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
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
1 O. a, ^( y# ^一种重要方法，已被广泛应用于MIS、MOS、p-n结、
异质结等器件的界面特性研究，c—y特性不仅可以
1 a: ]- m7 i% a6 E7 v5 x8 ?0 u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
深入研究深能级、共振缺陷态、反型层子能带结构
等问题⋯。
由于半导体器件结构的电容通常都在pF量
级，属于微小电容，要求测试系统具有较高的信噪
7 y, W( ?/ m4 A; J! V. _比，较强的抗干扰能力和较稳定的工作条件，并需
" O+ }) L$ U1 w" D8 K% u+ T要保证高的灵敏度和分辨率。此外实现C—y特性测
量需要电压的连续扫描，传统的震荡法、电桥法、充
3 r2 T$ l) u5 a2 ?/ x# e  ~放电法和Q表法等不能满足测试要求，需开发专用
测试仪口J o
7 j, O' C+ G0 C  n国内目前的C—y测量主要是采用高频测试信号
和分立元件电路，灵敏度和分辨率较低，且只能实
3 F+ n1 R8 @/ E- d6 ]7 z现绝对电容测量。本测试仪针对c-v特性的研究需
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
) D5 Z8 \  |& u  V1 h
的精确测试，可实现G．y和G—y(电导电压)特性的
绝对测量和相对测量。
1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
式电路，桥臂分别由两个电容与两个电阻构成，在
C、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。
9 Y4 O8 \, R0 M0 G) o图1中，C，为一标准数字电容，用于标定相对
' p) W( u) i3 v9 r零点和实现相对测量；G为被测样品的电容值。尺。
=R：，均为多级可调电阻，实现多级阻抗匹配。CD
9 I2 H$ Q; V5 J, I7 I+ n% y8 g间交流电压U。=uosin2-tRFi，频率，和幅度％由交
流信号源控制，直流电压U2即加载在电容两端的扫
8 d( A7 V9 x3 j# O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