Разработка программного обеспечения для автоматизации измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых гетероструктур

Аннотация. Статья посвящена созданию программного обеспечения, позволяющего автоматизировать процесс измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых гетероструктур. Эти результаты могут быть полезны для определения базовых параметров полупроводников, которые трудно измерить прямыми методами в их числе: тип проводимости и концентрация легирующих примесей полупроводника.

Abstract. The article is devoted to the creation of software that automates the process of measuring the capacitance-voltage characteristics of semiconductor heterostructures. These results can be useful for determining the basic parameters of semiconductors, which are difficult to measure by direct methods, including the type of conductivity and the concentration of dopants of the semiconductor.

Разрабатываемое программное обеспечение предназначено для автоматизированной установки для измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых гетероструктур. В состав измерительной установки входит: персональный компьютер, генератор сигналов произвольной формы (ГСПФ-053), измеритель иммитанса Е7-20 [1]. Структурная схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема автоматизированной установки

Программное обеспечение автоматизированной установки написано в интегрированной среде разработки IDE от Microsoft – Visual Studio, на языке программирования C++, и представляет собой большой проект, состоящий из трех основных частей – программа управления генератором сигналов, программа управления измерителем ёмкости, пользовательский интерфейс.

1) Программа управления генератором сигналов 

Программа управления генератором сигналов произвольной формы предназначена для установления требуемых сигналов с необходимыми параметрами на выходе генератора. Лицевая панель программы представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Лицевая панель программы управления ГСПФ-053

2) Программа управления измерителем емкости

Управление измерителем иммитанса Е7-20 может происходить двумя способами: с помощью кнопок управления на самом устройстве, а также с помощью программного обеспечения с персонального компьютера. 

Программа управления измерителем имеет максимально просто и интуитивно понятный интерфейс, приближенный к лицевой панели прибора.

Интерфейс программы управления измерителем емкости представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Интерфейс программы управления измерителем емкости

3) Пользовательский интерфейс программы управления автоматизированной установки представляет собой лицевую панель, содержащая в себе вкладки “Файл”, “Измерения” и координатную сетку, в которой строится график вольт-фарадной характеристики. На рисунке 4 представлен внешний вид лицевой панели программы управления.

Рисунок 4. Лицевая панель программы управления

При выборе в меню вкладки “Измерения” открываются вкладки “Старт”, “Стоп” и “Опции”. Вкладка “Стоп” является не активной, пока не будет запущен старт измерения. Реализация вкладки “Измерения” представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Демонстрация открытия вкладки “Измерения”

При выборе вкладки меню “Опции” открывается дополнительное диалоговое окно, в котором задаются параметры необходимые для проведения измерения вольт-фарадной характеристики, такие как частота, коэффициент усиления, начальное и конечное напряжение, шаг по напряжению, пауза между измерениями, количество точек для усреднения. Дополнительные возможности — это подавать напряжение от минимального к максимальному и обратно (туда и обратно), а также занулять напряжение после окончания измерений. Реализация вкладки “Опции” представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Демонстрация работы вкладки “Опции”

Изменяя параметры в вкладке “Опции” изменяются параметры подачи сигнала ГПСФ-053 (частота, усиление, начальное и конечное напряжение, шаг по напряжению, туда и обратно, занулить напряжение) и параметры измерения емкости при помощи измерителя Е7-20 (пауза между измерениями, количество точек для усреднения). В настоящий момент это автоматизировано только в одну сторону, т.е. если менять параметры в самих устройствах, то в панели “Опции” параметры изменяться не будут, и измерение будет проходить именно с параметрами во вкладке “Опции”.

На рисунке 7 представлена блок-схема поясняющая работу программного обеспечения.

Рисунок 7. Блок-схема программного обеспечения