커브 트레이서란?
커브 트레이서는 반도체 소자에 전압을 인가했을 때, 그 전압과 흐르는 전류의 관계를 디스플레이에 표시하는 장치입니다.
전압-전류 특성의 그래프(곡선)를 추적하여 디스플레이에 표시하기 때문에 커브트레이서라고 부릅니다. 반도체 소자는 인가한 전압과 흐르는 전류의 관계가 비선형이며, 저항기처럼 비례 관계가 아닙니다.
따라서 반도체나 전자 소자의 전압 대 전류 특성을 측정하기 위해서는 전압을 변화시켜 전류 값을 측정하고 그 결과를 종이에 표시하는 등의 절차가 필요합니다. 반면, 커브 트레이서를 사용하면 전압-전류 특성을 디스플레이에 직접 표시할 수 있습니다.
커브 트레이서의 사용 용도
커브 트레이서는 반도체 소자 개발 시 특성 측정, 제조 부문의 소자 검사, 반도체를 사용하는 회로의 동작 검증 등의 장면에서 사용되고 있습니다. 주요 측정 대상은 다이오드, 바이폴라 트랜지스터, FET 등의 반도체 소자입니다.
반도체에서는 측정 대상에 인가한 전압을 서서히 변화시키면서 흐르는 전류를 측정합니다. 이에 반해, 커브트레이서의 표시부에서는 X축 방향이 전압값을, Y축 방향이 전류값을 표시함으로써 전압에 대한 전류값의 관계를 그래프로 그려줍니다.
또한, 고전압을 인가하는 경우나 높은 전류를 흘리는 경우 등에는 각각에 맞는 옵션 전원이 준비되어 있어 다양한 디바이스에 대응할 수 있도록 장비가 준비되어 있습니다.
커브 트레이서의 원리
1. 다이오드 측정
측정 대상이 다이오드인 경우, 양극과 음극 사이에 디바이스 구동용 전원을 연결하고 인가하는 전압의 최대값 Vmax와 최소값 Vmin을 설정하면, 전원은 그 사이의 전압을 50Hz~60Hz의 주파수로 자동적으로 스위핑합니다. 또한 이때 다이오드에 흐르는 전류 값을 측정합니다.
한편, CRT의 수평 스위프 회로에서는 반도체 소자 구동용 전원 전압을 입력 신호로, 수직 스위프 회로에서는 다이오드에 흐르는 전류를 입력 신호로 하여 인가 전압에 대한 전류 특성(V-I 특성)이 CRT에 그려집니다.
2. 트랜지스터 측정
바이폴라 트랜지스터/FET의 측정에서는 스텝 제너레이터를 이용한 전류원/전압원을 베이스/게이트 전극에 연결합니다. 디바이스 구동용 전원은 이미터/소스와 컬렉터/드레인 사이에 연결하여 인가하는 전압의 최대값 Vmax와 최소값 Vmin을 설정해 둡니다.
바이폴라 트랜지스터의 경우
베이스 전류를 스텝퍼 제너레이터로 단계적으로 가변하고, 이때의 이미터-콜렉터 간 전압과 콜렉터 전류를 CRT에 표시하면 트랜지스터의 정적 특성 곡선이 그려집니다.
FET의 경우
게이트 전압을 스텝 제너레이터로 단계적으로 변화시키면, 소스-드레인 간 전압과 드레인 전류의 관계를 나타내는 FET의 정적 특성 곡선이 그려집니다.
커브 트레이서는 표시부에 CRT를 사용하는 것을 전제로 만들어진 것입니다. 그러나 CRT가 거의 생산되지 않게 되면서 기존 방식의 커브 트레이서는 사라졌습니다.
대신 PC에 전압-전류 특성 데이터를 입력받아 디스플레이에 특성 곡선을 그리는 것이 제품화되어 있습니다.
커브 트레이서의 구성
커브 트레이서는 디바이스 구동을 위한 전원, 트랜지스터의 베이스 전류와 FET의 게이트 전압을 제어하기 위한 스텝 제너레이터, CRT와 그 수평 스윕 회로, 수직 스윕 회로 등으로 구성되어 있습니다.
커브 트레이서의 기타 정보
반도체 파라미터 분석기
커브트레이서는 반도체의 기본적인 특성을 파악하는데 매우 유용한 측정기이며, 특히 디바이스 제조업체에서는 연구개발부터 제품 검사에 이르기까지 모든 공정에서 활용되는 기본 측정기입니다. 반도체 디바이스의 사용자 수용 검사에도 사용되기도 하며, 이전에는 일본 업체에서도 몇 개 업체가 생산했지만 현재는 일부 업체를 제외하고는 철수한 상태입니다.
한편, 태양광 패널 평가용으로 개발된 커브트레이서가 새롭게 판매되고 있다. 또한, 커브 트레이서를 대신하여 사용되고 있는 것이 반도체 파라미터 분석기입니다.
이는 여러 개의 전압원과 전류원을 갖추고 컨트롤러(PC)에서 전압과 전류를 제어하여 반도체의 특성을 측정하는 장비입니다.