Електронний пристрій для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів

Реферат: Електронний пристрій для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів складається з генератора різнополярних імпульсів, що подаються на ланку з послідовно з'єднаних сегнетоелектричного конденсатора і еталонної ємності та вимірювального блока, підключеного до еталонної ємності. Вихідний каскад генератора різнополярних імпульсів виконаний у вигляді двох ключових елементів, що знаходяться у закритому стані і переходять у відкритий стан почергово один за одним під час генерації відповідно поляризуючих та деполяризуючих імпульсів, між струмовими навантаженнями яких підключено ланку з сегнетоелектричного конденсатора і еталонної ємності, а еталонна ємність з′єднана також з диференційним входом осцилографа. UA 107463 U (12) UA 107463 U UA 107463 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електронних засобів вимірювання і призначена для тестування сегнетоелектричних конденсаторів, які є базовими елементами при створенні сегнетоелектричних запам'ятовуючих пристроїв (FRAM). Відомий електронний пристрій для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів [1] в якому сегнетоелектричний конденсатор підключено послідовно з польовим транзистором в колі сток-виток. Недоліком такого електронного пристрою є наявність залишкової напруги в колі сток-виток відкритого польового транзистора, що створює перешкоди при малих значеннях (менше 1В) напруги переключення поляризації. Крім того, польовий транзистор має значну ємність затвора, яка викликає великий струм перезаряду при перемиканні транзистора на високих частотах, що необхідно для отримання крутого фронта імпульсу перезаряду сегнетоелектричного конденсатора. Найближчим аналогом до заявленої корисної моделі є електронний пристрій для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів [2], в якому сегнетоелектричний конденсатор з'єднаний послідовно з електронним компонентом у вигляді операційного підсилювача, який може розглядатись як еквівалент електричної ємності. Операційний підсилювач є також першим каскадом підсилення в колі вимірювального блока даної схеми. До цієї ланки з послідовно з'єднаних сегнетоелектричного конденсатора і вимірювального елемента подається імпульсна напруга від генератора різнополярних імпульсів. Завдяки послідовному з'єднанню, при переключенні стану поляризації сегнетоелектричного шару, в електродах сегнетоелектричного конденсатора і його навантаженні протікають однакові за величиною струми, параметри яких дають змогу характеризувати стан поляризації сегнетоелектричного конденсатора в кожен момент часу. Недоліком такої електронної схеми є обмеженість по швидкодії та великі значення вхідної ємності наявних типів операційних підсилювачів. Це не дає можливості проводити виміри при дії особливо короткотривалих (менше 10 нс) поляризуючих та деполяризуючих імпульсів. В основу корисної моделі поставлена задача покращення швидкодії та спрощення конструкції електронного пристрою для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів. Поставлена задача вирішується тим, що вихідний каскад генератора різнополярних імпульсів виконаний у вигляді двох ключових елементів, що знаходяться у закритому стані і переходять у відкритий стан почергово один за одним під час генерації відповідно поляризуючих та деполяризуючих імпульсів, між струмовими навантаженнями яких підключено ланку з сегнетоелектричного конденсатора і еталонної ємності, а еталонна ємність з'єднана також з диференційним входом осцилографа. Нові ознаки заявленої корисної моделі наступні: вихідний каскад генератора різнополярних імпульсів виконаний у вигляді двох ключових елементів, що знаходяться у закритому стані і переходять у відкритий стан почергово один за одним під час генерації відповідно поляризуючих та деполяризуючих імпульсів, між струмовими навантаженнями яких підключено ланку з сегнетоелектричного конденсатора і еталонної ємності, а еталонна ємність з'єднана також з диференційним входом осцилографа. На фіг. 1 представлено схематичне зображення електронного пристрою для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів, складеного з генератора різнополярних імпульсів (1) вихідний каскад якого містить два ключі К1 і К2, сегнетоелектричного конденсатора С1, еталонної ємності С2, а також осцилографа з диференційним входом (2). Використання заявленої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива як в Україні, так і за її межами на існуючих галузевих підприємствах і в науково-дослідних організаціях. Експериментальний зразок електронного пристрою для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів (Фіг. 2) містить схему генератора різнополярних імпульсів (1), що складається із задавального імпульсного генератора 1.1, пристрою логічного керування 1.2 з ручним управлінням за допомогою умовно показаних кнопок S1 і S2, регістра зрушення 1.3, ключових транзисторів VT1 і VT2, за допомогою яких здійснюється зміна полярності одиночної або парної імпульсної послідовності, що подається на сегнетоелектричний конденсатор С1, з послідовно підключеною еталонною ємністю С2, блока живлення 1.4. Запам'ятовуючий осцилограф (2), в режимі зовнішньої синхронізації з диференціальним входом підключений до еталонної ємності. Логічні ланцюги генератора різнополярних імпульсів зібрані на елементах ТТЛ логіки серії 555, аналогом якої є серія 74LS. За допомогою логічних схем елементів логіки управління 1.2 виробляється подача імпульсів на регістр зрушення 1.3. Регістр зрушення включений в режимі послідовного перезапису логічного стану тригерів пам'яті. З виходів тригерів регістра зрушення сигнали управління, через струмообмежувальні резистори, 1 UA 107463 U 5 10 15 надходять на бази ключових транзисторів VT1 і VT2. Транзистори відкриваються, послідовно, з визначеним інтервалом, заданим підключенням входів ключів на виходи тригерів регістра зрушення. На послідовний ланцюг, що складається з сегнетоелектричного конденсатора С1 і еталонної ємності С2, подається потенціал за допомогою ключів VT1, та VT2. Результат вимірювання, у вигляді характеристики перемикання порогового елемента С1, знятого з еталонної ємності С2, відображається на екрані запам'ятовуючого осцилографа (2), із зовнішньою синхронізацією. В стані спокою на вимірюваний ланцюг як з боку сегнетоелектричної структури, так і з боку еталонної ємності подається однаковий потенціал, який можна змінювати за допомогою регульованого джерела живлення 1.4. Джерела інформації: 1. Пат. US 6816400 В2, МПК H11С 11/22. Circuit and method for testing a ferroilectric memory device. / David С. Mc. Clure / США / - № 10/436,801 від Nov.9, 2004. 2. Пат. US 6687173 B2, МПК H11С 29/00. Circuit for testing ferroilectric capacitor in FRAM. / Нее Bok Kang, Hun Woo Kye, Duck Ju Kim, Je Hoon Park, Geun Ii Lee / Республіка Корея / - № 10/166,613 від Feb.3, 2004. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Електронний пристрій для вимірювання параметрів сегнетоелектричних конденсаторів складається з генератора різнополярних імпульсів, що подаються на ланку з послідовно з'єднаних сегнетоелектричного конденсатора і еталонної ємності та вимірювального блока, підключеного до еталонної ємності, який відрізняється тим, що вихідний каскад генератора різнополярних імпульсів виконаний у вигляді двох ключових елементів, що знаходяться у закритому стані і переходять у відкритий стан почергово один за одним під час генерації відповідно поляризуючих та деполяризуючих імпульсів, між струмовими навантаженнями яких підключено ланку з сегнетоелектричного конденсатора і еталонної ємності, а еталонна ємність з′єднана також з диференційним входом осцилографа. 2 UA 107463 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3