Разработка методики определения параметров полупроводниковых электронных компонентов

Разработана методика метрологически обоснованного определения электрических параметров полупроводниковых электронных компонентов – диодов, стабилитронов, биполярных и полевых транзисторов – на основе экспериментальных вольт-амперных характеристик (ВАХ). Для обработки данных применен регрессионный анализ с линеаризацией физических моделей: уравнение Шокли для диода, линейная модель для участка стабилизации стабилитрона и передаточной характеристики биполярного транзистора, квадратичная модель для полевого транзистора. Оценка адекватности моделей выполнена с использованием коэффициента детерминации, QQ-графиков и критерия Шапиро-Уилка, что позволило статистически подтвердить нормальность распределения остатков. Проведена количественная оценка суммарной неопределенности измеряемых параметров с разделением случайной (статистической) и инструментальной составляющих в соответствии с ГОСТ 34100.3-2017. Инструментальная погрешность оценивалась методом предельных согласованных отклонений, статистическая – на основе доверительных интервалов коэффициентов регрессии. Для объединения составляющих применено геометрическое суммирование с расчетом эффективного числа степеней свободы по формуле Уэлча-Саттертуэйта. Экспериментальная апробация на лабораторном стенде ЭЭ‑ОЭ для выпрямительного диода 1N4007, стабилитрона 1N5338B, биполярного транзистора BD139-16 и полевого транзистора IRF740 показала, что во всех случаях доминирующий вклад в итоговую погрешность вносит статистическая составляющая, обусловленная отклонением реальных тепловых и физических процессов в кристаллах от идеализированных моделей, особенно в области больших токов. Полученные интервальные оценки параметров могут быть использованы для контроля качества и метрологического сопровождения полупроводниковых компонентов.

1. Toledo F.J., Blanes J.M., Galiano V. Two-Step Linear Least-Squares Method For Photovoltaic Single-Diode Model Parameters Extraction. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018;65(8):6301–6308. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2793216

2. Rohrer R., Fan S.P., Claudio L. Automated bipolar junction transistor d.c. model parameter determination. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1971;6(4):260–262. https://doi.org/10.1109/JSSC.1971.1050176

3. Цветков Р.В., Сушников В.А., Ванина П.Ю., Мешалкина М.Н. Моделирование влияния биения сверла при изготовлении упругого элемента тензорезисторного датчика силы в виде двойной консольной балки на точность измерения датчиков силы. Перспективы науки. 2024;(4):129–133.

4. Vuddagiri T.V.S.N., Das S. Determination of Semiconductor Diode Parameters Using Multi-Objective Quantum-Inspired Particle Swarm Optimization Algorithm. In: Proceedings of the SoutheastCon 2025, 22–30 March 2025, Concord, NC, USA. IEEE; 2025. P. 1334–1335. https://doi.org/10.1109/SoutheastCon56624.2025.10971617

5. Стрельчук А.М., Лебедев А.А., Булат П.В. Характеристики выпрямительных диодов Шоттки на основе карбида кремния при повышенных температурах. Физика и техника полупроводников. 2020;54(12):1364–1367. https://doi.org/10.21883/FTP.2020.12.50238.9494

6. Cheung S.K., Cheung N.W. Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics. Applied Physics Letters. 1986;49(2):85–87. https://doi.org/10.1063/1.97359

7. Almashary B.A. Genetic Algorithm Based Diode Model Parameters Extraction. Journal of King Saud University. Engineering Sciences. 2006;18(2):249–260. https://doi.org/10.1016/S1018-3639(18)30838-9

8. Olikh O. Review and test of methods for determination of the Schottky diode parameters. Journal of Applied Physics. 2015;118(2):024502. https://doi.org/10.1063/1.4926420

9. Dib S., De La Bardonnie M., Khoury A., Pelanchon F., Mialhe P. A new method for the extraction of diode parameters using a single exponential model. Active and Passive Electronic Components. 2000;22(3):157–163. https://doi.org/10.1155/2000/31390

10. Popov S.A., Korchagin A.F. Multiple-Response Models for Calculating Electronic Device Parameters. Measurement Techniques. 2003;46(4):391–396. https://doi.org/10.1023/A:1024873315296

11. Baturina N.Yu., Kalienko I.V. Construction of Two-Dimensional Regression Models of the Current-voltage Characteristics of the Output Current of Field-Effect Transistors Using the PLExp Information System. Measurement Techniques. 2020;62(11):980–988. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01723-1

12. Ocaya R. Extraction of Semiconductor Diode Parameters: A Comparative Review of Methods and Materials. Cham: Springer; 2024. 174 p.

13. Meshalkina M., Sushnikov V., Kryzhova N. The estimation of formaldehyde concentration in indoor air. MATEC Web of Conferences. 2018;245(8):03003. https://doi.org/10.1051/matecconf/201824503003

14. Бирюков В.Н. Определение параметров модели полевого транзистора в равномерном приближении. Журнал радиоэлектроники. 2025;(10). (На англ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.10.5

15. Цветков Р.В., Сушников В.А., Ванина П.Ю., Мешалкина М.Н. Моделирование влияния неточности позиционирования сверла при изготовлении упругого элемента тензорезисторного датчика силы в виде двойной консольной балки. Перспективы науки. 2024;(4):134–137.

16. Tretyakov T.I., Nikolayev I.I., Drozdova A.A. Software Module for Determining Parameters of a Bipolar Transistor SPICE-Model Using Static Volt-Ampere Characteristics. In: Proceedings of the 2023 IEEE 24th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM), 29 June – 30 July 2023, Novosibirsk, Russia. IEEE; 2023. P. 490–494. https://doi.org/10.1109/EDM58354.2023.10225154

17. Григорьян Л.Р., Богатов Н.М., Григорьян Р.Л., Сахно М.А. Фазовые методы решения измерительных задач контроля параметров электронных устройств. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2025;(4):116–124. https://doi.org/10.21685/2307-5538-2025-4-14

18. Vatansever F., Boz A.F. Diode parameter extractions and comparisons using the least square method, neural networks and genetic algorithms. Scientific Research and Essays. 2010;5(10):1155–1163.