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
一种重要方法，已被广泛应用于MIS、MOS、p-n结、
) k" N$ |, V0 N. C0 H1 R% q异质结等器件的界面特性研究，c—y特性不仅可以
提示半导体中的掺杂、补偿、载流子寿命及表面态、
# S, {. O$ |, c固定电荷、可动电荷等材料和器件参数，还有助于
3 [1 Y, d5 b/ z深入研究深能级、共振缺陷态、反型层子能带结构
0 m; s7 E6 o' j4 B等问题⋯。
由于半导体器件结构的电容通常都在pF量
: y4 o* |0 K0 L+ @* [/ A5 v+ E" ]级，属于微小电容，要求测试系统具有较高的信噪
比，较强的抗干扰能力和较稳定的工作条件，并需
要保证高的灵敏度和分辨率。此外实现C—y特性测
$ o" c) s$ O! z量需要电压的连续扫描，传统的震荡法、电桥法、充
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
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
现绝对电容测量。本测试仪针对c-v特性的研究需
: M& x1 R5 Z+ p" Q- [! H  D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
- |; b1 w: J# |8 s* m的C—y特性测试仪，锁相技术可保证在较低频率下
% D+ @( ^) ~6 ?2 L; Q6 N9 v
- ^4 x0 t5 z5 J( T  d5 o" \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
# @# g8 K1 m# ?" q9 N* _信号，接人后续信号处理系统。
图1中，C，为一标准数字电容，用于标定相对
零点和实现相对测量；G为被测样品的电容值。尺。
+ |' N0 d8 t" ]( q  Q; C0 K9 v=R：，均为多级可调电阻，实现多级阻抗匹配。CD
# f+ v, R/ b, ?4 I5 L3 O1 B% O& f& x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
; S) i9 [  ]" c6 g描电压，为直流电压信号源控制。AB间电压为输

5 M$ G- Y; O; ?0 ^, P/ T& C

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8051单片机用处挺大