实验二场效应晶体管（FET）特性参数测量

实验二场效应晶体管（FET）特性参数测量

实验二、场效应晶体管（FET）特性参数测量

一、实验设备

（1）半导体管特性图示仪(XJ4810A 型)，（2）BJT 晶体管（S9014、S8050、S8550），（3）二极管（1N4001）

二、实验目的

1、熟悉BJT 晶体管特性参数测试原理；

2、掌握使用半导体管特性图示仪测量BJT 晶体管特性参数的方法；

3、学会利用手册的特性参数计算BJT 晶体管的混合π型EM1 模型参数的方法。

三、MOS 晶体管特性参数的测量原理

1、实验仪器

实验仪器为场效应管参数测试仪(BJ2922B)，与测量双极晶体管直流参数相似，但由于所检测的场效应管是电压控制器件，测量中须将输入的基极电流改换为基极电压，这可将基极阶梯选择选用电压档（伏/级）；也可选用电流档（毫安/级），但选用电流档必须在测试台的B-E 间外接一个电阻，将输入电流转换成输入电压。

测量时将场效应管的管脚与双极管脚一一对应，即G（栅极）B （基极）； S（源极） E（发射极）； D（漏极） C（集电极）。

值得注意的是，测量MOS管时，若没有外接电阻，必须避免阶梯选择直接采用电流档，以防止损坏管子。另外，由于场效应管输入阻抗很高，在栅极上感应出来的电荷很难通过输入电阻泄漏掉，电荷积累会造成电位升高。尤其在极间电容较小的情况下，常常在测试中造成MOS管感应击穿，使管子损坏或指标下降。因而在检测MOS管时，应尽量避免栅极悬空，且源极接地要良好，交流电源插头也最好采用三眼插头，并将地线（E接线柱）与机壳相通。存放时，要将管子三个电极引线短接。

2、参数定义

（1）、输出特性曲线与转移特性曲线

输出特性曲线（IDS－VDS）即漏极特性曲线，它与双极管的输出特性曲线相似，如图2-1所示。在曲线中，工作区可分为三部分： I 是可调电阻区（或称非饱和区）；Ⅱ是饱和区；Ⅲ是击穿区。

转移特性曲线为IDS－VDS之间的关系曲线，它反映了场效应管栅极的控制能力。由于结型场效应晶体管都属于耗尽型，且栅源之间相当于一个二极管，所以当栅压正偏（VGS＞0）并大于0.5V时，转移特性曲线开始弯曲，如图2-2中正向区域虚线所示。这是由于栅极正偏引起栅电流使输入电阻下降。这时如果外电路无保护措施，易将被测管烧毁，而MOS场效应管因其栅极有SiO2绝缘层，所以即使栅极正偏也不引起栅电流，曲线仍向上升。（2）、跨导(gm) 跨导是漏源电压一定时，栅压微分增量与由此而产生的漏电流微分增量之比。

跨导表征栅电压对漏电流的控制能力，是衡量场效应管放大作用的重要参数，类似于双极管的电流放大系数，测量方法也很相似。

跨导常以栅压变化1V时漏电流变化多少微安或毫安表示。它的单位是西门子，用S表示，1S=1A/V。或用欧姆的倒数“姆欧”表示，记作“ -1 ”。

（3）、夹断电压VP和开启电压VT

夹断电压VP是对耗尽型管而言，它表示在一定漏源电压VDS下，漏极电流减小到接近于零（或等于某一规定数值，如50μA）时的栅源电压。

开启电压VT是对增强型管而言。它表示在一定漏源电压VDS下，开始有漏电流时对应的栅

源电压值。

MOS管的夹断电压和开启电压又统称阈值电压。

（4）、最大饱和电流（IDSS）

当栅源电压VGS=0V、漏源电压VDS足够大时所对应的漏源饱和电流为最大饱和电流。它反映场效应管零栅压时原始沟道的导电能力。显然这一参数只对耗尽型管才有意义。对于增强型管，由于VGS = 0时尚未开启，当然就不会有饱和电流了。

（5）、源漏击穿电压（BVDS）

当栅源电压VGS为一定值时，使漏电流IDS开始急剧增加的漏源电压值，用BVDS表示。注意，当VGS不同时，BVDS亦不同，通常把VGS=0V时对应的漏源击穿电压记为BVDS。（6）、栅源击穿电压（BVGS）

栅源击穿电压是栅源之间所能承受的最高电压。结型场效应管的栅源击穿电压，实际上是单个pn结的击穿电压，因而测试方法与双极管BVEBO的测试方法相同。对MOS

管，由于栅极下面的缘绝层是Si02，击穿是破坏性的，因而不能用XJ4810图示仪测量MOS管的BVGS。

四、测量各相关参数

①IDSS测量（条件：VGS=0V，VDS=10V）

在负栅压情况下，取最上面一条输出特性曲线（VGS=0）,取x轴电压VDS=10V时对应的Y 轴电流，便为IDSS值。

另一种方法是，将零电流与零电压扳键扳在“零电压”处，荧光屏上只显示VGS=0的一根曲线，可读得VDS=10V时对应的IDSS值。这种方法可以避免阶梯调零不准引起的误差。若

E、B间有外接电阻，扳键置于“零电流”档亦可进行IDSS测量。

②gm测量（条件VGS=0V，VDS=10V）

gm值随工作条件变化，一般情况下测量最大的gm值，即测量IDS=IDSS时的gm值若测量条件中IDS值较大（如3mA），则需利用正栅压下的曲线进行测量。

③Vp测量（条件：IDS=10μA，VDS=10V）

利用负栅压时的输出特性曲线，从最上面一条曲线向下数，每两条曲线之间的间隔对应一定的栅压值（例如-0.2V），一直数到IDS=10μA（对应于VDS=10V处，）便可得到VP值。IDS=10μA是一个小的值，可以通过改变Y轴上电流的量程读取。

④BVDS测量

将峰值电压旋钮转回原始位置，电压范围改为0~200V，x轴集电极电压改为5V/度，或10V/度，加大功耗电阻，再调节峰值电压，最

下面一条输出特性曲线的转折点处对应的x轴电压，即为BVDS值。BVGS测量对MOS管而言，栅源击穿是一种破坏性击穿，此处不测量。若样品袋中包含JFET，则需测量该电压。若样品袋中含有JFET，需加测此内容。

场效应管型号: 2SK241

测试参数

IDSS

VGS(th) 或VGS(off)

gm

测试条件

VDS=10 V，VGS= 0 V

VDS= 10 V，ID=10u A

VDS= 10V，VGS= 0V，f= 1KHz 测试结果

4.27mA

-0.87

9.87ms