MODUL I Karakterisasi Divais Semiconduktor dengan Semiconductor Parameter Analyzer HP 4145B
A. Tujuan 1. Mengetahui cara mengkarakterisasi divais semikonduktor 2. Mempelajari cara pengoperasian SPA HP 4145B 3. Mengevaluasi karakteristik I-V divais semikonduktor
B. Dasar Teori Setelah sebuah divais berhasil difabrikasi, langkah selanjutnya adalah melakukan karakterisasi. Karakterisasi ini diperlukan untuk memastikan apakah divais yang difabrikasi memiliki karakteristik seperti yang diinginkan. Karakterisasi juga dilakukan untuk memeriksa karakteristik divais dengan struktur baru yang karakteristiknya sama sekali belum diketahui. Diantara perangkat yang digunakan untuk karakterisasi divais semikonductor adalah Semiconductor Parameter Analyzer 4145B dari Hewlett-Packard (1986-1994). SPA 4145B merupakan intrumen yang memiliki performa tinggi dan dapat digunakan untuk mengukur, menganalisa, dan menampilkan secara grafis karakteristik DC dari berbagai divais semikonduktor seperti diode, BJT, FET, IC, dan divais lainnya. Aplikasi utama dari HP 4145B ini meliputi evaluasi divais baru, pemilihan komponen untuk disain rangkaian, inspeksi input/output, pengendalian proses semikonduktor, quality control dan untuk menjamin kualitas divais yang dibuat. Tampilan pada SPA ini sepenuhnya grafis sehingga mudah untuk digunakan mulai dari hasil pengukuran, setup pengukuran, pesan error dan analisa data. Hasil pengujian dapat ditampilkan dalam salah satu dari empat mode, grafik, list, matriks dan schmoo. HP 4145B dilengkapi dengan 4 SMU (Source Monitor Unit). Setiap saluran SMU memiliki tiga mode operasi, yaitu voltage source/current monitor (V), current source/voltage monitor (I), dan common (COM). Sumber tegangan dan sumber arus dapat dibuat konstan atau berubah-ubah. Perubahan sumber tegangan dan arus dapat dibuat linear atau logarimik. Setiap SMU dapat diatur baik sebagai sumber tegangan atau arus.
HP 4145B ini dilengkapi dengan media untuk disket menyimpan sistem operasi, setup pengukuran dan hasil pengukuran. Fitur-fitur yang dimiliki SPA 4145B antara lain: -
Fully automatic, dapat mengkarakterisasi sifat dc divais semikonduktor dengan cepat.
-
Memiliki resolusi pengukuran yang tinggi, dapat mengukur arus dan tegangan untuk rentang I: 1pA - 100mA, V: 1mV - 100V
-
Fungsi analisis grafik yang fleksibel untuk mengekstrak parameter yang diinginkan secara cepat.
-
Dilengkapi dengan disket untuk menyimpan 240 program atau 105 hasil pengukuran.
-
Dilengkapi dengan 4 SMU (Source Monitor Unit), masing-masing dapat digunakan sebagai sumber tengangan/monitor arus atau sebagai sumber arus/ monitor tegangan. SMU ini memiliki range mulai dari: V: ± 1 mVdc sampai ± 100 Vdc I: ± 1 pAdc to ± 100 mAdc (resolusi ±50 fA pada mode pengukuran arus)
-
Memiliki akurasi pengukuran sbb: V: ±1.15% sampai ± (0.15%+40mV) I: ±1.4% sampai ± 1.8%
-
Memiliki kecepatan pengukuran sampai 180 pengukuran per detik
Tampilan SPA 4145B
C. Peralatan Praktikum 1. Semiconductor Parameter Analyzer HP 4145B 2. Digital microscope 3. Micro Probe station 4. Pinset 5. Divais semikonduktor (Transistor, diode dll) 6. Perangkat computer 7. Software pengambil data pengukuran
D. Rangkaian Percobaan
Koneksi antara SPA, Micro Probe Station, dan PC
E. Prosedur Percobaan 1. Aktifkan SPA 4145B dan PC yang akan digunakan; 2. Aktifkan program Agilent Capture Picture; 3. Periksa hubungan antara SMU dan konfigurasi channel; 4. Letakkan divais yang akan diukur pada Micro Probe Station dan kemudian letakkan probe sesuai dengan variabel dan channel dari SMU yang digunakan; 5. Pastikan divais semikondutor yang akan diukur sudah terpasang dengan baik dan benar; 6. Tentukan variabel yang akan diukur (VBE, IBE, VC, IC, Vstep, max dan min, dll); 7. Tentukan variabel pengkuran yang akan digunakan dalam grafik; 8. Lakukan pengukuran dengan menekan tombol single;
9. Amati dan catat besaran pengukuran dengan menggunakan kursor yang telah disediakan; 10. Ambil gambar grafik yang terdapat pada SPA4145B dengan menggunakan software Agilent Capture Picture.
F. Tugas 1. Cari kurva karakteristik divais yang akan diukur dari website. 2. Amati dan gambar hasil pengukuran secara grafis. 3. Catat hasil pengukuran dengan melihat data dari mode tampilan list. 4. Analisa perbedaan yang terjadi pada hasil pengukuran dan dari datasheet; 5. Ulangi praktikum untuk divais semikonduktor yang berbeda.
MODUL 2 Karakterisasi BJT dan FET dengan Tektronix Curve Tracer 576
A. Tujuan 1. Mengetahui cara mengkarakterisasi divais semikonduktor 2. Mempelajari cara pengoperasian Curve Tracer 576 untuk mengkarakterisasi divais semikonduktor 3. Mengevaluasi karakteristik I-V BJT dan FET.
B. Dasar Teori Semiconductor Parameter Analyzer sebagaimana dijelaskan pada Modul 1 umumnya digunakan untuk mengkarakterisasi divais semikonduktor sebelum divias memiliki kaki (terminal). Setelah divais semikonduktor diberikan kaki terminal, proses karakterisasi dapat dilakukan dengan menggunakan Curve Tracer 576 dari Tektronix. Curve Tracer merupakan alat uji divais semikonduktor yang bersifat dinamis yang memungkinkan untuk menguji kurva karakteristik dari divais berkaki dua atau tiga termasuk di dalamnya diode, bipolar transistor, dan JFET, MOSFET dll. Dengan menggunakan Curve Tracer, transistor-transistor dapat diuji dalam beberapa mode operasi seperti common emitter dan common base. Selain tegangan DC, Curve Tracer 576 juga memiliki sumber AC yang dapat digunakan untuk mencatu kolektor. Curve tracer juga dilengkapi dengan step generator untuk arus dan tegangan.
Tampilan Curve Tracer 576
Oscilloscope Controls
Test Fixture dan Terminal Selector Switch
Step Generator Controls
Collector Supply
C. Peralatan Praktikum 1. Tektronix Curve Tracer 576 2. Laptop dengan wifi 3. Divais semikonduktor (BTJ, FET, dll)
D. Prosedur Percobaan 1. Hubungkan terminal divais (BJT/FET) ke terminal yang sesuai pada Standard Test Fixture 2. Pasang kabel power Curve Tracer 576 ke jaringan listrik 3. Biarkan Curve Tracer siap dalam beberapa menit. 4. Atur Curve Tracer dan panel kendali Standard Test Fixture sebagai berikut VERTICAL DISPLAY OFFSET CENTERLINE HORIZONTAL Vertical POSITION Vertical FINE POSITION Horizontal POSITION Horizontal FINE POSITION
1mA NORM (OFF) VALUE 0 2V COLLECTOR Centered Centered Centered Centered
ZERO CAL DISPLAY INVERT ΜΑΧ PEAK VOLTS PEAK POWER WATTS VARIABLE COLLECTOR SUPPLY POLARITY MODE NUMBER OF STEPS CURRENT LIMIT AMPLITUDE (IB/Step) OFFSET STEPS PULSED STEPS STEP FAMILY
Released Released Released 15 0.5 Fully Counterclockwise +NPN NORM 5 20 mA 10 μΑ ZERO Pressed Released REP ON
RATE POLARITY INVERT STEP MULT .1 x Terminal Selector
NORM Released Released BASE TERM STEP GEN (EMITTER GROUNDED) OFF
LEFT-OFF-RIGHT
5. Pindahkan LEFT-OFF-RIGHT switch ke RIGHT dan putar VARIABLE COLLECTOR SUPPLY control searah jarum jam. Atur NUMBER OF STEPS, AMPLITUDE (IB/STEP), VERTICAL dan HORIZONTAL jika perlu.
E. Tugas 1. Cari kurva karakteristik divais yang akan diukur dari website. 2. Amati dan gambar hasil pengukuran. 3. Ulangi praktikum untuk divais semikonduktor yang berbeda.
