电子科技大学微电子器件实验报告MICRO-1

电⼦科技⼤学微电⼦器件实验报告MICRO-1
电⼦科技⼤学
实验报告（实验）课程名称微电⼦器件
实验⼀：双极晶体管直流特征的测量
学⽣姓名：
学号：201203******
指导教师：刘继芝
实验地点：211楼605
实验时间：2015、6、
⼀、实验室名称：微电⼦器件实验室
⼆、实验项⽬名称：双极晶体管直流特征的测量
三、实验学时：3
四、实验原理：
1．XJ4810半导体管特性图⽰仪的基本原理⽅框图
XJ4810图⽰仪的基本原理⽅框图如图1-3所⽰。

其各部分的作⽤如下。

（1）基极阶梯信号发⽣器提供必须的基极注⼊电流。

（2）集电极扫描电压发⽣器提供从零开始、可变的集电极电源电压。

（3）同步脉冲发⽣器⽤来使基极阶梯信号和集电极扫描电压保持同步，以便正确⽽稳定地显⽰特性曲线（当集电极扫描电压直接由市电全波整流取得时，同步脉冲发⽣器可由50Hz 市电代替）。

（4）测试转换开关是⽤于测试不同接法和不同类型晶体管的特性曲线和参数的转换开关。

（5）放⼤和显⽰电路⽤于显⽰被测管的特性曲线。

（6）电源（图中未画出）为各部分电路提供电源电压。

2．读测⽅法（以3DG6 npn 管为例）
（1）输⼊特性曲线和输⼊电阻R i
在共射晶体管电路中，输出交流短路时，输⼊电压和输⼊电流之⽐为R i ，即
常数
=??=CE V B BE
i I V R 它是共射晶体管输⼊特性曲线斜率的倒数。

例如需测3DG6在V CE = 10V 时某⼀⼯作点Q 的R i 值，晶体管接法如图1-4所⽰。

各旋钮位置为：
峰值电压范围 0~10V
极性（集电极扫描）正（+）
极性（阶梯）正（+）
功耗限制电阻 0.1~1k Ω（适当选择）
x 轴作⽤电压0 .1V/度 y 轴作⽤
阶梯作⽤重复
阶梯选择 0.1mA/级
测试时，在未插⼊样管时先将x 轴集电极电压置于1V/度，调峰值电压为10V ，然后插⼊样管，将x 轴作⽤扳到电压0.1V/度，即得V CE =10V 时的输⼊特性曲线。

这样可测得图1-5；
.200101.002.0310Ω=?=??=-=V V
B BE i CE I V R
图1-4 晶体管接法图1-5 晶体管的输⼊特性曲线
（2）输出特性曲线、转移特性曲线和β、h FE 、α
在共射电路中，输出交流短路时，输出电流和输⼊电流增量之⽐为共射晶体管交流电流放⼤系数β。

在共射电路中，输出端短路时，输出电流和输⼊电流之⽐为共射晶体管直流电流放⼤系数h FE 。

晶体管接法如图1- 4所⽰。

旋钮位置如下：
峰值电压范围 0~50V
极性（集电极扫描）正（+）
极性（阶梯）正（+）
功耗限制电阻 0.1~1k Ω
x 轴集电极电压2V/度
y 轴集电极电流2mA/度
阶梯选择 0.02mA/级
阶梯作⽤重复
调节峰值电压得到图1-6所⽰共射晶体管输出特性曲线。

并可读得
11002.02.21001.010********==??=???? ??===???? ??====B
C V CE V mA C I B C V CE V mA C I FE I I I I h ββ＞h FE 主要是因为基区表⾯复合等原因导致⼩电流β较⼩造成的。

β、h FE 也可⽤共射晶体管的转移特性图1-7进⾏测量。

只要将上述的x 轴作⽤开关拨⾄，即得到共射晶体管的转移特性。

这种曲线可直接观察β的线性好坏。

图1-6 共射晶体管输出特性的读测图1-7共射晶体管的转移特性
此外，在共射晶体管输出特性曲线中，当I B 为某⼀值时可读测出共射⼩讯号输出电导g ，它是I B 为某值时输出曲线的斜率，即
常数
=??=B I CE c
V I g
当接地选择打到“基极接地”，阶梯极性改为负（—），阶梯选择改为2mA/级（这时注⼊电流以为I E ），图⽰仪上则显⽰出共基晶体管输出特性，并可读测出α值：
常数
==
CB V E C I I α
（3）饱和压降V CES 和正向压降V BES
V CES 和V BES 是功率管的重要参数，对开关管尤其重要。

V CES 是共射晶体管饱和态时C —E 间的压降。

V BES 是共射晶体管饱和态时B —E 间的压降。

⼀般硅管的V BES =0.7~0.8V ，锗管的V BES =0.3~0.4V 。

V CES 的⼤⼩与衬底材料和测试条件有⼀定的关系。

V BES 与芯⽚表⾯的铝硅接触情况有关，铝硅合⾦不好，或光刻引线孔时残留有薄氧化层都会导致V BES 过⼤。

测试时，晶体管接法仍如图1-4所⽰。

当测试条件为I C =10mA 、I B =1mA 时，图⽰仪的旋钮位置如下：峰值电压范围
0~50V
功耗电阻 0.5~1K Ω
极性（集电极扫描）正（+）
极性（阶梯）正（+）
x 轴集电极电压0.05V/度
y 轴集电极电流1mA/度
阶梯信号选择 0.1mA/级
阶梯信号重复
级/族 10
调峰值电压，使第10级（即第11根）曲线与I C =10mA 的线相交，此交点对应的V CE 值即为V CES （如图1-8所⽰，V CES =0.15V ）。

将y 轴作⽤拨⾄，x 轴作⽤拨⾄基极电压0.1V/度，即得如图1-9所⽰的输⼊特性曲线。

此曲线与I B =1mA 的线交点对应的V BE 值即为V BES （如图1-9所⽰，V BES = 0.78V ）。

图1-8 V CES 的测量图1-9 V BES 的测量
（4）反向击穿电压BV CBO 、BV CEO 和BV EBO
外延⽚制作的双极晶体管的反向击穿电压V B （⼀般指BV CEO 或BV CBO ）既与外延层电阻率ρc 有关，也与结的曲率半径和表⾯状况等因素有关。

当⾼阻集电区厚度Wc ⼩于BV CBO 所对应的势垒宽度x mB 时，V B 还与W C 有关。

所以提⾼晶体管反向耐压可采取提⾼ρc 、W C ，减⼩⼆氧化硅中表⾯电荷密度，采⽤圆⾓基区图形，深结扩散、甚⾄采⽤台⾯结构、扩展电极或加电场限制环等措施。

BV CBO 是共基晶体管在发射极开路时输出端C —B 间的反向击穿电压。

BV CEO 是共射晶体管在基极开路时输出端C —E 间的反向击穿电压。

晶体管⼿册中（或实际测试中）的规定为：
BV CBO ——发射极开路，集电极电流为规定值时，C —B 间的反向电压值。

BV CEO ——基极开路，集电极电流为规定值时，C —E 间的反向电压值。

BV EBO ——集电极开路，发射极电流为规定值时，E —B 间的反向电压值。

理论上可推导出n o CBO CEO BV BV β+=1/对硅npn 管，n = 4。

硅双扩散管的基区平均杂质浓度＞＞Nc N B ，所以，⼀般BV CBO ＞BV CEO ＞BV EBO ，⽽锗合⾦管C B ＜＜N N ，所以，⼀般BV CBO ≈BV EBO ＞BV CEO 。

3DG6的BV CBO 和BV CEO 的测试条件为I C =100µA BV EBO 的为I E =100µA 。

晶体管的接法如图1-10所⽰。

旋钮位置为：
峰值电压范围 0~200V （测BV CBO ，BV CEO ）
0~20V （测BV EBO ）
极性（集电极扫描）正（+）
功耗电阻 5~50k Ω
x 轴集电极电压10V/度（测BV CBO ，BV CEO ）
1V/度（测BV EBO ）
y 轴集电极电流0.1mA/度
将峰值电压调整到合适的值，即可得到图1-11所⽰的值，图例表明BV CBO =70V ，BV CEO =40V 、BV EBO =7V 。

图1-10 测击穿电压时晶体管的接法
图1-11 晶体管击穿电压测量值的⽰意图
五、实验⽬的：
（1）学会识别常⽤的分⽴器件的三极管的引脚。

（2）掌握晶体管特征图⽰仪的⼯作原理。

（3）能熟练地运⽤其对双极晶体管的直流特性进⾏测试。

（4）能够运⽤理论知识分析实验结果。

六、实验内容：
（1）输⼊特性曲线和输⼊电阻R i
（2）输出特性曲线、转移特性曲线和β、h FE、
（3）饱和压降V CES和正向压降V BES
（4）反向击穿电压BV CBO、BV CEO和BV EBO
（5）反向电流I CBO、I CEO和I EBO
七、实验器材（设备、元器件）：
晶体管特征图⽰仪，3DG6，3AG6双极晶体管
⼋、实验步骤：
1.开启电源，预热5分钟，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”使显⽰清晰。

2.阅读实验注意事项
①每次测试时应把光点调到和坐标原点重合，测V CES、V BES时尤其要注意。

②每次测试前应把峰值电压调到最⼩，要缓慢进⾏调节，以免损坏仪器部件。

③测⾼反压管的反向耐压和反向电流时，功耗电阻应选⼤些，以免烧坏被测管。

④在满功耗附近测量共射晶体管输出特性时，扫描时间不能过长，以免损坏被测管，对未加散热器的
⼤功率管测试尤其要注意。

⑤⽤XJ4810图⽰仪鉴别晶体管类型pnp或npn和管脚极性时，应选⽤不会损坏被测管的低电压和⼩
电流。

例如V CE=0.3V、I C=1mA。

3.按照实验原理部分进⾏“输⼊特性曲线和输⼊电阻Ri ”的测量并记录数据。

4.按照实验原理部分进⾏“输出特性曲线、转移特性曲线和β、hFE”的测量并记录数据。

5.按照实验原理部分进⾏“饱和压降VCES和正向压降VBES”的测量并记录数据。

6.按照实验原理部分进⾏“反向击穿电压BVCBO、BVCEO和BVEBO”的测量并记录数据。

7.整理实验数据，撰写实验报告。

九、实验数据及结果分析：
九、实验结论：
1、在合适的测试条件下，三极管的三种击穿电压不同，从实验数据可以看出Vcbo较⼤。

2、三极管的输⼊特性曲线、输出特性曲线、转移特性曲线各有特征，本实验测出的三极管特性曲线和课本《微电⼦器件》上的基本符合。

⼗⼀、总结及⼼得体会：
本次实验学会识别常⽤的分⽴器件的三极管的引脚，了解了晶体管特征图⽰仪的⼯作原理，学会了如何对双极晶体管的直流特性进⾏测试。

⼗⼆、对本实验过程及⽅法、⼿段的改进建议：
实验室新购进了⼀批半导体图⽰仪，但到我们班级做实验的时候就只有少量的可以正常使⽤，建议将实验指导书打印成册，放
置在实验桌上，让同学们严格按照指导书上的步骤进⾏实验。

报告评分：
指导教师签字：。