カーブトレーサー

カーブトレーサーは、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、真空管などの個別の電子部品の特性を分析するために使用される特殊な電子テスト機器です。このデバイスには、テスト対象デバイス(DUT) を刺激するために使用できる電圧源と電流源が含まれています。

その機能は、試験対象デバイスの 2 つの端子にスイープ電圧 (時間とともに自動的に連続的に変化する) を印加し、各電圧でデバイスが許容する電流量を測定することです。このいわゆる I-V (電流対電圧) データは、オシロスコープの画面に直接表示されるか、データ ファイルに記録されて後でコンピューターで処理およびグラフ化されます。^[1]構成には、印加される最大電圧、印加電圧の極性 (正負両方の極性の自動印加を含む)、デバイスと直列に挿入される抵抗が含まれます。主端子電圧は数千ボルトまでスイープできることが多く、低電圧では数十アンペアの負荷電流を流すことができます。

2端子デバイス（ダイオードやDIACなど）の場合、これでデバイスを完全に特性評価できます。カーブトレーサーは、ダイオードの順方向電圧、逆方向リーク電流、逆方向ブレークダウン電圧など、すべての重要なパラメータを表示できます。DIACなどのトリガー可能なデバイスの場合、順方向および逆方向のトリガー電圧が明確に表示されます。負性抵抗デバイス（トンネルダイオードなど）によって発生する不連続性も確認できます。これは、集積回路デバイス上の電気的に損傷したピンを見つけるための方法です。^[2]

3 端子デバイス (トランジスタなど) の場合、ベース端子やゲート端子など、テスト対象デバイスの制御端子への接続が使用されます。BJT トランジスタやその他の電流制御デバイスの場合、ベース端子またはその他の制御端子電流はステップ状になります。FET やその他の電圧制御デバイスの場合、代わりにステップ状電圧が使用されます。制御信号の各電圧ステップについて、設定されたメイン端子電圧の範囲で電圧をスイープすることにより、一連の I-V 曲線が自動的に生成されます。この一連の曲線により、トランジスタのゲイン、またはサイリスタやトライアックのトリガー電圧を非常に簡単に判断できます。

カーブ トレーサーには通常、2 端子または 3 端子のデバイス用の便利な接続機構が備わっており、多くの場合、電子部品に使用されるさまざまな一般的なパッケージを差し込めるように配置したソケットの形で接続されます。ほとんどのカーブ トレーサーでは、2 つの DUT を同時に接続することもできます。この方法では、デバイス パラメータの厳密な一致に依存する回路 (差動増幅器など) で、2 つの DUT を「一致」させて最適なパフォーマンスを得ることができます。これは、隣の画像で確認できます。この画像では、トグル スイッチを使用して、左側の DUT と右側の DUT をすばやく切り替え、オペレーターが 2 つのデバイスのそれぞれのカーブ ファミリを比較しています。

I-V 曲線は、DC ソース測定テストを通じてデバイスや材料の特性を評価するために使用されます。これらのアプリケーションでは、I-V 測定に基づいて抵抗を計算し、他のパラメータを導出する必要もあります。たとえば、I-V データを使用して、異常を調査し、最大または最小の曲線傾斜を見つけ、信頼性分析を実行できます。一般的なアプリケーションは、半導体ダイオードの逆バイアス漏れ電流を見つけ、順方向および逆方向バイアス電圧スイープと電流測定を実行して I-V 曲線を生成することです。^[3]

カーブトレーサー、特に高電流モデルには、ケルビンセンシングを備えたさまざまな半導体デバイステストフィクスチャアダプタ[1]が付属しているのが一般的です。

一部のアナログ カーブ トレーサー、特に感度の低い低電流モデルには、テスト セットアップの浮遊容量を補正 (「ゼロ化」) するための容量性ブリッジ回路のバランスをとる手動コントロールが装備されています。この調整は、空のテスト セットアップ (必要なケーブル、プローブ、アダプ​​ター、その他の補助デバイスはすべて接続されていますが、DUT は接続されていません) のカーブをトレースし、I カーブが一定のゼロ レベルに表示されるまでバランス コントロールを調整することによって実行されます。

I-V曲線トレーシングは太陽光発電システムの性能を分析する方法であり、PVモジュールまたはモジュール列のあらゆる動作点をテストするのに最適です。^[4]

半導体が導入される前は、真空管カーブトレーサー (例: Tektronix 570)がありました。初期の半導体カーブトレーサー自体は真空管回路を使用していました。当時入手可能な半導体デバイスではカーブトレーサーに必要なすべての機能を実現できなかったためです。ギャラリーに表示されているTektronixモデル 575 カーブトレーサーは、初期の典型的な機器です。

現在、カーブトレーサーは完全にソリッドステート化されており、オペレーターの作業負荷を軽減し、データを自動的にキャプチャし、カーブトレーサーと DUT の安全性を確保するために大幅に自動化されています。

カーブ トレーサー システムの最近の開発により、現在では 3 つの主要なカーブ トレーシング タイプ、すなわち電流電圧 (I-V)、静電容量電圧 (CV)、および超高速過渡電流電圧 (I-V) が可能になっています。最新のカーブ トレーサー機器の設計はモジュール化される傾向があり、システム仕様者は、使用するアプリケーションに合わせて構成できます。たとえば、新しいメインフレーム ベースのカーブ トレーサー システムは、シャーシの背面パネルのスロットに差し込むソース メジャー ユニット(SMU) の数と電力レベルを指定して構成できます。このモジュール設計により、他の種類の計測器を組み込んで、より幅広いアプリケーションに対応できる柔軟性も得られます。これらのメインフレーム ベースのシステムには、通常、テスト セットアップ、データ分析、グラフ作成と印刷、およびオンボードの結果ストレージを簡素化するための自己完結型 PC が含まれています。これらのタイプのシステムのユーザーには、半導体研究者、デバイス モデリング エンジニア、信頼性エンジニア、ダイ ソート エンジニア、およびプロセス開発エンジニアが含まれます。^[5]

メインフレームベースのシステムに加えて、システム ビルダーが 1 つ以上の個別のソース メジャー ユニット (SMU) と、カーブ トレーサ ソフトウェアを実行する別の PC コントローラを組み合わせることを可能にする他のカーブ トレーサ ソリューションも利用できます。個別の SMU は、メインフレームベースのシステムよりも幅広い電流、電圧、および電力レベルを提供し、テストのニーズの変化に応じてシステムを再構成できます。新しいウィザード ベースのユーザー インターフェイスが開発され、学生や経験の浅い業界ユーザーが FET カーブ トレース テストなどの必要なテストを簡単に見つけて実行できるようになりました。^[6]

一部のカーブ トレーサー、特に高電圧、高電流、または電力デバイス用に設計されたカーブ トレーサーは、致死的な電圧や電流を発生する可能性があり、オペレーターに感電の危険をもたらします。最新のカーブ トレーサーには、オペレーターが危険な電圧や電流に接触しにくくする機械的なシールドやインターロックが組み込まれていることがよくあります。電力 DUT はテスト中に危険なほど高温になることがあります。安価なカーブ トレーサーでは、このようなデバイスをテストできず、致死的な危険を及ぼす可能性は低くなります。

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  トランジスタカーブトレーサー（詳細1）
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  トランジスタカーブトレーサー（詳細2）
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  トランジスタカーブトレーサー（部品）

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