电子科技大学 微电子器件实验报告MICRO-1

1、电 子 科 技 大 学实 验 报 告（实验）课程名称 微电子器件 实验一：双极晶体管直流特征的测量学生姓名：学 号：201203*指导教师：刘继芝实验地点： 211楼605实验时间：2015、6、一、实验室名称： 微电子器件实验室 二、实验项目名称：双极晶体管直流特征的测量三、实验学时：3四、实验原理：1XJ4810半导体管特性图示仪的基本原理方框图XJ4810图示仪的基本原理方框图如图1-3所示。其各部分的作用如下。（1）基极阶梯信号发生器提供必须的基极注入电流。（2）集电极扫描电压发生器提供从零开始、可变的集电极电源电压。（3）同步脉冲发生器用来使基极阶梯信号和集电极扫描电压保持同步，以便

2、正确而稳定地显示特性曲线（当集电极扫描电压直接由市电全波整流取得时，同步脉冲发生器可由50Hz市电代替）。（4）测试转换开关是用于测试不同接法和不同类型晶体管的特性曲线和参数的转换开关。（5）放大和显示电路用于显示被测管的特性曲线。（6）电源（图中未画出）为各部分电路提供电源电压。2读测方法（以3DG6 npn管为例）（1）输入特性曲线和输入电阻Ri 在共射晶体管电路中，输出交流短路时，输入电压和输入电流之比为Ri，即它是共射晶体管输入特性曲线斜率的倒数。例如需测3DG6在VCE = 10V时某一工作点Q的Ri值，晶体管接法如图1- 4所示。各旋钮位置为：峰值电压范围 010V极性（集电极扫描

3、） 正（+）极性（阶梯） 正（+）功耗限制电阻 0.11k（适当选择）x轴作用 电压0 .1V/度y轴作用 阶梯作用 重复阶梯选择 0.1mA/级测试时，在未插入样管时先将x轴集电极电压置于1V/度，调峰值电压为10V，然后插入样管，将x轴作用扳到电压0.1V/度，即得VCE=10V时的输入特性曲线。这样可测得图1-5； 图1-4 晶体管接法 图1-5 晶体管的输入特性曲线 （2）输出特性曲线、转移特性曲线和、hFE、在共射电路中，输出交流短路时，输出电流和输入电流增量之比为共射晶体管交流电流放大系数。在共射电路中，输出端短路时，输出电流和输入电流之比为共射晶体管直流电流放大系数hFE。晶体管

4、接法如图1- 4所示。旋钮位置如下：峰值电压范围 050V极性（集电极扫描） 正（+）极性（阶梯） 正（+）功耗限制电阻 0.11kx轴 集电极电压2V/度y轴 集电极电流2mA/度阶梯选择 0.02mA/级阶梯作用 重复调节峰值电压得到图1-6所示共射晶体管输出特性曲线。并可读得hFE主要是因为基区表面复合等原因导致小电流较小造成的。、hFE也可用共射晶体管的转移特性图1-7进行测量。只要将上述的x轴作用开关拨至 ，即得到共射晶体管的转移特性。这种曲线可直接观察的线性好坏。图1-6 共射晶体管输出特性的读测 图1-7共射晶体管的转移特性此外，在共射晶体管输出特性曲线中，当IB为某一值时可读测

5、出共射小讯号输出电导g，它是IB为某值时输出曲线的斜率，即当接地选择打到“基极接地”，阶梯极性改为负（），阶梯选择改为2mA/级（这时注入电流以为IE），图示仪上则显示出共基晶体管输出特性，并可读测出值： （3）饱和压降VCES和正向压降VBESVCES和VBES是功率管的重要参数，对开关管尤其重要。VCES是共射晶体管饱和态时CE间的压降。VBES是共射晶体管饱和态时BE间的压降。一般硅管的VBES =0.70.8V，锗管的VBES =0.30.4V。VCES的大小与衬底材料和测试条件有一定的关系。VBES与芯片表面的铝硅接触情况有关，铝硅合金不好，或光刻引线孔时残留有薄氧化层都会导致VBE

6、S过大。测试时，晶体管接法仍如图1-4所示。当测试条件为IC=10mA、IB=1mA时，图示仪的旋钮位置如下： 峰值电压范围 050V功耗电阻 0.51K极性（集电极扫描） 正（+）极性（阶梯） 正（+）x轴 集电极电压0.05V/度y轴 集电极电流1mA/度阶梯信号选择 0.1mA/级阶梯信号 重复级/族 10调峰值电压，使第10级（即第11根）曲线与IC=10mA的线相交，此交点对应的VCE值即为VCES（如图1-8所示，VCES=0.15V）。将y轴作用拨至，x轴作用拨至基极电压0.1V/度，即得如图1-9所示的输入特性曲线。此曲线与IB=1mA的线交点对应的VBE值即为VBES（如图1

7、-9所示，VBES = 0.78V）。图1-8 VCES 的测量 图1-9 VBES的测量（4）反向击穿电压BVCBO、BVCEO和BVEBO外延片制作的双极晶体管的反向击穿电压VB（一般指BVCEO或BVCBO）既与外延层电阻率c有关，也与结的曲率半径和表面状况等因素有关。当高阻集电区厚度Wc小于BVCBO所对应的势垒宽度xmB时，VB还与WC有关。所以提高晶体管反向耐压可采取提高c、WC，减小二氧化硅中表面电荷密度，采用圆角基区图形，深结扩散、甚至采用台面结构、扩展电极或加电场限制环等措施。BVCBO是共基晶体管在发射极开路时输出端CB间的反向击穿电压。BVCEO是共射晶体管在基极开路时输

8、出端CE间的反向击穿电压。晶体管手册中（或实际测试中）的规定为：BVCBO发射极开路，集电极电流为规定值时，CB间的反向电压值。BVCEO基极开路， 集电极电流为规定值时，CE间的反向电压值。BVEBO集电极开路，发射极电流为规定值时，EB间的反向电压值。理论上可推导出对硅npn管，n = 4。硅双扩散管的基区平均杂质浓度，所以，一般BVCBOBVCEOBVEBO，而锗合金管，所以，一般BVCBOBVEBOBVCEO。3DG6的BVCBO和BVCEO的测试条件为IC=100A BVEBO 的为IE =100A。晶体管的接法如图1-10所示。旋钮位置为： 峰值电压范围 0200V（测BVCBO，

9、BVCEO） 020V （测BVEBO） 极性（集电极扫描） 正（+） 功耗电阻 550k x轴 集电极电压10V/度（测BVCBO，BVCEO） 1V/度（测BVEBO） y轴 集电极电流0.1mA/度将峰值电压调整到合适的值，即可得到图1-11所示的值，图例表明BVCBO=70V，BVCEO=40V、BVEBO=7V。图1-10 测击穿电压时晶体管的接法图1-11 晶体管击穿电压测量值的示意图五、实验目的：（1）学会识别常用的分立器件的三极管的引脚。（2）掌握晶体管特征图示仪的工作原理。（3）能熟练地运用其对双极晶体管的直流特性进行测试。（4）能够运用理论知识分析实验结果。六、实验内容：（

10、1）输入特性曲线和输入电阻Ri （2）输出特性曲线、转移特性曲线和、hFE、（3）饱和压降VCES和正向压降VBES（4）反向击穿电压BVCBO、BVCEO和BVEBO（5）反向电流ICBO、ICEO和IEBO七、实验器材（设备、元器件）：晶体管特征图示仪，3DG6，3AG6双极晶体管八、 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. 阅读实验注意事项 每次测试时应把光点调到和坐标原点重合，测VCES、VBES时尤其要注意。 每次测试前应把峰值电压调到最小，要缓慢进行调节，以免损坏仪器部件。 测高反压管的反向耐压和反向电流时，功耗电阻应选大些，以免

11、烧坏被测管。 在满功耗附近测量共射晶体管输出特性时，扫描时间不能过长，以免损坏被测管，对未加散热器的大功率管测试尤其要注意。 用XJ4810图示仪鉴别晶体管类型pnp或npn和管脚极性时，应选用不会损坏被测管的低电压和小电流。例如VCE=0.3V、IC=1mA。3. 按照实验原理部分进行“输入特性曲线和输入电阻Ri ”的测量并记录数据。4. 按照实验原理部分进行“输出特性曲线、转移特性曲线和、hFE”的测量并记录数据。 5. 按照实验原理部分进行“饱和压降VCES和正向压降VBES”的测量并记录数据。6. 按照实验原理部分进行“反向击穿电压BVCBO、BVCEO和BVEBO”的测量并记录数据。7. 整理实验数据，撰写实验报告。九、实验数据及结果分析： 样品 参数 3DG6 测试条件 测试结果 Vebo Ib=10mA 8.7V Vcbo Ic=10mA 104V Vceo Ic=10mA 38V Hfe Ic=0.2A Vce=2V 120Vces Ic=10Ib0.025V九、 实验结论：1、在合适的测试条件下，三极管的三种击穿电压不同，从实验数据可以看出Vcbo较大。2、三极管的输入特性曲线、输出特性曲线、转移特性曲线各有特征，本实验测出的三极管特性曲线和课本微电子器件上的基本符合。十一、总结及心得