电流电压特性的量测方法及电路技术

本发明专利技术是有关于一种电流电压特性的量测方法及电路。其是利用两个不同责任比（ｄｕｔｙ　　ｃｙｃｌｅ）的时钟讯号输入待测装置以量测待测装置的电流电压特性。本发明专利技术可以减少待测装置的自热效应（ｓｅｌｆ－ｈｅａｔｉｎｇ　　ｅｆｆｅｃｔ），并增加待测装置可量测的范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种电气特性的量测方法与电路，且特别是有关于一种电流电压特性的量测方法与电路。
技术介绍
传统上，在静态偏压下对元件进行参数量测，会遭遇到自热效应(self-heating effect)等因素的影响，造成量测结果与理想值不同。自热效应是因为元件的温度升高，使其电子迁移率降低，造成元件电流降低的现象。尤其在高偏压、高功率的装置，例如横向扩散金属氧化半导体(LDMOS)与绝缘层上有硅(SOI)等的晶体管装置，自热效应更加明显。为了方便说明，以下图式中的待测装置皆以N型金氧半(NMOS)晶体管为例。图1为晶体管有/无自热效应的汲极电流与汲-源极电压的特性曲线图，可以看出自热效应会使汲极电流降低。由于传统量测方法的缺点，促成脉冲量测技术的发展，藉由元件热量的累积追随不上时钟讯号的快速改变，消除自热效应。请参阅图2A所示，是习知的晶体管电流电压特性的量测电路。量测方法首先，给予晶体管201的闸极一固定电压Vin，再来，藉由改变电压源VDD，并量测汲-源极电压Vout，则可以计算出汲极电流Id＝(VDD-Vout)/R，因此，得到该闸极电压下的汲极电流与汲-源极电压的特性曲线。这种方法的缺点是在高功率电路时，自热效应会使汲极电流降低。为了消除自热效应，在IEEE Electron Device Letters，Vol.16，No.4，pp.145-147文献中，提出等效电路亦如图2A的晶体管电流电压特性的量测电路，但是将给予闸极的固定电压改成如图2B的时钟讯号。量测方法首先，给予晶体管201的闸极一时钟讯号Vin，再来，藉由改变电压源VDD，并量测汲-源极电压Vout，则可以计算出汲极电流Id＝(VDD-Vout)/R，得到闸极电压Vg下的汲极电流与汲-源极电压的特性曲线。为使所得到电流有足够的精准度，须选择大的电阻R。上述方法虽然在时钟讯号高电压(HI)的时候，晶体管因为高偏压，其温度会渐渐上升，但是藉由时钟讯号低电压(LO)的时候，晶体管处于截止状态，其温度会渐渐下降。因此，藉由适当的责任比(duty cycle)，即指时钟讯号HI的时间与时钟讯号周期T的比值，晶体管热量的累积追随不上时钟讯号的快速改变，来达到消除自热效应。这种方法的缺点是晶体管有可能发生崩溃(breakdown)，例如为使Vout为此晶体管的最大操作电压，VDD＝Vout+Id*R。当时钟讯号为低电压(LO)时，此时汲极端便会看到VDD＝Vout+Id*R，则会造成汲极与基板之间的接面(junction)崩溃。
技术实现思路
本专利技术提供一种电流电压特性的量测方法，用以量测一待测装置的电流电压特性，可以消除自热效应与增加待测装置可量测的范围。本专利技术进一步提供一种电流电压特性的量测电路，用以量测一待测装置的电流电压特性，可以消除自热效应与增加待测装置可量测的范围。本专利技术提出一种电流电压特性的量测方法，用以量测待测装置的电流电压特性，包括下列步骤。首先，提供第一电压与第一时钟讯号给待测装置，其中第一时钟讯号具有第一责任比，此时量测待测装置以获得第一电流值。然后，提供第一电压与第二时钟讯号给待测装置，其中第二时钟讯号具有第二责任比，且第二责任比不同于第一责任比，接着量测待测装置以获得第二电流值。最后，利用第一电流值、第二电流值、第一责任比、第二责任比以及时钟讯号的周期来计算，可以获得在被供给第一电压时，待测装置的欲测电流。依照本专利技术的较佳实施例所述电流电压特性的量测方法，当以I1表示第一电流值、以I2表示第二电流值、以W1/T表示第一责任比、以W2/T表示第二责任比，则待测装置的欲测电流Io＝(I2-I1)T/(W2-W1)，其中W1、W2与T皆为实数。另外，上述的待测装置可为晶体管装置。本专利技术再提出一种电流电压特性的量测电路，用以量测待测装置的电流电压特性。该量测电路包括时钟产生器与电压产生器。时钟产生器耦接至待测装置，用以于不同时间产生第一时钟讯号以及第二时钟讯号以驱动待测装置，其中第一时钟讯号具有第一责任比，第二时钟讯号具有第二责任比，且第二责任比不同于第一责任比。电压产生器耦接至该待测装置，用以设定并提供第一电压给待测装置。其中，当以第一时钟讯号驱动待测装置时，待测装置因第一电压与第一时钟讯号而产生第一电流，以及当以第二时钟讯号驱动待测装置时，待测装置因第一电压与第二时钟讯号而产生第二电流。最后，利用第一电流值、第二电流值、第一责任比、第二责任比及时钟讯号周期计算，可以获得在被供给第一电压时待测装置的欲测电流。另外，上述的待测装置可为晶体管装置。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1为晶体管有/无自热效应的汲极电流与汲-源极电压的特性曲线图。图2A、图2B为习知晶体管电流电压特性的量测电路，以及驱动晶体管的时钟讯号。图3A、图3B为依照本专利技术|较佳实施例所绘示的一种量测晶体管电流电压特性的电路，以及所需给予晶体管闸极的两种不同责任比的时钟讯号示意图。图4为依照本专利技术|较佳实施例所绘示的一种量测晶体管电流电压特性方法的流程图。图5为依照本专利技术|较佳实施例所绘示的晶体管电流电压的特性曲线模拟图。S410-S430依照本专利技术|较佳实施例所绘示的一种量测晶体管电流电压特性的方法的各步骤201、301待测的晶体管310电压产生器320时钟产生器Io晶体管无自热效应时的汲极电流值具体实施方式为使本专利技术的实施说明能更加清楚，以下特以N型金氧半(NMOS)晶体管为实施例，凡熟悉此艺者应可轻易类推至其他晶体管和装置。例如，下述实施例可以应用于任何具有控制端与至少一个讯号端的待测装置，其中待测装置是依照控制端的准位而控制讯号端。图3A为依照本专利技术较佳实施例所绘示的一种量测晶体管的电流电压特性的电路图，图3B为说明先后给予图3A中晶体管301的闸极两种不同责任比的时钟讯号时序图，其中Vg为时钟讯号高电压时的电压值(图3A中晶体管301的闸极电压)，W1、W2分别为两时钟讯号的致能时间，T为两时钟讯号的周期。请参阅图4所示，为本专利技术所提出的一种量测晶体管电流电压特性方法的流程图。请同时参考图3A、图3B以及图4。首先，在步骤S410中，电压产生器310提供第一电压给予晶体管301的汲极(即讯号端)，时钟产生器320提供第一时钟讯号Vin1(责任比为W1/T)给予晶体管301的闸极(即控制端)，然后量测晶体管301的汲极电流，以获得第一电流值I1(步骤S411)。再来，电压产生器310提供第一电压给予晶体管301的汲极，时钟产生器320提供第二时钟讯号Vin2(责任比为W2/T，且W2/T≠W1/T)给予晶体管301的闸极(步骤S420)，此时量测晶体管301以获得第二电流值(即汲极电流值)I2(步骤S421)。因为I1＝(W1/T)Io，I2＝(W2/T)Io，其中，Io为给予闸极一固定电压Vg且无自热效应时的电流值。联立求解I1＝(W1/T)Io与I2＝(W2/T)Io两式，可以获得晶体管在被供给第一电压于汲极以及一固定电压Vg于闸极时，该晶体管无自热效应的汲极电流为Io＝(I2-I1)T/(W2-W1)(步骤S430)。请参阅图5所示，是图3A的电路在各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流电压特性的量测方法，用以量测一待测装置的电流电压特性，其特征在于该量测方法包括：提供一第一电压与一第一时钟讯号给该待测装置，其中该第一时钟讯号具有一第一责任比（ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）；量测该待测装置以获得一第一电流 值；提供该第一电压与一第二时钟讯号给该待测装置，其中该第二时钟讯号具有一第二责任比，且该第二责任比不同于该第一责任比；量测该待测装置以获得一第二电流值；以及以该第一电流值、该第二电流值、该第一责任比以及该第二责任比计算并 获得在被供给该第一电压时该待测装置的一欲测电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林韦丞，吕国培，张耀文，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]