
© Оформление, ДМК Пресс, 2011
Стр.3
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ................................................................................................................................ 13
Благодарности и адреса для переписки ..................................................................................... 15
1
Средства и объекты нанотехнологий ............................................................................16
1.1. Переход от микротехнологии к нанотехнологии ...............................................................16
1.1.1. От механических часов к микропроцессору ............................................................16
1.1.2. Закон Мура и падение 100-нм барьера.....................................................................19
1.2. Электронная и рентгеновская микроскопия ........................................................................19
1.2.1. Отличия электронной микроскопии от оптической ..................................................19
1.2.2. Типы электронных микроскопов .................................................................................21
1.2.3. Сферы применения электронных микроскопов ........................................................ 23
1.2.4. Рентгеноскопия интегральных микросхем ................................................................. 25
1.3. Компоненты интегральных микросхем ................................................................................27
1.3.1. Компоненты микросхем – пассивные и активные .....................................................27
1.3.2. Полевые транзисторы – кирпичики интегральных микросхем ................................27
1.3.3. Интегральные микромощные полевые транзисторы ................................................29
1.3.4. Терагерцовые полевые транзисторы..........................................................................30
1.3.5. Сверхскоростные гетеропереходные Si-Ge биполярные транзисторы ................. 33
1.3.6. Трехзатворные полевые транзисторы ........................................................................ 35
1.3.7. Нужны ли мощные транзисторы? ................................................................................ 38
1.4. Интегральные микросхемы ...................................................................................................38
1.4.1. Типы интегральных микросхем .................................................................................... 38
1.4.2. Процесс изготовления интегральных микросхем .....................................................40
1.4.3. Микропроцессоры – от одноядерных к многоядерным ..........................................46
1.4.4. Парадоксы микроэлектронной технологии ...............................................................49
1.4.5. От алюминия к меди ..................................................................................................... 52
1.4.6. Фотолитография с ультракороткими лучами – прорыв в будущее .......................... 53
1.4.7. Тестирование и отладка микросхем ........................................................................... 55
1.4.8. Начало нанотехнологий в микроэлектронике ........................................................... 57
1.5. Чудеса нанотехнологий ......................................................................................................... 58
1.5.1. Электромеханика на кремниевом кристалле (MEMS) ................................................ 58
1.5.2. Проекционный дисплей и гибкие экраны ..................................................................59
1.5.3. Нанотрубки ...................................................................................................................61
1.5.4. Подключение нанотрубок к МДП-микротранзистору ..............................................63
Стр.4
4
Содержание
1.5.5. Галлиевый «градусник» на углеродной нанотрубке ...................................................63
1.5.6. Твердотельная память вместо жестких дисков ...........................................................64
1.5.7. Нанотехнологии повышают мощность химических элементов ................................65
1.5.8. Нанороботы и наноавтомобили ..................................................................................66
1.5.9. Нанотехнологии в производстве новых материалов ................................................69
1.5.10. Полупроводниковые микролазеры ..........................................................................70
1.6. От фантастики к практике ......................................................................................................72
2
Измерения на постоянном токе ....................................................................................... 73
2.1. Основные компоненты электронных схем .......................................................................... 73
2.1.1. Пассивные и активные компоненты (обзор) .............................................................. 73
2.1.2. Источники напряжения и тока .....................................................................................74
2.1.3. Погрешность измерения постоянного напряжения .................................................. 75
2.1.4. Измерения в произвольных цепях постоянного тока ................................................76
2.1.5. Резистивные компоненты (резисторы) .......................................................................77
2.1.6. Комплекс приборов для измерений в микроэлектронике и в нанотехнологиях .... 78
2.2. Источники электропитания и их имитаторы ........................................................................80
2.2.1. Первичные и вторичные источники электропитания ................................................80
2.2.2. Имитаторы батарей ...................................................................................................... 81
2.2.3. Высоковольтные источники питания ........................................................................... 83
2.2.4. Высоковольтные источники питания/измерители ...................................................... 85
2.2.5. Электронные нагрузки .................................................................................................. 88
2.2.6. Калибраторы измерителей напряжения и тока ..........................................................91
2.3. Измерение параметров резистивных компонентов ...........................................................92
2.3.1. Измерение резистивности и проводимости .............................................................92
2.3.2. Измерители больших и малых сопротивлений ..........................................................95
2.3.3. Методы измерения удельного сопротивления и типа полупроводников ................98
2.3.4. Измеритель удельного сопротивления полупроводников ПИЛЛАР-1У............... 100
2.3.5. Комплекс измерения больших удельных сопротивлений Keithley 65 ....................101
2.3.6. Электрометр и измеритель высокоомных сопротивлений Keithley 6517А...........102
2.3.7. Измерения экстремальных (высоких и низких) сопротивлений.............................104
2.3.8. Определение типа проводимости полупроводников ........................................... 106
2.4. Измерение сверхмалых постоянных токов и напряжений ...............................................107
2.4.1. Физические эффекты, ведущие к генерации сверхмалых токов и напряжений .....107
2.4.2. Методы измерения сверхмалых токов и напряжений ............................................ 109
2.4.3. Мультиметры с расширенными пределами измерения ..........................................112
2.4.4. Микровольтметры и нановольтметры .......................................................................123
2.4.5. Методы повышения точности измерений сверхмалых напряжений, токов
и сопротивлений ...................................................................................................................126
2.4.6. Измерение температуры ...........................................................................................128
2.5. Аксессуары, опции и средства интеграции приборов ....................................................129
2.5.1. Выбор аксессуаров для измерительных приборов ................................................129
2.5.2. Опции для измерительных приборов .......................................................................130
2.5.3. Средства интеграции измерительных приборов ....................................................132
2.6. Анализатор/источник постоянных напряжений Agilent N6705A .....................................134
2.6.1. Назначение и конструкция прибора ........................................................................134
2.6.2. Отображаемая дисплеем информация ....................................................................135
2.6.3. Генератор испытательных сигналов ..........................................................................136
2.6.4. Применение прибора ...............................................................................................137
Стр.5
Содержание
3
Измерения на переменном токе ...................................................................................138
3.1. Основные параметры переменного напряжения и тока ..................................................138
3.1.1. Параметры синусоидального напряжения и тока ....................................................138
3.1.2. Истинное среднеквадратическое значение (True RMS) ..........................................140
3.1.3. Коэффициент нелинейных искажений (гармоник) ...................................................142
3.2. Измерение параметров переменного напряжения и тока ..............................................142
3.2.1. Принципы построения измерителей переменных токов и напряжений ...............142
3.2.2. Принципы построения измерителей с истинным среднеквадратическим
значением ..............................................................................................................................143
3.2.3. Измерение переменных токов и напряжений мультиметрами ...............................146
3.2.4. Измерители коэффициента гармоник ......................................................................148
3.2.5. Измерители частоты, периода и фазы ......................................................................150
3.2.6. Профессиональные цифровые частотомеры фирмы Pendulum ............................152
3.2.7. Измерители мощности ВЧ- и СВЧ-сигналов .............................................................154
3.3. Параметры реактивных компонентов и цепей с ними ......................................................155
3.3.1. Идеальная индуктивность ...........................................................................................155
3.3.2. Идеальная емкость ......................................................................................................156
3.2.3. Иммитанс, адмитанс и импеданс цепей ...................................................................157
3.4. Измерение параметров реактивных компонентов ...........................................................158
3.4.1. Измерение емкости и индуктивности .......................................................................158
3.4.2. Общий обзор цифровых измерителей иммитанса и импеданса .......................... 160
3.4.3. Цифровой измеритель иммитанса E7-20 ..................................................................161
3.4.4. Малогабаритный измеритель иммитанса E7-25 .......................................................165
3.4.5. Работа с измерителем иммитанса E7-20 ..................................................................166
3.4.6. Широкодиапазонные RLC-измерители АКТАКОМ AM-3001, АМ-3018
и АМ-3026 .............................................................................................................................168
3.4.7. Лабораторные LCR-измерители компании Good Will .............................................171
3.4.8. Лабораторные LCR-измерители АКИП серии 61** .................................................173
3.4.9. Высокочастотные LCR-измерители фирмы WK .........................................................174
4
Измерительные генераторы сигналов .......................................................................178
4.1. Аналоговые генераторы синусоидальных сигналов .........................................................178
4.1.1. Основные типы аналоговых генераторов синусоидального напряжения .............178
4.1.2. Обобщенная схема аналогового генератора синусоидального напряжения ......179
4.1.3 RC-генераторы .............................................................................................................181
4.1.4. LC-генераторы синусоидального напряжения .........................................................182
4.1.5. Кварцевые резонаторы и генераторы......................................................................183
4.1.6. Эталонные генераторы синусоидального напряжения ...........................................186
4.1.7. LC-генераторы стандартных сигналов (ГСС) .............................................................187
4.2. Основы цифрового синтеза частоты и формы сигналов ..................................................188
4.2.1. Основные методы цифрового синтеза синусоидальных сигналов ........................188
4.2.2. Цифровой частотный синтез .....................................................................................188
4.2.3. Генераторы произвольных функций (AFG) ...............................................................189
4.2.4. Генераторы сигналов произвольной формы (AWG) ............................................... 190
4.2.5. Шум квантования у генераторов с цифровым синтезом формы сигналов ...........191
4.2.6. Фазовый шум генераторов ........................................................................................193
5
Стр.6
6
Содержание
4.3. ГСС с цифровым синтезом умеренной сложности ...........................................................194
4.3.1. Простые ВЧ- и СВЧ-генераторы с цифровым синтезом .........................................194
4.3.2. ГСС с цифровым синтезом фирмы Agilent Technologies ..........................................196
4.3.3. Генераторы синусоидальных сигналов фирмы ROHDE&SCHWARE ........................199
4.4. Векторные генераторы синусоидальных сигналов ...........................................................202
4.4.1. Векторное представление сигналов и цифровая модуляция ..................................202
4.4.2. Векторные генераторы фирмы Agilent Technologies ...............................................203
4.4.3. Векторные генераторы фирмы R&S .........................................................................204
4.4.4. Векторные генераторы фирмы Keithley ................................................................... 206
4.5. Импульсные сигналы и принципы их генерации ...............................................................208
4.5.1. Формы и параметры импульсов ................................................................................208
4.5.2. Спектр импульсных сигналов .....................................................................................210
4.5.3. Схемотехника импульсных генераторов ..................................................................212
4.5.4. Типичная функциональная схема генератора импульсов ........................................216
4.5.5. Отечественные серийные генераторы импульсов ..................................................217
4.5.6. Зарубежные промышленные генераторы импульсов .............................................222
4.6. Генераторы импульсов сверхмалой длительности ...........................................................223
4.6.1. Принципы генерации импульсов с субнаносекундным временем нарастания ......223
4.6.2. Генераторы импульсов с субнаносекундными фронтами ......................................224
4.6.3. Генераторы пикосекундных импульсов фирмы Picosecond Pulse Lab ...................226
4.7. Аналоговые функциональные генераторы ........................................................................228
4.7.1. Основные типы функциональных генераторов .......................................................228
4.7.2. Функциональные генераторы с интегратором на интегральном
операционном усилителе ....................................................................................................229
4.7.3. Функциональные генераторы, управляемые напряжением или током ..................230
4.7.4. Микросхемы для аналоговых функциональных генераторов .................................231
4.7.5. Отечественные аналоговые функциональные генераторы .....................................232
4.7.6. Функциональные генераторы зарубежных фирм ....................................................234
4.8. Функциональные генераторы с цифровым синтезом выходных сигналов ......................237
4.8.1. Принципы построения функциональных генераторов
с цифровым синтезом выходных сигналов .........................................................................237
4.8.2. Цифровые функциональные генераторы зарубежных фирм .................................. 238
4.9. Генераторы серии AFG3000 компании Tektronix .............................................................243
4.9.1. Внешний вид и работа с генераторами серии AFG3000 .......................................243
4.9.2. Технические характеристики генераторов AFG3000 ............................................245
4.9.3. Работа с генератором AFG3000 ..............................................................................246
4.9.4. Основные возможности генераторов AFG3000 ...................................................248
4.9.5. Применение AFG3000 в роли ГКЧ и Q-метра .........................................................252
4.9.6. Применение AFG3000 в роли импульсного генератора .......................................254
4.10. Программное обеспечение генераторов AFG3000 ..................................................... 258
4.10.1. Назначение программы ArbExpress и ее интерфейс ........................................... 258
4.10.2. Создание сигналов стандартных форм ..................................................................259
4.10.3. Настройка на типы приборов и работа с файлами .............................................. 260
4.10.4. Программирование формы сигналов ....................................................................262
4.10.5. Применение графического редактора формы сигналов .....................................266
4.10.6. Математические операции с сигналами ................................................................267
4.10.7. Построение сигнала по осциллограмме ...............................................................268
4.10.8. Управление генераторами от системы MATLAB ....................................................270
4.11. Программа NI Signal Express Tektronix Edition.................................................................272
4.11.1. Назначение программы ...........................................................................................272
4.11.2. Выбор и запуск программы .....................................................................................272
Стр.7
Содержание
7
4.11.3. Окно выбора инструмента (прибора) ...................................................................274
4.11.4. Работа с генератором серии AFG3000 .................................................................274
4.11.5. Дополнительные возможности программы ...........................................................275
4.12. Генераторы сигналов произвольной формы класса AWG ..............................................276
4.12.1. Сравнение генераторов класса AFG и AWG ..........................................................276
4.12.2. Генераторы серии AWG7000 .................................................................................277
4.12.3. Генераторы серии AWG5000 .................................................................................278
4.13. Генераторы цифровых сигналов произвольной формы (паттернов) ............................279
4.13.1. Функциональная схема генератора паттернов данных ........................................279
4.13.2. Генераторы цифровых сигналов Tektronix DG2020A ............................................280
4.13.3. Генераторы цифровых сигналов Tektronix DG5078/5274/DTG5334 .....................281
4.13.4. Генератор импульсов/паттернов серии 3400 фирмы Keithley .............................282
5
Современные электронные осциллографы ............................................................284
5.1. Закат аналоговой осциллографии .......................................................................................284
5.1.1. Основные типы электронных осциллографов .........................................................284
5.1.2. Достоинства и недостатки аналоговых осциллографов .......................................... 285
5.1.3. Требования к усилителям осциллографов ................................................................287
5.1.4. Широкополосные аналоговые осциллографы AKTAKOM-IWATSU
с обычной ЭЛТ ......................................................................................................................291
5.1.5. Широкополосные аналоговые осциллографы AKTAKOM-IWATSU
со сканирующей ЭЛТ............................................................................................................292
5.2. Основы построения и работы цифровых запоминающих осциллографов ....................295
5.2.1. Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа .........................................295
5.2.2. О выборе числа отсчетов, восстановлении и интерполяции сигналов .................297
5.2.3. Достоинства и недостатки цифровых запоминающих осциллографов .................299
5.3. «Бюджетные» цифровые запоминающие осциллографы .................................................301
5.3.1. Какие из цифровых осциллографов можно отнести к бюджетным ........................301
5.3.2. Массовые цифровые осциллографы юго-восточных фирм ....................................301
5.3.3. Массовые цифровые осциллографы фирмы RIGOL .................................................305
5.4. Цифровые осциллографы компании Tektronix ...................................................................306
5.4.1. Цифровые осциллографы фирмы Tektronix закрытой архитектуры .......................306
5.4.2. Цифровые осциллографы Tektronix с открытой архитектурой ...............................313
5.4.3. Технические новинки в осциллографах фирмы Tektronix .......................................319
5.5. Цифровые осциллографы фирмы LeCroy ...........................................................................325
5.5.1. Цифровые осциллографы LeCroy с полосой до 500 МГц .......................................325
5.5.2. Цифровые осциллографы LeCroy среднего класса ................................................ 328
5.5.3. Цифровые осциллографы LeCroy высшего класса ..................................................330
5.6. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies ....................................................336
5.6.1. «Бюджетные» цифровые осциллографы фирмы Agilent ..........................................336
5.6.2. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies среднего класса ..............337
5.6.3. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies высшего класса ...............340
5.7. Стробоскопические осциллографы ................................................................................... 345
5.7.1. Принципы построения стробоскопических осциллографов ................................. 345
5.7.2. Генераторы стробирующих импульсов ....................................................................346
5.7.3. Устройства выборки сигналов ...................................................................................347
5.7.4. Отечественные стробоскопические осциллографы ............................................... 348
5.7.5. Cтробоскопический осциллограф ПК С1-24 ...........................................................350
5.7.6. Стробоскопические осциллографы серии Wave Expert с полосой до 100 ГГц ..... 352
Стр.8
8
6
Искусство осциллографии ................................................................................................. 354
6.1. Аксессуары осциллографов и их применение ................................................................. 354
6.1.1. Назначение пробников.............................................................................................. 354
6.1.2. Пробники на основе компенсированного делителя .............................................. 355
6.1.3. Высоковольтные пробники ........................................................................................ 358
6.1.4. Пробники с коррекцией частотной характеристики ..............................................359
6.1.5. Учет параметров пробников .....................................................................................361
6.1.6. Подключение пробников к источникам сигналов ...................................................364
6.1.7. Эволюция конструкции осциллографических пробников ......................................365
6.1.8. Пробники с оптической развязкой ...........................................................................366
6.1.9. Токовые пробники ......................................................................................................367
6.1.10. Новейшие пробники Tektronix класса TekConnectTM и TekVPITM ...........................369
6.2. Согласованные широкополосные устройства ..................................................................371
6.2.1. Согласованные пассивные пробники и кабели .......................................................371
6.2.2. О выборе входного сопротивления у осциллографов ...........................................371
6.2.3. Коаксиальные аттенюаторы, переходники и тройники ...........................................374
6.3. Активные осциллографические пробники ........................................................................375
6.3.1. Назначение современных активных пробников ......................................................375
6.3.2. Широкополосные активные пробники.....................................................................377
6.3.3. Дифференциальные пробники ..................................................................................380
6.3.4. Конфигурация измерительной головки пробников .................................................381
6.3.5. Сверхширокополосные дифференциальные пробники ......................................... 383
6.4. Специальные устройства подключения и фиксации пробников ...................................... 385
6.4.1. Применение для подключения пробников механических манипуляторов ........... 385
6.4.2. Станция 2020H/V фирмы Probing Solution, Inc. ....................................................... 385
6.5. Импульсная рефлектоскопия и рефлетометрия ................................................................386
6.5.1. Основные положения импульсной рефлектометрии ..............................................386
6.5.2. Расшифровка рефлектограмм ...................................................................................387
6.5.3. Цифровой осциллограф в роли рефлектометра ..................................................... 388
6.6. Спектральный анализ с помощью цифровых осциллографов .........................................389
6.6.1. Основы оконного спектрального анализа ...............................................................389
6.6.2. Выбор окна при спектральном анализе ...................................................................391
6.6.3. Спектральный анализ у простых осциллографов .....................................................392
6.6.4. Спектральный анализ у осциллографов DPO 4000 .................................................395
6.6.5. Спектральный анализ у осциллографов TDS 5000 .................................................. 400
6.6.6. Спектральный анализ у осциллографов DPO 7000 .................................................401
6.6.7. Спектральный анализа у осциллографов других фирм ...........................................403
6.7. Другие возможности современных осциллографов .......................................................405
6.7.1. Режимы выборок и пик-детектор ..............................................................................405
6.7.2. Опорные осциллограммы ........................................................................................ 406
6.7.3. Расчетные осциллограммы и математический редактор ........................................407
6.7.4. Глазковые диаграммы .................................................................................................408
6.8. Применение системы MATLAB ...........................................................................................410
6.8.1. Компьютерная математика в измерительной технике .............................................410
6.8.2. Подключение к ПК цифрового осциллографа .........................................................412
6.8.3. Стыковка цифрового осциллографа с системой MATLAB .......................................412
6.8.4. Программа ввода в MATLAB осциллограмм двух каналов ......................................418
6.9. Математические операции с сигналами ............................................................................420
6.9.1. Математические операции с сигналами двух каналов ............................................420
Содержание
Стр.9
Содержание
9
6.9.2. Очистка осциллограммы от шума .............................................................................422
6.10. Спектральный анализ реальных осциллограмм в MATLAB .............................................423
6.10.1. Фурье-преобразование и периодограммы для реальных осциллограмм .......... 423
6.10.2. MATLAB-инструмент спектрального анализа SPTool .............................................425
6.10.3. Построение спектра в MATLAB различными методами .......................................426
6.10.4. Оценка в MATLAB спектра реальных сигналов в виде пачек ................................429
6.11. Вейвлет-анализ реальных осциллограмм в MATLAB .......................................................432
6.11.1. Вейвлеты против рядов Фурье ................................................................................432
6.11.2. Вейвлет-анализ осциллограмм ................................................................................ 433
6.11.3. GUI-средства для работы с вейвлетами ................................................................. 435
7
Анализаторы сигналов, спектра и цепей .................................................................. 438
7.1. Введение в осциллографические анализаторы ................................................................. 438
7.1.1. Обобщенная схема анализа электронных устройств ............................................. 438
7.1.2. Основные типы осциллографических анализаторов ..............................................440
7.2. Гетеродинные и векторные анализаторы спектра ............................................................440
7.2.1. Принципы построения гетеродинных анализаторов спектра ................................440
7.2.2. Следящий (трекинг-) генератор ................................................................................442
7.2.3. Основные типы детекторов в анализаторах спектра ..............................................443
7.2.4. Шум анализаторов спектра .......................................................................................445
7.2.5. Динамические искажения АЧХ УПЧ ..........................................................................446
7.2.6. Основные установки в анализаторах спектра .........................................................447
7.2.7. Гетеродинный анализатор спектра АКС-1100/1101 ...............................................449
7.2.8. Функциональная схема современного цифрового анализатора спектра .............452
7.2.9. Векторные анализаторы спектра............................................................................... 453
7.3. Серийные цифровые анализаторы спектра .......................................................................454
7.3.1. Анализаторы спектра СК-4 Белан..............................................................................454
7.3.2. Анализатора спектра СК4-Белан 32 .......................................................................... 455
7.3.3. Анализаторы спектра AKTAKOM AKC-1301/1601 ................................................... 458
7.3.4. Анализаторы спектра фирмы Nex1 .......................................................................... 460
7.3.5. Анализаторы спектра фирмы LSA .............................................................................461
7.3.6. Анализаторы спектра фирмы Agilent Technologies ..................................................462
7.3.7. Анализаторы спектра фирмы ROHDE&SCHWARZ ....................................................466
7.3.8. Анализаторы спектра фирмы Good Will GSP-810/827/9830 ..................................473
7.3.9. Анализаторы спектра АКИП-4201/4202 ..................................................................478
7.3.10. Работа с цифровым анализатором спектра ...........................................................480
7.4. Анализаторы спектра реального времени .......................................................................486
7.4.1. Назначение анализаторов спектра реального времени .........................................486
7.4.2. Функциональная схема и работа анализатора спектра реального времени ........487
7.4.3. Цифровое преобразование сигналов в анализаторах спектра
реального времени ..............................................................................................................490
7.4.4. Синхронизация анализаторов спектра реального времени ...................................492
7.4.5. Основные способы представления результатов анализа .......................................494
7.4.6. Анализаторы спектра реального времени RSA2200/3000 ....................................499
7.4.7. Анализаторы спектра реального времени RSA3300B/3408B ................................500
7.4.8. Анализаторы радиочастотного спектра серии RSA6100 .......................................502
7.5. Примеры работы с анализатором Tektronix RSA 6114A ..................................................508
7.5.1. Экран анализатора спектра Tektronix RSA 6114A ....................................................508
7.5.2. Применение маркеров ..............................................................................................509
Стр.10
10
Содержание
7.5.3. Контроль спектра близких к идеальным импульсных сигналов ...............................510
7.5.4. Исследование спектров модулированных сигналов ...............................................513
7.5.5. Исследование спектра сигналов с частотной модуляцией (FM) .............................515
7.5.6. Исследование спектра сигналов с фазовой модуляцией (ФМ) ..............................516
7.5.7. Исследование спектра УКВ-диапазона .....................................................................516
7.6. Анализаторы сигналов и источников сигналов .................................................................519
7.6.1. Методы измерения фазового шума ..........................................................................519
7.6.2. Системы параметров для радиочастотных цепей ...................................................520
7.6.3. Измерительный приемник фирмы R&S FMSR ............................................................521
7.6.4. Анализатор источников сигналов фирмы R&S FSUP ................................................522
7.6.5. Радиочастотные векторные анализаторы сигналов Keithley 2810/2820................523
7.7. Векторные и скалярные анализаторы цепей......................................................................525
7.7.1. Особенности анализаторов цепей ...........................................................................525
7.7.2. Анализаторы четырехполюсников ............................................................................526
7.7.3. Многопортовые векторные анализаторы цепей ......................................................529
7.8. Аксессуары для анализаторов спектра .............................................................................. 534
7.8.1. Антенны для анализаторов спектра и электромагнитного поля ............................. 534
7.8.2. Пробник-переходник RTPA2A для анализаторов спектра реального времени ..... 534
7.8.3. Внешние смесители широкополосных анализаторов спектра ............................... 535
8
Последовательные и логические анализаторы, осциллографы
смешанных сигналов .............................................................................................................537
8.1. Последовательные анализаторы сигналов .........................................................................537
8.1.1. Требования к последовательным анализаторам телекоммуникационных
сигналов .................................................................................................................................537
8.1.2. Последовательные анализаторы Tektronix DSA70000 ........................................... 538
8.1.3. Цифровой последовательный анализатор Tektronix DSA8200 ...............................539
8.1.4. Последовательные анализаторы реального времени LeCroy SDA
18000/10000/9000 .............................................................................................................540
8.1.5. Последовательные анализаторы реального времени LeCroy SDA 800Zi ..............544
8.1.6. Последовательные анализаторы фирмы Agilent ......................................................544
8.2. Анализ логических состояний .............................................................................................547
8.2.1. Назначение логических анализаторов ......................................................................547
8.2.2. Функциональная схема логического анализатора ...................................................550
8.2.3. Этапы работы с логическим анализатором ..............................................................550
8.2.4. Запуск логического анализатора и синхронизация .................................................551
8.2.5. Синхронный и асинхронный режимы сбора данных ..............................................552
8.2.6. Глитчи в цифровой аппаратуре и проблема их обнаружения ................................552
8.3. Современные логические анализаторы ............................................................................. 553
8.3.1. Логические анализаторы фирмы Agilent Technologies ............................................ 553
8.3.2. Логические анализаторы фирмы Tektronix серий TLA 700 и 600 .......................... 555
8.3.3. Логические анализаторы фирмы Tektronix серии TLA 5000 ...................................556
8.3.4. Логические анализаторы серии LA фирмы Leaptronix ............................................ 558
8.3.5. Логические анализаторы фирмы Hewlett Packard ...................................................559
8.4. Осциллографы смешанных сигналов .................................................................................560
8.4.1. Назначение осциллографов смешанных сигналов ..................................................560
8.4.2. Осциллографы смешанных сигналов фирмы Agilent Technologies .........................560
8.4.3. Осциллографы смешанных сигналов фирмы Tektronix ............................................562
Стр.11
Содержание
11
8.4.4. Осциллографы смешанных сигналов фирмы RIGOL ................................................566
8.4.5. Применение осциллографов фирмы LeCroy с опциями логического
анализатора ...........................................................................................................................570
8.5. Подключение логических анализаторов к испытуемому устройству ..............................572
8.5.1. Логические пробники общего назначения ..............................................................572
8.5.2. Высокоплотные многоканальные пробники .............................................................573
9
Исследование полупроводниковых приборов и интегральных
микросхем ...................................................................................................................................577
9.1. Основы измерения статических параметров полупроводниковых приборов ..............577
9.1.1. Типы тестируемых полупроводниковых приборов .................................................577
9.1.2. Измерительная схема тестирования диодов ...........................................................578
9.1.3. Измерительная схема тестирования транзисторов и микросхем .........................579
9.1.4. Коммутация измерительных приборов ...................................................................580
9.1.5. Типичный объект тестирования нанотехнологий – нанодиод ................................581
9.2. Источники/измерители фирмы Keithley для тестирования полупроводниковых
приборов и микросхем .............................................................................................................. 582
9.2.1. Линейные источники/измерители серии 2400 ....................................................... 582
9.2.2. Многоканальные системные источники/измерители серии 2600 ......................... 583
9.2.3. Контроль диодов с помощью источников/измерителей серии 2600 ................... 585
9.2.4. Контроль микросхем с помощью источников/измерителей серии 2600 ............586
9.2.5. Характериограф 4200-SCS ........................................................................................587
9.2.6. Примеры работы с характериографом 4200-SCS ..................................................590
9.3. Снятие характеристик полевых транзисторов ...................................................................591
9.3.1. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов .......................................591
9.3.2. Дифференциальные параметры полевых транзисторов ........................................593
9.3.4. Исследование полевых транзисторов с помощью характериографа ...................595
9.4. Анализатор/характериограф силовых полупроводниковых приборов
Agilent B1501A ............................................................................................................................597
9.4.1. Назначение и внешний вид анализатора Agilint B1501A ........................................597
9.4.2. Примеры снятия характеристик мощного высоковольтного МДП-транзистора .....598
9.5. Измерение радиочастотных параметров полупроводниковых приборов
и микросхем 598
9.5.1. Измерение радиочастотных параметров цифровыми осциллографами ..............598
9.5.2. Измерение радиочастотных параметров с помощью генераторов
и анализаторов спектров, сигналов и цепей ..................................................................... 600
9.5.3. Комплекс измерения радиочастотных параметров фирмы Keithley ..................... 600
9.5.4. Система параметрического контроля радиочастотных параметров
микросхем S600 .................................................................................................................. 602
9.6. Измерение дифференциальных параметров ....................................................................603
9.6.1. Определение дифференциальных параметров ......................................................603
9.6.2. Негатроны – приборы с отрицательной проводимостью и сопротивлением .....603
9.6.3. Методы измерения и построения N- и S-образных ВАХ ....................................... 606
9.7. Измерения временных параметров полупроводниковых приборов .............................608
9.7.1. Физические процессы при переключении диодов ................................................608
9.7.2. Платы расширения для измерения временных параметров фирмы Keithley ....... 609
9.7.3. Измерение времен переключения биполярных транзисторов .............................612
9.7.4. Измерение параметров МДП-транзисторов во временной области ...................614
Стр.12
12
Содержание
9.7.5. Измерение времен переключения арсенид-галлиевых транзисторов .................617
9.7.6. Измерение времени переключения туннельных диодов .......................................618
9.7.7. Измерение времени переключения лавинных транзисторов ................................622
9.8. Тестирование интегральных микросхем ............................................................................627
9.8.1. Сверхскоростные интегральные микросхемы как объекты тестирования ...........627
9.8.2. Тестирование интегральных компараторов .............................................................632
9.8.3. Тестирование интегральных усилителей ..................................................................634
9.8.4. Контроль индикаторной панели ................................................................................634
10
Измерение параметров оптико-электронных приборов ..............................636
10.1. Типы, конструктивные особенности и назначение оптико-электронных приборов ......636
10.1.1. Типы полупроводниковых оптико-электронных приборов ..................................636
10.1.2. Конструкция и характеристики обычных светодиодов ........................................637
10.1.3. Конструкция и характеристики лазерных светодиодов ....................................... 640
10.1.4. Лазерная головка для считывания информации с оптических дисков .................641
10.1.5. Конструкция и характеристики фотоприемников .................................................643
10.2. Тестирование излучателей светового излучения ............................................................644
10.2.1. Интегрирующая сфера 2500INT фирмы Keithley ..................................................644
10.2.2. Построение системы тестирования излучателей света ........................................646
10.2.3. Источники/измерители серии 2400 для IV тестирования оптоэлектронных
приборов ..............................................................................................................................648
10.3. Тестирование импульсных лазерных излучателей ...........................................................650
10.3.1. Интегрирующая сфера для импульсных лазерных излучателей 2520INT ...............650
10.3.2. Система тестирования импульсных лазерных излучателей 2520 .........................651
10.4. Тестирование фотодиодов и фототранзисторов ............................................................653
10.4.1. Снятие статических характеристик фотодиодов и фототранзисторов ...............653
10.4.2. Многоканальная I-V система тестирования 4500-MTS ..........................................654
10.4.3. Двухканальный пикоамперметр серии 2502 для фотодиодных измерений.......655
10.4.4. Системные источники/измерители 2602/2612 для LIV тестирования .................656
10.5. Исследование высокоскоростных излучателей и приемников света ...........................657
10.5.1. Особенности динамики излучения высокоскоростных лазерных диодов .........657
10.5.2. Установка для изучения динамики излучения высокоскоростных лазерных
диодов ...................................................................................................................................658
10.5.3. Наблюдение эффекта обострения фронта импульса лазерного излучения ........659
10.5.4. Запуск мощных лазерных диодов и лазерных решеток ........................................661
10.5.5. Импульсные генераторы и оптические модули фирмы DEI ..................................664
10.5.6. Испытание сверхскоростных светодиодов и фотоприемников ......................... 666
10.6. Испытание световолоконных кабелей и линий передачи..............................................668
10.6.1. Конструкция и параметры световодов световолоконных кабелей .....................668
10.6.2. Оптическая рефлектометрия ................................................................................. 669
10.6.3. Оптические мини-рефлекторы ...............................................................................671
10.7. Основы электронно-лазерной осциллографии ..............................................................673
10.7.1. Преобразования сверхкоротких импульсов лазерного излучения .....................673
10.7.2. Методы исследования импульсов лазерного излучения пикои
фемтосекундного диапазона ............................................................................................675
10.7.3. Оптоэлектронный стробоскопический осциллограф ..........................................677
ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................................................679
Стр.13