一种基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法技术

本发明专利技术属于电子技术领域，具体为一种基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法。本发明专利技术以场效应晶体管为主体，用导体将场效应晶体管的栅极拓展作为监测端；在场效应晶体管的源极和漏极之间加上恒定的电压，将栅极引出的监测端以非接触的方式靠近带静电的物体，通过监测源极与漏极之间的电流，以及监测端与被测物体间的距离，可以得到静电的电位。本方法可用于环境或物体的实时静电监测。本发明专利技术方法主要解决现有技术中设计复杂、成本较高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法
本专利技术属于电子
，具体涉及一种基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法。
技术介绍
静电作为一种普遍物理现象，近年来伴随着集成电路的飞速发展和高分子材料的广泛应用，静电的作用力、放电和感应现象引起的危害十分严重，尤其是在工业领域。美国统计，美国电子行业部门每年因静电危害造成损失高达100亿美元，英国电子产品每年因静电造成的损失为20亿英镑，日本电子元器件的不合格品中不少于45%的危害是因为静电放电(ESD)造成的。问题严重性还在于很多人对静电危害的认识不足和防静电知识的无知，常把一些因ESD造成的设备性能下降或故障，误认为是元器件早期老化失效。同时，静电对安全生产、产品质量有着极大的危害。静电放电不仅可以导致易燃易爆物的燃烧、爆炸，而且对生物体有着负面的影响，例如导致心律失常、血钙流失，影响中枢神经等。所以静电的监测与防护已成为国家非常重视的一个研究领域。目前市场上存在的一些实时的静电监测的工具和方法，存在价格高昂，结构和方法复杂等问题。本专利技术涉及一种基于拓展栅场效应晶体管的非接触式实时静电监测方法，所涉及器件结构简单、易于实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对现有静电监测中实时监测成本较高，结构复杂等问题，提供一种设计简便、成本较低的非接触式的实时的静电监测方法。本专利技术提供的非接触式实时静电监测方法，以场效应晶体管为主体，用导体将场效应晶体管的栅极拓展作为监测端；在场效应晶体管的源极和漏极之间加上恒定的电压，将栅极引出的监测端以非接触的方式靠近带静电的物体，通过监测源极与漏极之间的电流，以及监测端与被测物体间的距离，得到静电的电位。本专利技术提供的非接触式实时静电监测方法，具体步骤为：首先，搭建测量系统。用一根导电线，其一端与晶体管栅极电连接（作为拓展栅），另一端作为静电传感的探头，也可在该导电线另一端电连接另一任意形状的导电结构作为静电传感的探头；参见图1所示。所述晶体管可为各类性能稳定的晶体管，包括：硅晶体管、氧化物晶体管、有机晶体管以及其它基于各类新型半导体材料的晶体管器件。晶体管同样可具有诸如底栅底接触、顶栅顶接触、顶栅底接触等各类结构配置。所述导电线具有优良的电导特性，其材质可为各类导电金属、导电聚合物、各类导电复合浆料以及其它各种能提供良好导电性的材料等。导电线条直径或宽度、厚度等不做要求，只要能保证良好的导电性能即可。导电线条的长度小于1米为佳，过长的导电线条容易导致过大的环境噪声干扰，影响静电测量准确度。在采用该晶体管实现待测物非接触静电电位测量前，先确定晶体管如下基本参数：迁移率μ值和阈值电压Vt值。晶体管在饱和区工作时其源漏电流Ids可由公式（1）确定：（1）式中，W和L分别为晶体管沟道宽度和长度，Ci为晶体管介质层单位面积电容，Vg为晶体管工作时所施加栅压。按照标准的晶体管测试流程，可先测定晶体管的转移特性曲线，对曲线数据点采用公式（1）进行拟合处理，即可获得晶体管迁移率μ值和阈值电压Vt值。确定晶体管迁移率数值后，即可借助该定标好的拓展栅晶体管采用非接触方法实现静电电位的测定。其基本流程为：将静电测量传感探头置于与待测物特定距离d处；在晶体管源漏电极间施加小的偏压Vds，并使得晶体管工作在饱和区，采用电流表测定晶体管源漏电流Ids；根据公式（2）计算待测物的表面电位值Vsp：（2）式中，ε为空气的绝对介电常数，d为探头与待测物间的距离。根据公式（2），源漏电流与待测物-探头间距离的关系可表达为公式（3）：（3）式中k可表述为公式（4）：（4）为了提高测量精度，静电电势测量时，也可在不同待测物-探头距离d下测到不同的源漏电流值Ids。将Ids值与d值的倒数（也即1/d）做线性拟合，由拟合所获得的斜率值，可进一步求解Vsp值。晶体管探头和待测物间的距离一般以小于0.5米为佳。距离越远，待测物所带静电电位对晶体管源漏电流的调控效果越弱，从而影响测试精度。本专利技术方法可用于环境或物体的实时静电监测。附图说明图1为基于底栅顶接触晶体管结构的拓展栅晶体管静电探测器结构示意图。图2为随着待测物表面正电势台阶状的改变，所测到的晶体管源漏电流的台阶状改变，由（1）到（5），待测物表面电势分别为0,200,400,600和800V。图3为随着待测物表面负电势台阶状的改变，所测到的晶体管源漏电流的台阶状改变，由（1）到（5），待测物表面电势分别为0,-200,-400,-600和-800V。图中标号：1-电压源；2-精密电流表；3-漏极；4-源极；5-半导体层；6-介质层；7-栅极；8-拓展栅；9-探头；10-待测物。具体实施方式为了使本
的人员更好的理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实例中的附图，清楚、完整的描述本实施例中的技术方案，下面所描述的实施例仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的中的实施例，本领域人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。实施例1：基于氧化物半导体的拓展栅晶体管探测器的构建在带有300纳米二氧化硅（SiO2）绝缘层的N型重掺硅（n-Si）基底上用磁控溅射的方法生长一层30nm厚的掺钨氧化铟（IWO）半导体层，再用磁控溅射方法通过掩膜版制备一层50nm厚的铟锡氧化物（ITO）做为源漏电极，所形成的沟道尺寸长100微米，宽500微米，衬底重掺硅做为栅极，构成晶体管结构。测试晶体管的转移特性曲线，并经由公式（1）拟合获得晶体管的迁移率为18cm2V-1s-1，阈值电压-3.6V。实施例2：基实施例1所构建的晶体管静电探测器实现待测物静电电势测量为了便于定量比较所测结果的可靠性，采用与可调高压直流电源相连接的金属棒做为待测物，通过调节直流电源的输出电压，来调控金属棒的表面电位，从而实测值与真实值可直接比较。测试时，待测物与晶体管拓展栅探头距离15毫米。根据实测到的源漏电流值，结合公式（2）计算待测物静电电势。附图2所示为待测物表面电位丛0V、200V、400V、600V和800V呈台阶状改变时，实测到的晶体管源漏电流值也呈台阶状改变，由公式（2）计算得到的表面电位值为15V，219V，391V，624V和812V，与实际值吻合较好。附图3所示为待测物表面电位丛0V、-200V、-400V、-600V和-800V呈台阶状改变时，实测到的晶体管源漏电流值也呈台阶状改变，由公式（2）计算得到的表面电位值为11V，-189V，-409V，-631V和-774V，与实际值吻合较好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法，其特征在于，以场效应晶体管为主体，用导体将场效应晶体管的栅极拓展作为监测端；在场效应晶体管的源极和漏极之间加上恒定的电压，将栅极引出的监测端以非接触的方式靠近带静电的物体，通过监测源极与漏极之间的电流，以及监测端与被测物体间的距离，得到静电的电位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法，其特征在于，以场效应晶体管为主体，用导体将场效应晶体管的栅极拓展作为监测端；在场效应晶体管的源极和漏极之间加上恒定的电压，将栅极引出的监测端以非接触的方式靠近带静电的物体，通过监测源极与漏极之间的电流，以及监测端与被测物体间的距离，得到静电的电位。


2.根据权利要求1所述的基于拓展栅晶体管的非接触式实时静电监测方法，其特征在于，
具体步骤如下：
（1）搭建测量系统：用一根导电线，其一端与晶体管栅极电连接，另一端作为静电传感的探头，或者在该导电线另一端电连接另一任意形状的导电结构作为静电传感的探头；
（2）确定晶体管的如下基本参数：迁移率μ值和阈值电压Vt值；
具体方法为：晶体管在饱和区工作时其源漏电流Ids由公式（1）确定：

（1）
式中，W和L分别为晶体管沟道宽度和长度，Ci为晶体管介质层单位面积电容，Vg为晶体管工作时所施加的栅压；先测定晶体管的转移特性曲线，对曲线数据点采用公式（1）进行拟合处理，获得晶体管迁移率μ值和阈值电压Vt值；
（3）测量计算：将静电测量传感探头置于与待测物特定距离d处；在晶体管源漏电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国栋，刘蔚林，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31