摘要：近年来，随着半导体产业的快速发展，人们对于半导体产品的性能也提出了更高的要求。如何确保半导体的性能满足使用需求成为当前生产企业需要着重研究的课题之一，在半导体生产中，需要对其进行相应的测试工作。当前虚拟仪器技术在半导体测试中得到了较为广泛的应用。鉴于此，文章对虚拟仪器技术进行了分析，并对其在半导体测试中的应用进行了研究，以供参考。
关键词：虚拟仪器技术；半导体测试；应用分析
1半导体材料概述
1.1半导体材料
半导体是一种在导电性上介于金属与绝缘体之间的材料。其中，由一类元素构成的半导体被称作元素半导体，比如Si和Ge。硅是当前电路生产中使用最普遍的一种半导体材料，而且应用前景广阔。
1.2半导体材料的生长
(1)区熔硅单晶。这是晶体生长的常用方法之一，不需要坩埚，因此也就避免了污染的产生，能够生成杂质含量非常低的单晶，也可用来进行提纯处理。
(2)直拉硅单晶。这种方法是将材料放入坩埚中，经过加热将其熔化，将籽晶加入其中，不断旋转，依靠其中的温度梯度生成单晶。该种方法的效率非常高，且容易实现大直径化。
(3)MCZ法硅单晶。这种方法也是直拉法的一种，它是在常规方法中添加了一个强磁场，以有效抑制热对流，实现单晶的生长。该种方法可有效的减少氧含量，提高电阻率均衡性。
1.3半导体的型号
在单晶生产过程中，根据掺杂元素的不同，可以将其分为以下两类：P型与N型。半导体的型号是非常重要的，是生产有关器件的关键依据，在很大程度上影响器件的性质，因此必须划分清楚。
1.4晶向
在常压下，单晶有着不变的熔点、沸点以及结构。在研究过程中，人们将晶格的排列进行了划分。而在其生长过程中，单晶是沿着一定的晶向生长的，最终实现晶格的规则化排列。
2虚拟仪器介绍及其优点
虚拟仪器的概念由美国国家仪器公司在上世纪80年代提出，其核心思想是将计算机作为硬件支持，把传统仪器的部分功能以计算机软件技术进行表达，通过计算机的机能实现数据接收、运算、处理、存储、显示等功能。虚拟仪器控制面板上没有传统仪器的实物按钮，虚拟仪器所需实现的功能由控制面板上多个“控件”图标来完成。其功能不仅与传统仪器实物按钮相同，而且还能实现传统仪器实物按钮无法实现的功能。如：远程控制，智能人机交互等。在近些年，由于计算机硬件性能的飞速发展，以及网络技术的广泛应用，使得虚拟仪器的适用范围越来越广，所能模拟的仪器越来越多，数据指标越来越高，对于实验室主要具有以下优点：(1)拓展性强、应用性强、开发时间短。(2)为实验者提供更为准确的实验依据，便于实验者进行数据处理和统计。(3)在一定程度上可以弥补仪器设备短缺、资源不足的问题。(4)具有多感知性、交互性和可重复性，利用虚拟平台可以将一些难于表述的问题更直观的展现出来。(5)虚拟仪器平台的开放性使得实验内容、实验方式灵活多变。(6)虚拟实验室不受时间和空间限制，在培养科研型学生的实际操作技能方面起到积极的作用。(7)解决精密仪器已坏、实验耗材昂贵的问题。
3信号分析内容
虚拟仪器利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板;以多种形式表达输出结果;利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理;利用计算机强大的软件功能来实现信号的运算、分析和处理，从而完成各种测试功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为虚拟仪器与计算机同步发展，与网络及其他外围设备互联，用户只需改变软件程序或改变软件模块的组合，就可以扩展和增强它的测试和分析功能，真正体现了“软件就是仪器”的概念。
目前有多种类型的虚拟仪器软件平台，其中使用较多的是NI公司开发的LabVIEW。LabVIEW采用编译型图形化编程语言，使原来复杂、繁琐、费时的语言编程得到简化。与传统的编程语言相比，采用LabVIEW图形化编程方式可以节省程序开发时间，而运行速度几乎不受影响。除了具备其他语言所提供的常规函数功能以外，LabVIEW中还集成了大量的生成图形界面的模板，具有丰富的数值分析、数字信号处理功能以及多种硬件设备驱动功能。
3.1信号的时域波形分析
信号的时域描述能够直观地反映信号幅值随时间变化的特征。对于周期信号，在信号的时域图形上，除能得到信号幅值随时间变化的特征外，还能够得到信号的频率、幅值及相位等特征。实验中，选择不同频率(基频)和幅值的正弦波信号、周期方波信号和周期三角波信号，观察和记录各信号的时域波形。在周期信号中加白噪声信号，观察和记录信号的时域波形。要求学生通过信号的时域波形分析，掌握在波形图中读取信号特征的方法。
3.2周期信号的合成与分解分析
根据傅里叶变换理论，任何周期信号都可以展成三角函数级数的形式，即周期函数可以看作三角函数的合成。实验中，通过选择不同谐波次数，观察和记录周期方波和周期三角波分解的各谐波波形和合成结果，可以对傅里叶变换理论有进一步的理解。
3.3信号的频谱分析
信号的时域描述虽能够直观地反映信号幅值随时间变化的特征，但当信号频率成分较多时，不能揭示信号的频率结构特征。为了解决复杂信号的观察和分析问题，可应用傅里叶变换将信号转成频谱形式，即频域描述形式。频域描述可以反映信号的各频率成分的幅值和相位特征。周期函数的频谱形式可为单边或双边;而瞬变非周期信号的频谱形式只为双边。实验中，分别选择不同频率(基频)和幅值的正弦波信号、周期方波信号和周期三角波信号，观察和记录它们的频谱形式;在周期信号中加白噪声信号，观察和记录它们的频谱形式。通过频谱分析，掌握不同信号的频谱特点。
3.4信号的相关分析
信号的相关是指信号之间的线性关系，分为自相关和互相关。两个信号的相关分析可提取到信号更深层次的特征。周期信号与其自相关函数具有相同的周期。随机信号若含有周期成分，其自相关函数在时间τ很大时都不衰减，并具有明显的周期性，不含周期成分的随机信号。当时间τ稍大时自相关函数就将趋近于零。在工程测试中，可以利用这一原理滤除随机信号的影响，识别测试信号中是否存在周期信号。实验中，选择不同频率和幅值的正弦波信号，观察和记录信号的自相关函数形式，再在周期信号中加白噪声信号，观察和记录信号的自相关函数形式，指出所能提取的周期信号。两信号的互相关函数的峰值偏离原点位置时间τ0，反映两信号时移的大小。不同频的两个周期信号，其互相关函数为零，周期信号与随机信号的互相关函数为零。选择同频率和不同频率的两个正弦波信号，通过互相关，分别观测和记录它们的相关程度。选择一个正弦波信号和一个白噪声信号，通过互相关，观测和记录其相关程度
结语
综上所述，与其他传统的测试技术相比，虚拟仪器技术拥有更多的优势，同时虚拟仪器技术的应用也可以有效减少测试工作的成本。所以，在进行半导体测试工作中，应注重对虚拟仪器的应用。值得注意的是，虚拟仪器应用软件在很大程度上决定了半导体测试系统的功能，这就需要测试系统研发设计人员充分了解测试对象和测试过程，注意测试系统的实用性、可靠性及运行稳定性。
参考文献
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论文作者:贺华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：信号论文; 周期论文; 半导体论文; 虚拟仪器论文; 时域论文; 测试论文; 频谱论文; 《电力设备》2018年第19期论文;