[發明專利]一種基于拓展柵晶體管的非接觸式實時靜電監測方法

在審

• 申請號: 202010153268.4
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111443270A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 朱國棟;劉蔚林
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于電子技術領域，具體為一種基于拓展柵晶體管的非接觸式實時靜電監測方法。本發明以場效應晶體管為主體，用導體將場效應晶體管的柵極拓展作為監測端；在場效應晶體管的源極和漏極之間加上恒定的電壓，將柵極引出的監測端以非接觸的方式靠近帶靜電的物體，通過監測源極與漏極之間的電流，以及監測端與被測物體間的距離，可以得到靜電的電位。本方法可用于環境或物體的實時靜電監測。本發明方法主要解決現有技術中設計復雜、成本較高的問題。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，具體涉及一種基于拓展柵晶體管的非接觸式實時靜電監測方法。

背景技術

靜電作為一種普遍物理現象，近年來伴隨著集成電路的飛速發展和高分子材料的廣泛應用，靜電的作用力、放電和感應現象引起的危害十分嚴重，尤其是在工業領域。美國統計，美國電子行業部門每年因靜電危害造成損失高達100億美元，英國電子產品每年因靜電造成的損失為20億英鎊，日本電子元器件的不合格品中不少于45%的危害是因為靜電放電(ESD)造成的。問題嚴重性還在于很多人對靜電危害的認識不足和防靜電知識的無知，常把一些因ESD造成的設備性能下降或故障，誤認為是元器件早期老化失效。

同時，靜電對安全生產、產品質量有著極大的危害。靜電放電不僅可以導致易燃易爆物的燃燒、爆炸，而且對生物體有著負面的影響，例如導致心律失常、血鈣流失，影響中樞神經等。所以靜電的監測與防護已成為國家非常重視的一個研究領域。

目前市場上存在的一些實時的靜電監測的工具和方法，存在價格高昂，結構和方法復雜等問題。本發明涉及一種基于拓展柵場效應晶體管的非接觸式實時靜電監測方法，所涉及器件結構簡單、易于實現。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對現有靜電監測中實時監測成本較高，結構復雜等問題，提供一種設計簡便、成本較低的非接觸式的實時的靜電監測方法。

本發明提供的非接觸式實時靜電監測方法，以場效應晶體管為主體，用導體將場效應晶體管的柵極拓展作為監測端；在場效應晶體管的源極和漏極之間加上恒定的電壓，將柵極引出的監測端以非接觸的方式靠近帶靜電的物體，通過監測源極與漏極之間的電流，以及監測端與被測物體間的距離，得到靜電的電位。

本發明提供的非接觸式實時靜電監測方法，具體步驟為：

首先，搭建測量系統。用一根導電線，其一端與晶體管柵極電連接（作為拓展柵），另一端作為靜電傳感的探頭，也可在該導電線另一端電連接另一任意形狀的導電結構作為靜電傳感的探頭；參見圖1所示。

所述晶體管可為各類性能穩定的晶體管，包括：硅晶體管、氧化物晶體管、有機晶體管以及其它基于各類新型半導體材料的晶體管器件。晶體管同樣可具有諸如底柵底接觸、頂柵頂接觸、頂柵底接觸等各類結構配置。

所述導電線具有優良的電導特性，其材質可為各類導電金屬、導電聚合物、各類導電復合漿料以及其它各種能提供良好導電性的材料等。導電線條直徑或寬度、厚度等不做要求，只要能保證良好的導電性能即可。導電線條的長度小于1米為佳，過長的導電線條容易導致過大的環境噪聲干擾，影響靜電測量準確度。

在采用該晶體管實現待測物非接觸靜電電位測量前，先確定晶體管如下基本參數：遷移率μ值和閾值電壓V_t值。晶體管在飽和區工作時其源漏電流I_ds可由公式（1）確定：

（1）

式中，W和L分別為晶體管溝道寬度和長度，C_i為晶體管介質層單位面積電容，V_g為晶體管工作時所施加柵壓。按照標準的晶體管測試流程，可先測定晶體管的轉移特性曲線，對曲線數據點采用公式（1）進行擬合處理，即可獲得晶體管遷移率μ值和閾值電壓V_t值。