反向電流測量不確定度評定

左興亮 陳宏胤

摘 要 為了提高半導體器件整流二極管材料反向電流（IR）測量結果的一致性，文章根據半導體器件標準GB/T 4023-2015中規定的要求和方法，結合CNAS-CL07：2011，分析了影響測量不確定度的各種因素，建立了不確定度分析和評定的數學模型，經過分析和計算后，準確得到不確定度的評定結果，確定了測量不確定度的可信度。

關鍵詞 反向電流;測量;不確定度

引言

反向電流測試是半導體器件整流二極管測試中極為重要的測試項目，用來評估整流二極管的傳導電流的重要指標[1]。由于測試本身就具有很多的不確定性，這就很容易對測試結果的不確定性提出質疑，如何確保測量結果的可信度，即對測試結果的不確定度分析，通過對不確定度進行測量，不但能夠有效表現測量結果的分散性，還能夠為測量結果邊緣值的判定提供有效的依據[2];

本文以GB/T 4023-2015《半導體器件 分立器件和集成電路 第2部分[3]：整流二極管》為實驗依據，在溫度（25±5）℃，相對濕度45%～75%，氣壓86KPa～106KPa的環境中進行。

1測量配置和方法

按照標準GB/T 4023-2015中規定的測試方法串聯電流電壓表進行材料的量測反向電流。

2測量模型的建立

2.1 測量標準及其相關技術指標

本次測量不確定度評定過程中所用的測試裝置主要是MPT6103BT測試機，其技術說明書中給出反向電流示值最大允許誤差±（1%+0.002μA）。

2.2 測量方法

在規定條件下，設定好測試機的反向電壓（VR）1000V，讓其依次在產品上流過，即可在測試機的顯示屏直接讀出反向電流。

2.3 數學模型

反向電流IR的測量值是由測試機的示值IRD直接給出，即

IR=IRD

說明：由于數學模型IR=IRD，故其測量不確定度的傳播系數為1。

3不確定度來源及分析

反向電流IR測量不確定度來源主要有：①測試機的測量誤差;②測試機分辨率誤差;③讀數的重復性。

4標準不確定度評定

4.1 反向電流IR測量重復性引入的標準不確定度分量UA評定

由于環境溫度、供電電壓波動、人員讀數等因素的影響，造成測量結果數據的分散[4];采用A類方法評定，對于規范化的測量，我們事先進行15次獨立重復測量，并利用貝塞爾公式計算單次測量標準偏差：

對產品作15次量測，從設備顯示儀表上，記錄15次獨立顯示值，記為IR1、IR2……IR15，計算平均值為，其記錄數據分別為i1=0.007μA， i2=0.009μA， i3=0.009μA;i4=0.009μA， i5=0.009μA，? i6=0.009μA， i7=0.009μA， i8=0.009μA， i9=0.009μA， i10=0.009μA， i11=0.009μA， i12=0.008μA， i13=0.009μA， i14=0.009μA， i15=0.009μA

根據貝塞爾公式，計算出算術平均值? =0.0088μA的實驗標準差S（? ）=0.0006，因實際反向電流測量是由一次測量值給出，所以材料重復性引起的標準不確定度等于單次測量實驗標準差，由15次獨立重復測量引入的標準不確定度分量UA=S（? ）

=0.0006，自由度V1=14。

4.2 反向電流IR測量不準引入的標準不確定分量u1評定

測試機示值的最大允許誤差為±（1%+0.002μA），校準合格，被測量的可能值服從矩形（均勻）分布，包含因子k1= ，區間半寬度a1=1%+0.002μA;所以，IR測量不準引入的標準不確定度u1為：

4.3 測試機分辨率標準不確定度分量u2評定

測試機可以讀到三位半，通常其分辨率引入的標準不確定度可以忽略不計。

4.4 反向電流IR測量的合成標準不確定度分量UC評定

不確定度分量UA與u1互不相關，反向電流IR測量的相對合成標準不確定度采用方根方法合成

= 0.00134μA

5反向電流IR擴展不確定度評定

5.1 包含因子k的選擇

由上述不確定度評定可知，除A類評定方法外，其余標準不確定度都不能給出自由度信息，因此不能計算出合成不確定度的有效自由度;根據JJF1059建議[1]，取包含因子k=2，擴展不確定度提供95%的置信水準（包含概率）。

5.2 反向電流IR測量的擴展不確定度U

取置信水準p≈95%，包含因子k=2，反向電流IR測量結果的擴展不確定度U為：

U=k*UC=2*0.00134μA=0.00268μA

6反向電流IR測量結果及其不確定度評定報告

在1000V測量反向電流，測量結果IR=0.0088μA;

反向電流IR測量結果擴展不確定度U為U=0.00268μA，包含因子k=2，提供P≈95%的包含概率。

7結束語

上文對MPT6103BT型號測試機反向電流值示值誤差的不確定度進行評定，其余參數的不確定度評定可以參考上述方法，具有一定參考價值。

參考文獻

[1] JJF1059.1-2012.測量不確定度評定與表示[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[2] CNAS-CL07.2011.測量不確定度的要求[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3] GB/T 4023-2015.半導體器件分立器件和集成電路第2部分：整流二極管[S].北京：中國標準出版社，2015.

[4] JB/T 7624-2013.整流二極管測試方法[S].北京：中國標準出版社，2013.