微电子器件试验-场效应晶体管直流特性的测试

电子科技大学微固学院标准实验报告（实验）课程名称微电子器件

电子科技大学教务处制表

电子科技大学

实验报告

学生姓名：学号：指导教师：张有润

实验地点：211楼605实验时间：2017.6.12

一、实验室名称：微电子器件实验室

二、实验项目名称：场效应晶体管直流特性的测试

三、实验学时：3

四、实验原理：

1、实验仪器为XJ4810图示仪，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（相当于场效应管的G.S之间）外接一个电阻（如接1kΩ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S（源极）对应E（发射极）；G （栅极）对应B（基极）；D（漏极）对应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。

2、如下图1所示，当把晶体管特征图示仪的阶梯信号调至电压时，则提供Vds的锯齿波扫描电压和Vgs的阶梯变化，且两者一一对应，便产生Vgs从Vgs1、Vgs2、Vgs3等Vds从零到最大值的曲线族。从而测量MOS晶体管的直流特性，场效应晶体管的直

流特性包含：直流输入特性—— I

ds ～V

gs

；直流输出特性—— I

ds

～V

ds

和阈值电压V

t

。

图1图2 3、输出特性与转移特性

输出特性曲线（I

DS －V

DS

）即漏极特性曲线，它与双极管的输出特性曲线相似，如

图2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。转移特性反映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，如图3所示。

图3

4、阈电压V

T

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。

5、跨导(g

m

)

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，即：

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。

6、击穿电压（BV

DS

）

当栅源电压V

GS 为一定值时，使漏电流I

DS

开始急剧增加的漏源电压值，用BV

DS

表示。

当V

GS 不同时， BV

DS

亦不同，通常把V

GS

=0时对应的漏源击穿电压记为BV

DS

。

五、实验目的：

1、学会识别场效应晶体管的管脚。

2、掌握场效应晶体管直流特性的测量原理和方法，理解场效应晶体管的基本参数和工作原理。

3、测试场效应晶体管的输出特性和转移特性、跨导、夹断电压和开启电压、击穿电压。

六、实验内容：

1、学会识别场效应晶体管的管脚。

2、测试输出特性与转移特性

3、测试阈电压V

T

4、测试跨导(g

m

)

5、测试击穿电压（BV

DS

）

七、实验器材（设备、元器件）：

晶体管特征图示仪，2N7000增强型NMOS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、识别MOS晶体管的管脚，按步骤逐一测试。

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

4、测试阈电压V

T

将MOS场效应晶体管G、D、S分别接入图示仪的B、C、E端，将B、C端短路使其处于饱和状态。图示仪选择NPN、发射极接地、阶梯单族、阶梯电流最小。由 Ids～Vgs 。

得V

T

5、击穿电压BV

DS

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。

九、实验数据及结果分析：

图4

十、实验结论：

通过实验，可以得出结论如下：采用图示仪测量MOS晶体管各个参数较为方便快

捷实用。测试出此增强型NMOS管的各个基本参数和输出特性、转移特性曲线，通过结合课本所学相关知识分析这些参数值均属于正常范围。

十一、总结及心得体会：

MOS场效应晶体管是一种半导体表面场效应器件，是靠多数载流子传输电流的单极器件。他利用了半导体的表面效应，使得晶体管在硅表面得以实现，从而广泛地应用于大规模集成电路和超大规模集成电路中，故MOS场效应晶体管在半导体器件中占有相当重要的地位。因而本实验对MOS晶体管的学习有重要的帮助，促使了自己更加深入地探索教材，使自己能够更加清晰、直观地掌握相关参数的概念；实验中对其直流特性的测量使我更加理解了MOS场效应晶体管的基本参数和工作原理，这些经历对未来的学术研究和工作都有着重要的实践意义，提高了我们对于微电子器件的直观认识和兴趣以及实验中的实践能力。

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

与双极性晶体管测试过程一致，只有少量器材能使用，建议及时修理或者更换仪器。

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指导教师签字：