半导体器件综合测试实验报告

1实验目的

了解、熟悉半导体器件测试仪器，半导体器件的特性，并测得器件的特性参数。掌握半导体管特性图示仪的使用方法，掌握测量晶体管输入输出特性的测量方法；

测量不同材料的霍尔元件在常温下的不同条件下（磁场、霍尔电流）下的霍尔电压，并根据实验结果全面分析、讨论。

2实验内容

测试3AX31B、3DG6D的放大、饱和、击穿等特性曲线，根据图示曲线计算晶体管的放大倍数；

测量霍尔元件不等位电势，测霍尔电压，在电磁铁励磁电流下测霍尔电压。

3实验仪器

XJ4810图示仪、示波器、三极管、霍尔效应实验装置。

4实验原理

4.1三极管的主要参数

4.1.1 直流放大系数

共发射极直流放大系数β

β=-( 4-1)

(I I)/I

C CEO B

时，β可近似表示为

当I I

C CEO

β=( 4-2)

I/I

C B

4.1.2 交流放大系数

共发射极交流放大系数β定义为集电极电流变化量与基极电流变化量之比，即

CE C

B

v i i β=∆=∆常数

( 4-3)

4.1.3 反向击穿电压

当三极管内的两个PN 结上承受的反向电压超过规定值时，也会发生击穿，其击穿原理和二极管类似，但三极管的反向击穿电压不仅与管子自身的特性有关，而且还取决于外部电路的接法。

4.2霍尔效应

霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

图4-1 霍尔效应示意图

如图4-1所示，磁场B 位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流s

I （称为控制电流或工作电流），假设载流子为电子（N 型半导体材料），

它沿着与电流s I 相反的X 负向运动。由于洛伦兹力L f 的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A 侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力E f 的作用。随着电荷积累量的增加，E f 增大，当两力大小相等（方向相反）时，L f =-E f ，则电子积累便达到动态平衡。这时在A 、B 两端面之间建立的电场称为霍尔电场H E ，相应的电势差称为霍尔电压H V 。

图4-2 霍尔元件测量磁场电路图

霍尔元件测量磁场的基本电路如图4-2所示，将霍尔元件置于待测磁场的相应位置，并使元件平面与磁感应强度B 垂直，在其控制端输入恒定的工作电流s I ，霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表，测量霍尔电势H V 的值。

5图示仪的工作原理

晶体管特性图示仪主要由阶梯波信号源、集电极扫描电压发生器、工作于X-Y 方式的示波器、测试转换开关及一些附属电路组成。晶体管特性图示仪根据器件特性测量的工作原理，将上述单元组合，实现各种测试电路。阶梯波信号源产生阶梯电压或阶梯电流，为被测晶体管提供偏置；集电极扫描电压发生器用以供给所需的集电极扫描电压，可根据不同的测试要求，改变扫描电压的极性和大小；示波器工作在X-Y 状态，用于显示晶体管特性曲线；测试开关可根据不同晶体管不同特性曲线的测试要求改变测试电路。其原理图如图5-1所示。

图5-1 图示仪的工作原理图

图5-1中，R B 、E B 构成基极偏置电路。当B

BE E V 时，/B B BE B I E V R =-（）基

本恒定。晶体管C-E 之间加入锯齿波扫描电压，并引入小取样电阻RC ，加到示

波器上X 轴Y 轴电压分别为：

X CE CA AC CA C C CA V V V V V I R V ==+=-≈

( 5-1)

·Y C C C V I R I =-∝-

( 5-2)

I B 恒定时，示波器屏幕上可以看到一根。I C -V CE 的特征曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。为了显示一组在不同I B 的特征曲线簇I CI =φ应该在X 轴锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使I B 也有一个相应的变化。应将E B 改为能随X 轴的锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。每一个阶梯电压能为被测管的基极提供一定的基极电流，这样不同变化的电压V B1、V B2、V B3…就可以对应不同的基极注入电流I B1、I B2、I B3….只要能使没一个阶梯电压所维持的时间等于集电极回路的锯齿波扫描电压周期。如此，绘出I CO =φ（I BO ，V CE ）曲线与I C1=φ（I B1，V CE ）曲线。

6 实验步骤

6.1图示仪测晶体管特性

（1） 按下电源开关，指示灯亮，预热15分钟后，即可进行测试。 （2）调节辉度、聚焦及辅助聚焦，使光点清晰。

（3） 将峰值电压旋钮调至零，峰值电压范围、极性、功耗电阻等开关置于测试所需位置。

（4） 对X 、Y 轴放大器进行10度校准。 （5）调节阶梯调零。

（6）选择需要的基极阶梯信号，将极性、串联电阻置于合适挡位，调节级/簇旋钮，使阶梯信号为10级/簇，阶梯信号置重复位置。

（7）插上被测晶体管，缓慢地增大峰值电压，荧光屏上即有曲线显示。 （8）逐渐加大峰值电压就能在显示屏上看到一簇特性曲线.读出X 轴集电极电压V ce =1V 时最上面一条曲线（每条曲线为20μA ，最下面一条I B =0不计在内）I B 值和Y 轴I C 值，可得

C FE B

I h =

(6-1)I

若把X 轴选择开关放在基极电流或基极源电压位置，即可得到电流放大特性曲线。即：

(62)C B

I I β∆=

-∆