電子科技大學(xué) 微電子器件實(shí)驗(yàn)報告MICRO-1

1、電 子 科 技 大 學(xué)實(shí) 驗(yàn) 報 告（實(shí)驗(yàn)）課程名稱 微電子器件 實(shí)驗(yàn)一：雙極晶體管直流特征的測量學(xué)生姓名：學(xué) 號：201203*指導(dǎo)教師：劉繼芝實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 211樓605實(shí)驗(yàn)時間：2015、6、一、實(shí)驗(yàn)室名稱： 微電子器件實(shí)驗(yàn)室 二、實(shí)驗(yàn)項目名稱：雙極晶體管直流特征的測量三、實(shí)驗(yàn)學(xué)時：3四、實(shí)驗(yàn)原理：1XJ4810半導(dǎo)體管特性圖示儀的基本原理方框圖XJ4810圖示儀的基本原理方框圖如圖1-3所示。其各部分的作用如下。（1）基極階梯信號發(fā)生器提供必須的基極注入電流。（2）集電極掃描電壓發(fā)生器提供從零開始、可變的集電極電源電壓。（3）同步脈沖發(fā)生器用來使基極階梯信號和集電極掃描電壓保持同步，以便

2、正確而穩(wěn)定地顯示特性曲線（當(dāng)集電極掃描電壓直接由市電全波整流取得時，同步脈沖發(fā)生器可由50Hz市電代替）。（4）測試轉(zhuǎn)換開關(guān)是用于測試不同接法和不同類型晶體管的特性曲線和參數(shù)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。（5）放大和顯示電路用于顯示被測管的特性曲線。（6）電源（圖中未畫出）為各部分電路提供電源電壓。2讀測方法（以3DG6 npn管為例）（1）輸入特性曲線和輸入電阻Ri 在共射晶體管電路中，輸出交流短路時，輸入電壓和輸入電流之比為Ri，即它是共射晶體管輸入特性曲線斜率的倒數(shù)。例如需測3DG6在VCE = 10V時某一工作點(diǎn)Q的Ri值，晶體管接法如圖1- 4所示。各旋鈕位置為：峰值電壓范圍 010V極性（集電極掃描

3、） 正（+）極性（階梯） 正（+）功耗限制電阻 0.11k（適當(dāng)選擇）x軸作用 電壓0 .1V/度y軸作用 階梯作用 重復(fù)階梯選擇 0.1mA/級測試時，在未插入樣管時先將x軸集電極電壓置于1V/度，調(diào)峰值電壓為10V，然后插入樣管，將x軸作用扳到電壓0.1V/度，即得VCE=10V時的輸入特性曲線。這樣可測得圖1-5； 圖1-4 晶體管接法 圖1-5 晶體管的輸入特性曲線 （2）輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線和、hFE、在共射電路中，輸出交流短路時，輸出電流和輸入電流增量之比為共射晶體管交流電流放大系數(shù)。在共射電路中，輸出端短路時，輸出電流和輸入電流之比為共射晶體管直流電流放大系數(shù)hFE。晶體管

4、接法如圖1- 4所示。旋鈕位置如下：峰值電壓范圍 050V極性（集電極掃描） 正（+）極性（階梯） 正（+）功耗限制電阻 0.11kx軸 集電極電壓2V/度y軸 集電極電流2mA/度階梯選擇 0.02mA/級階梯作用 重復(fù)調(diào)節(jié)峰值電壓得到圖1-6所示共射晶體管輸出特性曲線。并可讀得hFE主要是因?yàn)榛鶇^(qū)表面復(fù)合等原因?qū)е滦‰娏鬏^小造成的。、hFE也可用共射晶體管的轉(zhuǎn)移特性圖1-7進(jìn)行測量。只要將上述的x軸作用開關(guān)撥至 ，即得到共射晶體管的轉(zhuǎn)移特性。這種曲線可直接觀察的線性好壞。圖1-6 共射晶體管輸出特性的讀測 圖1-7共射晶體管的轉(zhuǎn)移特性此外，在共射晶體管輸出特性曲線中，當(dāng)IB為某一值時可讀測

5、出共射小訊號輸出電導(dǎo)g，它是IB為某值時輸出曲線的斜率，即當(dāng)接地選擇打到“基極接地”，階梯極性改為負(fù)（），階梯選擇改為2mA/級（這時注入電流以為IE），圖示儀上則顯示出共基晶體管輸出特性，并可讀測出值： （3）飽和壓降VCES和正向壓降VBESVCES和VBES是功率管的重要參數(shù)，對開關(guān)管尤其重要。VCES是共射晶體管飽和態(tài)時CE間的壓降。VBES是共射晶體管飽和態(tài)時BE間的壓降。一般硅管的VBES =0.70.8V，鍺管的VBES =0.30.4V。VCES的大小與襯底材料和測試條件有一定的關(guān)系。VBES與芯片表面的鋁硅接觸情況有關(guān)，鋁硅合金不好，或光刻引線孔時殘留有薄氧化層都會導(dǎo)致VBE

6、S過大。測試時，晶體管接法仍如圖1-4所示。當(dāng)測試條件為IC=10mA、IB=1mA時，圖示儀的旋鈕位置如下： 峰值電壓范圍 050V功耗電阻 0.51K極性（集電極掃描） 正（+）極性（階梯） 正（+）x軸 集電極電壓0.05V/度y軸 集電極電流1mA/度階梯信號選擇 0.1mA/級階梯信號 重復(fù)級/族 10調(diào)峰值電壓，使第10級（即第11根）曲線與IC=10mA的線相交，此交點(diǎn)對應(yīng)的VCE值即為VCES（如圖1-8所示，VCES=0.15V）。將y軸作用撥至，x軸作用撥至基極電壓0.1V/度，即得如圖1-9所示的輸入特性曲線。此曲線與IB=1mA的線交點(diǎn)對應(yīng)的VBE值即為VBES（如圖1

7、-9所示，VBES = 0.78V）。圖1-8 VCES 的測量 圖1-9 VBES的測量（4）反向擊穿電壓BVCBO、BVCEO和BVEBO外延片制作的雙極晶體管的反向擊穿電壓VB（一般指BVCEO或BVCBO）既與外延層電阻率c有關(guān)，也與結(jié)的曲率半徑和表面狀況等因素有關(guān)。當(dāng)高阻集電區(qū)厚度Wc小于BVCBO所對應(yīng)的勢壘寬度xmB時，VB還與WC有關(guān)。所以提高晶體管反向耐壓可采取提高c、WC，減小二氧化硅中表面電荷密度，采用圓角基區(qū)圖形，深結(jié)擴(kuò)散、甚至采用臺面結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展電極或加電場限制環(huán)等措施。BVCBO是共基晶體管在發(fā)射極開路時輸出端CB間的反向擊穿電壓。BVCEO是共射晶體管在基極開路時輸

8、出端CE間的反向擊穿電壓。晶體管手冊中（或?qū)嶋H測試中）的規(guī)定為：BVCBO發(fā)射極開路，集電極電流為規(guī)定值時，CB間的反向電壓值。BVCEO基極開路， 集電極電流為規(guī)定值時，CE間的反向電壓值。BVEBO集電極開路，發(fā)射極電流為規(guī)定值時，EB間的反向電壓值。理論上可推導(dǎo)出對硅npn管，n = 4。硅雙擴(kuò)散管的基區(qū)平均雜質(zhì)濃度，所以，一般BVCBOBVCEOBVEBO，而鍺合金管，所以，一般BVCBOBVEBOBVCEO。3DG6的BVCBO和BVCEO的測試條件為IC=100A BVEBO 的為IE =100A。晶體管的接法如圖1-10所示。旋鈕位置為： 峰值電壓范圍 0200V（測BVCBO，

9、BVCEO） 020V （測BVEBO） 極性（集電極掃描） 正（+） 功耗電阻 550k x軸 集電極電壓10V/度（測BVCBO，BVCEO） 1V/度（測BVEBO） y軸 集電極電流0.1mA/度將峰值電壓調(diào)整到合適的值，即可得到圖1-11所示的值，圖例表明BVCBO=70V，BVCEO=40V、BVEBO=7V。圖1-10 測擊穿電壓時晶體管的接法圖1-11 晶體管擊穿電壓測量值的示意圖五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）學(xué)會識別常用的分立器件的三極管的引腳。（2）掌握晶體管特征圖示儀的工作原理。（3）能熟練地運(yùn)用其對雙極晶體管的直流特性進(jìn)行測試。（4）能夠運(yùn)用理論知識分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（

10、1）輸入特性曲線和輸入電阻Ri （2）輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線和、hFE、（3）飽和壓降VCES和正向壓降VBES（4）反向擊穿電壓BVCBO、BVCEO和BVEBO（5）反向電流ICBO、ICEO和IEBO七、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）：晶體管特征圖示儀，3DG6，3AG6雙極晶體管八、 實(shí)驗(yàn)步驟：1. 開啟電源，預(yù)熱5分鐘，調(diào)節(jié)“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”使顯示清晰。2. 閱讀實(shí)驗(yàn)注意事項 每次測試時應(yīng)把光點(diǎn)調(diào)到和坐標(biāo)原點(diǎn)重合，測VCES、VBES時尤其要注意。 每次測試前應(yīng)把峰值電壓調(diào)到最小，要緩慢進(jìn)行調(diào)節(jié)，以免損壞儀器部件。 測高反壓管的反向耐壓和反向電流時，功耗電阻應(yīng)選大些，以免

11、燒壞被測管。 在滿功耗附近測量共射晶體管輸出特性時，掃描時間不能過長，以免損壞被測管，對未加散熱器的大功率管測試尤其要注意。 用XJ4810圖示儀鑒別晶體管類型pnp或npn和管腳極性時，應(yīng)選用不會損壞被測管的低電壓和小電流。例如VCE=0.3V、IC=1mA。3. 按照實(shí)驗(yàn)原理部分進(jìn)行“輸入特性曲線和輸入電阻Ri ”的測量并記錄數(shù)據(jù)。4. 按照實(shí)驗(yàn)原理部分進(jìn)行“輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線和、hFE”的測量并記錄數(shù)據(jù)。 5. 按照實(shí)驗(yàn)原理部分進(jìn)行“飽和壓降VCES和正向壓降VBES”的測量并記錄數(shù)據(jù)。6. 按照實(shí)驗(yàn)原理部分進(jìn)行“反向擊穿電壓BVCBO、BVCEO和BVEBO”的測量并記錄數(shù)據(jù)。7. 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報告。九、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析： 樣品 參數(shù) 3DG6 測試條件 測試結(jié)果 Vebo Ib=10mA 8.7V Vcbo Ic=10mA 104V Vceo Ic=10mA 38V Hfe Ic=0.2A Vce=2V 120Vces Ic=10Ib0.025V九、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1、在合適的測試條件下，三極管的三種擊穿電壓不同，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出Vcbo較大。2、三極管的輸入特性曲線、輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線各有特征，本實(shí)驗(yàn)測出的三極管特性曲線和課本微電子器件上的基本符合。十一、總結(jié)及心得