半导体器件性能测试实验数据处理示例及思考题参考答案

实验四 晶体管（BJT）直流参数的测量 数据处理
表 4-1 IB/μA IC/mA VCE/V β 由表中数据可读出， 该管的饱和压降 VCES 表 4-2 IB/μA IC/mA VCE/V β 由于实验条件限制，本次测量无法读出该管的饱和压降。 表 4-3 P-N-P 型 Ge 晶体管的其他参数测量 ICB0/μA 集电极-基极反向饱和电流 集电极-发射极反向饱和电流 ICE0/μA P-N-P 型 Ge 晶体管的直流放大系数测量 15 20 25 30 35 40 45 50 55 饱和
① ②
实验要求使用半对数坐标进行绘制，此处将纵坐标转换为自然对数形式 实验讲义中对应公式有误 2 / 20
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上式中：
A 是理查德常数， A 8.7 A / cm2 K 2 ①； S 是势垒二极管的结面积， S 5 103 cm2 ； T 为测试温度，此处建议使用室温，即 T 298K ； k 8.63 106 eV / K ②；

IC ， 下同 IB
__ V（为集电极电流 I C 达到饱和时对应的 VCE ） 。
N-P-N 型 Si 晶体管的直流放大系数测量 10 20 30 40 50
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思考题
1、 在什么条件下能使三极管进入饱和状态？ 使三极管的发射结和集电结同时正偏。 对于一个 N-P-N 晶体管，要求基极电位较高，即 VBE
I V 特性呈现指数变化趋势。 6、 为什么正向连接的二极管，在小电流时阻抗很大？而在大电流时阻抗很小？ 阻抗与空间电荷区宽度有关，空间电荷区越宽，阻抗越大。 大电流时，空间电荷区部分电荷被复合掉，导致空间电荷区变窄，阻抗变小； 小电流时，阻抗变大。
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目录
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 表面势垒二极管的伏安特性 ................................................................................ 2 集成“与非”门电路的直流特性测试 ..................................................................... 5 晶体管动态参数特性检测实验 ............................................................................ 7 晶体管（BJT）直流参数的测量........................................................................... 8 P-N 结势垒电容的测量 ....................................................................................... 10 光电器件性能测试与应用 .................................................................................. 13 MOS 管静态参数的测试 ..................................................................................... 14 晶体管特征频率的测量 ...................................................................................... 18
CX C C
本次实验中忽略分布电容 CS 的存在，认为 C X
CS ，下同。
图 5-1
3AX31 突变结结电容 C X (CT ) 与偏压 V 关系曲线②（双对数坐标③）
表 5-2
3DG12 缓变结结电容 C X 与偏压 V 关系 0.4 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
I
VR ， R 50k R
ln I V 曲线
曲线拟合结果为 ln I __ __ V 1、 求解 n 因子 上式中斜率 B __ ，可用公式求解 n 因子： n 2、 求解势垒高度 Bn
q 1 kT B
Bn
kT AST 2 ② ln q I0
N min N1 , N 2 。
2、 试述 CMOS 集成电路与 TTL 集成电路的特点。 CMOS 集成电路： 抗干扰能力强、 逻辑摆幅大、 输入阻抗高、 温度稳定性好、 扇出能力强、 抗辐射能力好、 可控性好； TTL 集成电路： 速度快、传输延迟短、功耗大、驱动能力强。
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I 0e nkT 中的 n 1 ，但实际情况下由于 n 略大于 1，正向串联电阻大，
qV
反向漏电流大。由于半导体侧的电子在金属一侧感应出等效正电荷，使得半导体电子势 垒降低。 5、 本实验为什么要用半对数纸作图？ I 如何选取比较合理？ 电流数量级小，用半对数纸处理更加直观； 取点均在直线边缘两侧；
图 5-2
3DG12 缓变结结电容 C X (CT ) 与偏压 V 关系曲线（双对数坐标）
利用公式计算突变结的势垒厚度 和杂质浓度 N p 与缓变结势垒厚度 和杂质浓度梯度
aj ：
2 0 突变结： VD V q Np
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思考题
1、 一个“TTL”集成门电路能够驱动多大的直流负载？ 当输出为低电平时，设该“TTL”集成门电路能够驱动 N1 个非门， N1 I OL max / I IL ； 当输出为高电平时， 设该“TTL”集成门电路能够驱动 N2 个非门，N 2 I OH max / I IH ， 取
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0.811 开门电压为 D 点对应横坐标 1.120 关门电压为 C 点对应横坐标 4.41 输出高电平为 B 点对应纵坐标 输出低电平为 D 点对应纵坐标 0.22 短路电流为实验测得数据 1.33 6.65
空载通道功耗 Pkt
I rd Ec ，其中 Ec 5.0V 。
①
实验讲义中对应单位有误 5 / 20
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实验三 晶体管动态参数特性检测实验
数据处理
根据各参数值，绘制相应的特性曲线。
思考题
1、 引起三极管击穿低的原因有哪些？ 三极管中有两个不同半导体材料结合部形成的 PN 结，正常工作电压下，发射结工作在 正向偏置，集电结工作在反向偏置，当集电结上的反向电压超过其能够承受的反向电压 时，该电压就会将集电结形成的电子阻档层击穿，导致三极管损坏。还有一种击穿是流 过集电结的电流过大，引起集电结发热，该反向击穿电压随温度升高耐压降低，形成工 作过程中的击穿，这种通常称为热击穿。 2、 写出晶体管直流放大倍数和击穿电压的表达式。 直流放大倍数： 共基极：
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实验一 表面势垒二极管的伏安特性
数据处理
表 1-1 V /V V+VR/V VR /V I/mA ln(I) V /V V+VR/V VR /V I/mA ln(I) 根据上表中 ln I 与 V 的关系使用 Origin 软件绘制拟合曲线①如下： 图 1-1 测试结果及初步数据处理
q 1.6 1019 C ； I 0 可由 ln I V 曲线的纵截距读出。
① ②
实验讲义中对应单位有误 实验讲义中对应单位有误 3 / 20
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思考题
1、 金属和半导体接触时，为什么在半导体表面会产生空间电荷层？ 金属和半导体的功函数 W 不同， 因此费米能级具有一定的差值， 电子会从费米能级高的 一侧流向低的一侧，电离的施主和受主之间形成空间电荷层。 2、 表面势垒二极管外加电压后，势垒有何变化？电流是如何流动的？ 当外加电压为正向时，势垒降低，电子由半导体流向金属，电流由金属流向半导体； 当外加电压为反向时，势垒升高，电子由金属流向半导体，电流由半导体流向金属。 3、 实际的金半接触伏安特性与理想的有何区别？ n 因子偏离； 正向串联电阻大； 反向漏电流大。 4、 实际的金半接触势垒高度同简单的模型有什么偏离？ 理想情况下， I
半导体器件性能测试实验 数据处理示例及思考题参考答案
1、为保证实验数据的真实性，在本文中特将实验测得数据及初步计算所得数据 留空，各表格中的测得数据用蓝色标注，计算数据用红色标注； 2、本文中所有的关系曲线图均使用 Origin 软件绘制，部分数据的处理亦使用该 软件，推荐使用 Origin 软件处理数据；软件下载 3、实验讲义中部分重要公式及物理量单位存在错误，本文中已做修正并标注； 4、各项计算所使用的常量值及注意事项在本文中已列出； 5、数据处理过程及思考题答案仅供参考。 6、数据处理一键计算见“数据处理 V1.1 .xlsx” 7、修订日期：2015 年 12 月 11 日星期五 2015 年 12 月
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实验五 P-N 结势垒电容的测量① 数据处理
表 5-1 3AX31 突变结结电容 C X 与偏压 V 关系 0.4 0.6 1.0 3.0 6.0 10.0 15.0
测试条件： C __ pF （测试时直流偏压值由大到小测量） V/V C’’/pF CX/pF
测试条件： C __ pF V/V C’’/pF CX/pF
CX C C
① ② ③
本实验中忽略分布电容的存在 因实验数据不准确，故此关系曲线不准确 双对数坐标指的是两个坐标轴的单位长度都是经过对数计算后的平面坐标系，建议使用 Origin 软件绘制 10 / 20
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0,VBC 0 。
2、 集电极-发射极反向饱和电流太大时将破坏管子的正常使用，试问在实际电路设计中你 会采取哪些措施？ 可增加集电极串联电阻，以达到限流作用，从而防止由于 I CE 0 过大而破坏管子的正常使 用。 3、 请写出用万用表测找 N-P-N 和 P-N-P 三极管各电极的步骤。 首先找到基极即最中间的引脚； 万用表电阻档的黑表笔（电源正极，下同）接到基极，红表笔（电源负极，下同）接到 基极以外的任意一个引脚，若导通（即电阻较小）则为 N-P-N 三极管，若不导通（即电 阻较大）则为 P-N-P 三极管； 万用表电阻档的红表笔接到基极以外的一个引脚上，黑表笔接到基极以外的另一个引脚 上，测量一次电阻，将红黑表笔位置对调后再测量一次电阻： 对于 N-P-N 三极管，电阻较小的一次测量时，黑表笔接的是集电极，红表笔接的是 发射极； 对于 P-N-P 三极管，电阻较小的一次测量时，黑表笔接的是发射极，红表笔接的是 集电极。
实验二 集成“与非”门电路的直流特性测试 数据处理
表 2-1 Vin/V Vout/V 图 2-1 “与非”门 CT74H20 的电压传输特性曲线 “与非”门 CT74H20 的输入输出电压关系 B点 B、 C 之间任意测量三个点 C点 C、 D 之间任意测量三个点 D点
表 2-2
“与非”门 CT74H20 典型参数 Vkm/V 开门电压 关门电压 输出高电平 输出低电平 输入短路电流 空载通道功耗 Vgm/V Vcg/V Vcd/V Ird/mA Pkt/mW①

IC IC 0 ，共射极： hFE IB 1
1 n
BVCE 0 BVCB 0 n 1 BVCB 0 hFE
BVCB 0 VCB 1 1 M
1 n
，其中 M 为雪崩倍增因子。
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