微电子基础实验2015版

1、微电子基础实验实验指导书孙显龙 主编二一五年四月半导体导电类型的观测一、实验目的：半导体材料有电子和空穴两种导电机构，N型硅以电子导电为主，P型硅以空穴导电为主。半导体导电类型测量的实验目的就是要确定被测样品（单晶硅片）是以电子导电为主，还是以空穴导电为主，从而确定样品的导电类型。二、实验原理：在半导体材料中，载流子的浓度随温度升高而增加。如图1所示，在半导体表面接触一个有一定温度的热探针和另一个为室温的冷凝针，在半导体中会产生热电势，其大小取决于导电类型、载流子浓度和温差。N型和P型材料的电势方向是相反的。对于P型硅热探针附近的多数载流子空穴增加形成浓度梯度，引起空穴由热端向冷端扩散，因此，

2、其热电势是热端为负，对N型硅则相反，热端为正，在两探针外接上电流表，则可根据电流方向判断硅的导电类型。三、实验内容：1、掌握半导体导电类型的冷热探针测量法原理及方法。2、熟悉测量前对半导体被测量表面的处理方法。3、测量硅单晶样品的导电类型。四、实验方法和步骤：图1 冷热探针测量原理图仪器测量：接通仪器电源，加热热探针，注意热探针要放好位置，防止烧坏导线和其他物品。冷热探针同时垂直压于单晶硅表面，观察电流表指针的偏转方向判断硅的导电类型。自选方法：自制冷热探针（如用电烙铁做热探针），选用微安电流表连接成测量电路，测量硅单晶的导电类型。也可将采集的信号通过放大后再用仪器或仪表观察导电类型。五、实验

3、要求：（略）单晶硅电阻率的测试一、实验目的：金属材料的电阻率可用万用表测量，对于半导体材料这样测量则会带来较大误差。因为万用表的金属表笔和半导体接触时有很高的接触电阻，有时接触电阻会远大于被测样品本身的电阻。此外，当测量电流较大时，通常在接触处会引起非平衡载流子的注入，将导致材料电阻率的变化。测量半导体的电阻率的方法很多。如二探针法、扩展电阻法和四探针法等，而四探针法是目前广泛使用的标准方法。它具有设备简单，操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等优点。本实验的目的是掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理和方法。并能针对不同几何尺寸的样品，掌握其修正方法。了解电阻率准确测量的各种因素及

4、改进措施。二、实验原理：1、采用四探针法测量半导体材料电阻率。设被测样品电阻率r均匀，样品几何尺寸相对测量探针的间距可看作半无限大。引入点电流源的探针其电流强度为I，则产生的电力线有球面对称性，即等位面为一系列以点电流源为中心的半球面，如图1所示。图1 半无穷大样品上点电流源的半球等位面对于均匀材料，电流密度j的分布是均匀的，若以r为半径的半球面上，则由此可得半径为r的等位面上的电场强度E，取距离点电极无穷远处的电位为零，并利用可得上式就是半无限大均匀样品上离点电流源距离为r的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离r处的点的电势的贡献。实际测试用的四探针分布如

5、图2所示。 任意位置的四探针 直线型的四探针 图2 四探针分布示意图测试时四探针位于样品中央，排列成直线，间距为S，点电流从探针 l流入，从探针4流出，则可以认为1、4探针是点电流源，代入上式后可得探针2和探针3处电位、， 从而求出探针2、3间电压， 则，样品的电阻率为： 四探针测试仪探针间距S=1mm则上式变为实际测量时调解电流I的值为I=2=6.28，单位是mA，则单位是。样品厚度和边缘与探针间距大于4S时，可认为样品几何尺寸与探针间距为无限大，即可满足测量精度要求。这样测量的电压数值，即为电阻率值的有效数字，电流I取不同单位时，的有效数值倍率如表1所示表1电流I取不同单位时所对应电阻率的

6、有效数值I（mA）(mV)1101001000 0.0628101001000100000.62811010010006.280.111010062.80.010.1110当不满足上述条件而用上述方法测量时，电阻率公式要修正为：。其中，为修正系数，与样品尺寸及所处条件有关。2、采用四探针法测量扩散层方块电阻方块电阻是指表面为正方形的薄层沿表面方向所呈现的电阻，单位为。一般在测扩散层方块电阻时，扩散层与衬底间的PN结处于截止状态，可以认为扩散层与衬底间相互绝缘。显然，扩散层方块电阻可表示为：当扩散层厚度远小于探针间距S、且表面横向尺寸远大于S时，经和前面类似推导得到：上式即为用四探针法测方块电阻

7、的计算公式，仿照前例取I=4.53，则。在测量时，也要求样品边缘与探针间距大于4S，否则还需进行修正。 双电测组合四探针法采用了以下二种组合的测量模式（见图2）。V1234V1234I13V24组合I14V23组合图2 双电测组合四探针法将直线四探针垂直压在被测样品表面上分别进行I14V23和I13V24组合测量，测量过程如下： 1、进行I14V23组合测量： 电流I从1针4针，从2、3针测得电压V23+； 电流换向，I从4针1针，从2、3针测得电压V23-； 计算正反向测量平均值：V23(V23+ V23- )/2； 2、进行I13V24组合测量： 电流I从1针3针，从2、4针测得电压V24

8、+； 电流换向，I从3针1针，从2、4针测得电压V24-； 计算正反向测量平均值：V24(V24+ V24- )/2；3、计算（V23/V24）值：（以上V23、V24均以 mV 为单位）按以下两公式计算几何修正因子：若 1.18（V23 /V24）1.38 时；K14.69625.173(V23/V24)7.872(V23/V24)2；若 1.10（V23/V24）1.18 时；K15.8526.15(V23/V24)7.872(V23/V24)2 ；双电测组合四探针法改变点电流的流入探针，测试样品形状的影响会反映到两次电压的比值上，进而通过计算得到修正系数，直接将修正系数与测量结果相乘，省

9、去了我们根据样品形状查修正系数表再得到测量结果的麻烦过程。三、实验内容：独立完成所给硅样品电阻率的测试，在样品的中心位置选择不同的6点进行测试，得到测试结果并记录。 RTS-9型双电测四探针测试仪的使用见用户手册。四、实验要求： 1、了解用四探针法测量半导体材料的电阻率的原理。 2、掌握用双电测四探针测量半导体材料电阻率的方法。3、在所给样品的不同点测试，至少6点，测试完毕，记录各点值，并计算最大值、最小值、最大百分变化率、平均百分变化率和径向不均匀度E。其中“最大百分变化”、“平均百分变化”、“径向不均匀度E”表示如下最大百分变化()=l00平均百分变化()=100%径向不均匀度E（%）=1

10、00%上式中、分别为测量的电阻率最大值与最小值，单位：cm，为第1、2点（即圆片中心测量点）测量平均值，单位：cm，为第3、4、5、6点的测量平均值单位：cm。MOS结构C-V特性测试一、实验目的与意义：本实验是半导体物理课程中的重要基础性实验。通过实验全过程的操作及数据处理，使学生加深对所学“半导体物理学”中半导体表面理论的理解，特别是对半导体表面电场效应和硅-二氧化硅系统性质的理解。利用MOS结构高频电容-电压（C-V）特性曲线的测试结果，不但可以获得MOS结构的多个参数：二氧化硅层的厚度，衬底硅掺杂类型、浓度等，还可对二氧化硅层中可动电荷与固定电荷密度进行分析。二、实验原理：+MOS 结

11、构如图1(a)所示，它类似于金属和介质形成的平板电容器。但是由于半导体中的电荷密度比金属中的小得多，所以充电电荷在半导体表面形成的空间电荷区有一定的厚度（在微米量级），而不象金属那样，只集中在一薄层（约0.1nm）内。半导体表面空间电荷区的厚度随外加偏压VG而改变，所以MOS电容C是微分电容。(a) 结构示意图 (b) 等效电路 (c) P-SiMOS理想C-V曲线图1 MOS结构及其C-V特性 （3-1）式中： QG是金属电极上的电荷面密度；A是电极面积。理想情形可假设MOS结构满足下列条件：金属-半导体间的功函数差为零； SiO2为理想绝缘层而且其中没有电荷； SiO2与半导体界面处不存在

12、界面态。偏压VG一部分降在SiO2上，记为Vo；一部分降在半导体表面空间电荷区，记为Vs，即： （3-2）Vs又称为表面势。考虑到半导体空间电荷区电荷和金属电极上的电荷数量相等、符号相反，有: （3-3）式中：Qs为半导体表面空间电荷区电荷面密度。将（3-2）、（3-3）代入（3-1）式，有： （3-4）式（3-4）表明MOS电容是C0和Cs串联而成，其等效电路为图3-1 的b所示。其中Co是以SiO2为介质的氧化层电容，它的数值不随VG 改变，Cs是半导体表面空间电荷区电容，其数值随VG改变。因此，有： （3-5） （3-6）式中: 0=8.85*10-12 F/m、r0= 3.9分别为真空

13、介电常数和二氧化硅相对介电常数。由式（3-6）看，Cs的大小主要由空间电荷区单位面积电量Qs随表面势Vs的变化而定。P型硅的理想MOS结构高频C-V特性曲线如图3-1 的c所示，V轴表示外加偏压，C轴是电容值。最大电容CmaxCo，最小电容Cmin和最大电容Cmax之间有如下关系： （3-7）式中：N为Si衬底参杂浓度；rs=11.7，为半导体的相对介电常数；KT（室温）=0.0259eV； q=1.6*10-19 C，为电子荷电；ni=1.45*1010/cm3，为Si本征载流子浓度。当Vs=0时，半导体表面能带平直，称为平带。平带时，对应的偏压称为平带电压，记为VFB。显然，对于理想MOS

14、结构，VFB=0。此时，对应的电容称为平带电容，记为CFB，归一化平带电容有如下关系： （3-8）考虑实际的MOS结构，由于SiO2中总是存在电荷（通常都为正电荷），且金属-半导体接触的功函数并不相等，两者功函数差记为Vms。因此，VFB也不为零。若不考虑界面态，有下式： （3-9） 对于铝栅p-Si MOS结构，Vms大于零，Q0也大于0（正电荷），所以VFB0。如果氧化层足够纯净，则可认为SiO2中只存在固定电荷，由式（3-9）可得： （3-10） （3-11） 式中：Qf是固定电荷面密度。若Vms已知，则可确定二氧化硅中固定电荷面密度： (3-12)三、 实验内容采用高频C-V测试方法，

15、测量MOS结构的C-V特性曲线；并通过数值计算得到MOS结构样品的多个特性参数：衬底硅掺杂类型、浓度，二氧化硅层的厚度，以及二氧化硅层中固定电荷的面密度。四、实验仪器与样品高频C-V特性测试仪，计算机控制系统，打印机，探针台，显微镜。高频C-V特性测试系统如图2。图2 高频C-V特性测试系统示意图另有MOS结构芯片样品若干片。五、实验步骤准备： 按要求，连接探针台、C-V特性测试仪及计算机。开计算机进入C-V测试状态。测量： 将样片放在探针台上接好，进行测试，打印测试结果；在显微镜下测量被测MOS结构的平面尺寸。六、数据处理由C-V曲线确定MOS结构芯片衬底掺杂类型。利用公式（3-5）和（3-

16、7）计算二氧化硅层厚度d0及衬底掺杂浓度N。利用公式（3-8）计算平带电容CFB，由平带电容结合所测得曲线得到平带电压VFB。利用（3-12）计算得到二氧化硅层中固定电荷面密度Qf。七、讨论题1、所测曲线及数据与理论是否相符，如不相符分析原因?2、如果Qf值过大，说明什么问题？ 半导体霍尔迁移率测试实验一、实验目的：本实验通过霍尔系数和电阻率的测量达到测试霍尔迁移率的目的。测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。根据霍尔系数符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度关系，可以计算载流子浓度以及载流子浓度与温度的关系，由此可以确定材料禁带宽度和杂质电离能；用微分霍尔效应法可以测纵向载流子浓

17、度分布，测低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。在霍尔系数的几种测量方法中，由范德堡提出的测量方法是一种被广泛采用且具有实际意义的重要方法一范德堡法。本实验要求掌握用范德堡法测量霍尔系数和电阻率的基本原理和测试方法；确定样品的导电类型，求出霍尔迁移率及载流子浓度。二、实验原理1. 霍尔系数测量对如图1所示的矩形半导体薄片样品，沿x方向通以均匀电流I，沿z方向加有均匀磁场应强度B的磁场，则在y方向产生电势差。这种现象称为霍尔效应。所产生电势差用表示，称为霍尔电压，其相应电场称为霍尔电场。实验表明，在弱磁场下，同J(电流密度)和B成正比，式中为比例系数，称为霍尔系数。

18、 图1 半导体中霍尔效应示意图在不同的温度范围，有不同的表达式。在本征电离完全可以忽略的强电离区，且主要有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度统计分布时，对空穴浓度为p的P型样品=4.1式中q为电子电量，对电子浓度为n的N型样品=4.2 当考虑载流子速度统计分布时，上二式应分别修改为4.34.4 式中mH为霍尔迁移率，m为电导迁移率。对简单能带结构称为霍尔因子，其值与半导体内的散射机制有关，在一般粗略计算时，在半导体中主要由一种载流子导电的情况下，电导率表示式为：和由式（4.3）和（4.4）可得 ，。若直接用测得的，I，B来表示霍尔电场，则对N型样品有4.5式中d为样品厚度，各物理量单位分别为

19、：取V， I取A，B取T，d取cm，为cm/C，是单位变换时引入的。 以上讨论只适用于杂质处于强电离区范围，在温度较高，半导体进入过渡区及本征导电范围，则必须考虑样品中同时存在两种载流子的影响。 2. 范德堡法测量电阻率 范德堡法要求被测量样品为一厚度均匀，无空洞的薄片，在样品四周制作四个极小的欧姆接触点A、B、C、D如图2所示 (a) (b)图2 范德堡法测量电阻率示意图如图2(a)所示，从A-B通以电流，测量C-D间的电位差并定义“电阻”同样，从B-C通以电流测量D、A间的电位差，并定义另一“电阻” 范德堡导出（见附录）样品电阻率与“电阻”、的关系为： 4.6即 4.7式中，d为片状样品的

20、厚度，是与有关的修正因子，称为范德堡因子，它满足如下关系与的关系如图3所示，其相应值列于表1图3范德堡因子f与关系表1范德堡因子f与关系1.01.00001.40.99041.80.97111.10.99931.50.98601.90.96751.20.99721.60.98132.00.96031.30.99411.70.97632.10.9547只要测出、由之值从表1查得对应的的值代入式（4.7）即可得出样品的电阻率。3.实验操作（1）电阻率的测量如果电流则求函数，只要查表1，再代入式（4.7）即可。（2）霍尔系数的测量在样品平面加有垂直磁场的情况下，如图2（b）所示从A到C通以电流，测量

21、B、D间的电位差，若电极制作的很理想（即不加磁场有电流从A到C流过时=0），则即为霍尔电压，因此霍尔系数为4.8（3）测量误差及其消除实际测量采用矩行样品，在矩形的四边上制做四个电极且接触面积为无限小；样品厚度均匀，无空洞。 在霍尔系数测量中，伴随有其它的电流磁效应，热磁效应，以及附加电势差等副效应，分别说明如下： 艾廷豪森效应：当沿样品的X方向通电流I，沿Z方向加磁场B时，在Y方向出现温度差。根据温差电效应将在Y方向产生电势差, 与Y和B成正比，且其极性总是与相同。 能斯脱效应：由于两电流电极的接触电阻不同，电流流过时产生的焦耳热不同，造成沿电流方向(X方向)的温度差。电子将由热端向冷端扩散

22、，在Z方向上存在磁场的情况下，将于Y方向上产生电势差。的极性同磁场的方向有关，于电流的方向无关。 里纪勒杜克效应：当沿样品的X方向有热流流过（X方向电流产生的热)，在Z方向存在磁场时，沿Y方向出现温度差。从而在Y方向产生温差电势差。的极性与磁场方向有关，与电流方向无关。 电极不等位：在不加磁场的情况下，如图4-2(b)所示，电极A 、C间有电流流过时，电极B、D间会有一电势差Uo，Uo极性与电流方向有关。这是由于电极B、D不在等位点上所致。 环境温度不均匀：当样品需要加热时，若样品温度不均匀将在霍尔电极间产生电势差，的极性与电流和磁场的方向均无关。 由上可见，在测量时、将叠加起来，影响测量结果

23、。但可利用各量的极性与电流和磁场方向有关系，测量中改变电流与磁场，把、的影响消除。与的极性相同，但它一般很小，可略去不计。若以，表示磁场的正，反方向，表示电流正，反方向，则对应磁场和电流的方向，测量结果有：（、）：=+（、）：=（、）：=（、）：=由上四式可得：+=4.9 三、实验内容和方法 对给定的样品，用范德堡法测量出霍尔电压、电阻率和霍尔迁移率。计算出相关的参数值。霍尔电压的测量：按照图4连接好电路，将样品放在磁场中，根据上述理论，测量出、计算出和相关的参数值。图4测量霍尔系数电压 电阻率的测量：按照图5连接好电路，根据上述的电阻率测量的理论，进行测量计算出数据。图5测量电阻率电路四、实

24、验要求 认真做实验的每一环节，记录全部过程(使用的仪器仪表，测量的方法和数据，产生的误差和原因等；根据实验的测量数据计算出霍尔系数RH,样品的电阻率和霍尔迁移率H。55双极型晶体管直流参数的测量一、实验目的1、了解半导体特性图示仪的基本原理。2、学习使用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。二、实验原理任何一个半导体器件，使用前均应了解其性能，对于晶体三极管，只要知道其输入、输出特性曲线，就不难由曲线求出它的一系列参数，如输入、输出电阻、电流放大倍数、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何得到这两组曲线呢？ 图1 半导体特性图示仪测量晶体管输出特性曲线基本原理图 图中Q1代表被测的晶体

25、管，Rb、Eb构成基极偏流电路。取Eb>>Vbe,可使Ib =(Eb- Vbe)/ Rb基本保持恒定。在晶体管c-e之间加入一锯齿波扫描电压，并引入一个小的取样电阻Rc，这样加到示波器上X轴和Y轴的电压分别为 VX =Vce =Vcc +VR= Vcc Ic Rc VccVY =Ic Rc Ic当Ib恒定时，在示波器的屏幕上可以看到一根IcVce的特性曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。为了显示一组在不同Ib的特性曲线簇Ici=(Ib, Vce)应该在X轴的锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使Ib也有一个相应的变化，所以应将图1中的Eb改为能随X轴的锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。每一

26、个阶梯电压能为被测管的基极提供一定的基极电流，这样不同的阶梯电压Eb1、Eb2、Eb3 就可对应的提供不同的恒定基极注入电流Ib1、Ib2、Ib3。只要能使每一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，如图2所示，就可以在T0时刻扫描出Ic0=(Ib0, Vce)曲线，在T1时刻扫描出Ic1=(Ib1, Vce)曲线。通常阶梯电压有多少级，就可以相应地扫描出有多少根输出曲线。晶体管特性图示仪是根据上述的基本工作原理而设计的。它由基极正负阶梯信号发生器，集电极正负扫描电压发生器，X轴、Y轴放大器和示波器等部分构成。图2基极阶梯电压与集电极扫描电压间关系三、实验的内容和方法下面我们分

27、别用BJ4814型半导体图示仪测试NPN型晶体管3DG6的参数。3DG6晶体管是NPN外延平面型硅管，用于中高频放大及振荡电路中。其主要参数见附表。1、hFE的测量测出共发射极的特性曲线并记录曲线，在测试条件Vce=10V，Ic=3mA时，计算出hFE的值。hFEIc/Ib2、输入阻抗的测试图3晶体管输入特性的测试测出晶体管输入特性曲线并记录曲线，在测试条件Vce=5V，Ib=40A时的输入阻抗，计算出输入阻抗的数值。晶体管的输入特性对于共发射极电路来说是指Ib和Vbe的关系。以NPN管为例，将被测管E、B、C极分别插入图示仪插座E、B、C，然后加大“峰值电压”，便可得到如图3所示的共发射极组

28、态下的输入特性曲线。例如，若要测出当Vce5V，Ib=40A时的输入阻抗，可以调节“峰值电压”旋钮使Vce5V,“阶梯选择”置10A/级，从图3右边一根曲线上，可自下而上数到第四个亮点（Q点），就对应于Ib=40A的一点，然后过Q点作切线，以切线为斜边作直角三角形，即可求出待测的输入阻抗的数值。3、饱和压降的测试 测出Ib=1mA，Ic=10mA时的VCES值。 晶体管的饱和降压VCES是指在给定的Ib和Ic的条件下，晶体管工作在饱和状态时集电极和发射极之间的电压降。根据饱和压降的定义，当给定Ib和Ic的数值后，可以从晶体管的饱和压降曲线上找出相应的饱和压降VCES。Ib和Ic的取值由测试条件

29、规定，一般在测试中取Ic10Ib时的VCE值作为VCES。4、反向漏电流和反向击穿电压的测试根据测试条件测出下列反向漏电流和反向击穿电压VCB=10V 时ICBOVCE=10V 时ICEOVEB=2V 时IEBOIC=100uA 时V(BR)CBOIC=100uA 时V(BR)CEOIE=100uA 时V(BR) EBO将晶体管按规定的引脚插入之后，逐渐加大反向峰值电压，即可观察到晶体管反向伏安特性曲线，进而可测出反向漏电流的大小。当反向电压增加到某一数值之后，反向电流迅速增大，这就是击穿现象。通常规定晶体管两级之间加上反向电压，当反向漏电流达到某一规定值时所对应的电压值即为反向击穿电压。晶体

30、管的反向漏电流和反向击穿电压有三种情况：ICBO, V(BR)CBO：e极开路时c-b之间的反向漏电流和反向击穿电压；IEBO, V(BR)EBO：c级开路时e-b之间的反向漏电流和反向击穿电压；ICEO, V(BR)CEO：b级开路时c-e之间的反向漏电流和反向击穿电压；根据这些参数的定义，测试时分别将晶体管c、b级，e、b级和c、e级插入图示仪上的插孔c、e，然后加上反向电压，就可进行测量。5、正常管和失效管输出特性曲线的比较正常晶体管的输出特性曲线应该在起始部分电流上升很快，然后变化比较平坦，即Ib受Vce变化影响较小，表明输出阻抗很大。线间的间隔比较均匀，表明电流增益基本保持不变。从图

31、形上计算出的电流增益hFE比较合乎规格,晶体管的击穿电压较高。晶体管出现不正常的原因很多，故输出特性曲线的形状各异，一些不正常的输出特性曲线举例如下：输出特性曲线疏密不均，特别是在Ib较小时的几根曲线靠的很近，甚至合并在一起，如图4（a）所示。这种晶体管在小注入时hFE很小，放大作用差，故对小信号工作时放大不利，容易引起非线性失真。输出特性曲线倾斜而且发散，但零注入线（Ib=0）仍是平的，如图4(b)所示。这种管子hFE随VCE的增大而增加,击穿电压较低，输出阻抗也低，放大信号的线性作用差，失真大，工作不稳定。特性曲线倾斜，而且零注入线也变成倾斜，如图4(c)所示这种晶体管不仅输出阻抗低、线性

32、差，而且反向漏电电流大。曲线的上升部分缓慢，如图4(d)所示。这种晶体管饱和压降太大，不能用于开关工作，放大工作范围小。 图4 几种不正常晶体管的输出特性曲线附表：3DG6的参数 场效应晶体管部分参数的测量 场效应晶体管从结构上分为有两种类型，结型场效应管（JFET）和MOS型场效应管（MOSFET） 。由于他们有很高的输入阻抗，在电子技术中是必不可少的器件。因此，对其基本参数直流输入特性，直流输出特性，开启电压，漏源击穿电压，跨导等应有一定的了解一、实验目的1、熟悉场效应管。2、学会测量场效应晶体管的部分参数。3、巩固所学过的有关理论知识。二、实验原理场效应管的测试与晶体管的测试类似，其管脚

33、的接法一般与晶体管对应如下：场效应晶体管漏极对应于双极型晶体管集电极，栅极对应于基极，源极对应于发射极。测试时应注意场效应管栅极输入的是电压量，所以一般在BJ4814半导体特性图示仪的B、E间并联一个电阻，相当于把阶梯电流信号转变为阶梯电压信号(原电压的范围太窄)。三、实验内容和方法我们选3DJ6场效应晶体管作为测试器件，3DJ6场效应晶体管是N沟道结型耗尽型场效应管，主要用于直流放大、线性放大和斩波电路等，其参数检附表1、 输出特性及IDss、gm的测试测出输出特性曲线，并记录曲线。在VDS=10V时测IDSS。在VDS=10V，IDS=3mA，时测gm。 图1 场效应管部分输出特性曲线(负

34、向) IDSS(饱和漏电流)的测量，图21中的一根曲线(最上面一条)，是Vgs=0时特性曲线，按测试条件，对应X轴电压VDS=10V，测得Y轴电流即为IDSS,还可以把阶梯作用开关扳至关，即可直接显示Vgs=0时的一根曲线，直接读值。gm跨导的测量：gm=I/V。 2、转移特性及其Vp的测试 测出转移特性曲线，并记录。在测试条件VDS=10V，IDS=10uA时的VP。 图2 场效应管转移特性曲线从图22中可读出夹断电压Vp，测试结束将峰值电压调至零。2、 击穿特性BVGS、BVDS的测试在测试条件Igs=-1uA 时测BVGS在测试条件Ids=-1uA 时测BVDS3DJ6的BVGS的测试如

35、同测试晶体管的BVEBO，调节峰值电压即得如图23所示的曲线，根据测试条件可读出BVGS。 图3 场效应管击穿特性曲线 3DJ6的BVDS测试同测试晶体管的BVCEO类似，调节峰值电压即得如图24所示的曲线，即可读出BVDS值。 图4 场效应管测BVDS时曲线附表：3DJ6场效应晶体管参数晶体管特征频率 fT的测量晶体管的特征频率fT定义为共射极组态时交流短路电流放大系数|随频率增加而下降到1时的工作频率，它反映了晶体管共发射极运用具有放大作用的极限，是晶体管的一个重要参数。fT 主要取决于晶体管的合理的结构设计，但也与晶体管工作时的偏置条件密切相关。因此，fT是指在一定条件下的测量值。其测量

36、原理通常采用“增益带宽”乘积的方法。本实验的目的是掌握晶体管特征频率fT 的测试原理及测试方法，熟悉 fT 分别随VCE 和IE 变化的规律，加深其与晶体管结构参数和工作偏置条件关系的理解，为晶体管的频率特性设计，制造和应用奠定基础。一、实验原理在共发射极交流工作状态下，晶体管发射结电压周期性变化引起发射结，集点结空间电荷区的电荷和基区，发射区，集电区内的少子，多子也随之不断重新分布，这种现象可视为电容的充放电作用。势垒电容和扩散电容的充放电使由发射区通过基区传输至集电区的载流子减少，传输的电流幅值下降同时产生载流子传输延迟，加之载流子渡越集电结空间电荷区时间影响，使输入输出信号产生相移，电流

37、放大系数 变为复数并且其幅值随频率升高而下降，相位移也随频率升高而增大。因此，晶体管共发射极交流短路放大系数的幅值和相位移是工作频率的函数。理论上晶体管共发射极交流短路放大系数可表示 -（1）式中：低频时的值；为相移因子，m为一常数m0.4；是截止角频率。其幅值和相位角随频率变化的关系分别为-（2）-（3）可见，当工作频率 << 时，0，几乎与频率无关；当 =时 |=0/ |下降3db;当>>时 |=0 。 根据定义，|=1 时的工作频率即为特征频率T 则有， T=|=0 -（4） 图1 电流放大系数与频率关系 另外，在晶体管共基极截止频率，< 500MHZ 时近

38、似有T=/（1+m）,微波管中T。所以关系式（4）表明当工作频率满足<<<< 时共发射交流短路电流放大系数与工作频率乘积是一个常数，该常数即特征频率 T ，亦称“增益带宽”积。上式同时还表明| 与成反比， 每升高一倍, |下降一倍，在对数坐标上就是|的-6db/ 倍频关系曲线，图31表示了|随频率变化的关系。直接在|=1 的条件下测量 T 是比较困难的，而在工作频率满足 <<<<之关系时测得|, 尔后再乘以该测试频率，也就是利用图1的线性段就可以在较低频率下获得特征频率T，使测试变得简单，这就是通常测量T的基本原理。 图32（a）T IE曲线 图

39、32（b）TVCE曲线从晶体管原理可知，T是发射结电阻，基区宽度，势垒区电容和势垒区宽度等的函数，而这些参数虽然主要取决于晶体管的结构，但与晶体管的工作条件有关，即工作偏置不同T也不等。因此，特征频率是指在一定偏置条件下的值。图32（a）表示VCE为常数时T随IE的变化，图2（b） 表示IE 为常数时T 随VCE的变化。二、实验内容和方法 1、在规定VCE ， IE偏置条件下，测量所选晶体管的特征频率fT。（VCE=10V IE=3mA,f测试=10MHZ）；2、VCE置范围值，改变IE测量fTIE 变化关系；（VCE=5V IE=5-50mA 步进5 mA）；3、IE置范围值，改变VCE方向

40、 测量fTVCE变化关系；（IE=3mA VCE=5-20V 步进1V）；光敏电阻的光电特性实验一、实验目的：了解光敏电阻光电特性：即供电电压一定时，电流照度的关系。1 2 3 4 1、光电导体膜 2、电极 3、绝缘基底 4、电路符号 图1-1 二、基本原理：光敏电阻是一种当光照射到材料表面上被吸收后，在其中激发载流子，使材料导电性能发生变化的内光电效应器件。最简单的光敏电阻的原理和符号如图1-1所示，由一块涂在绝缘基底上的光电导体薄膜和两个电极所构成。当加上一定电压后，光生载流子在电场的作用下沿一定的方向运动，在电路中产生电流，这就达到了光电转换的目的。三、需用器件与单元：实验仪电源部分、光

41、敏电阻传感器、光敏电阻实验模块、发光二极管、专用光电连接筒、专用导线等四、初始设置：将发光二极管和光敏电阻传感器分别旋入“专用光电连接筒”且固定在实验仪上方的固定支架上，用“专用导线”将发光二极管与实验仪上方的专用导线进行连接，同时将”光敏电阻传感器”和“光敏电阻实验模块Ti”插口用专用导线连接。五、实验步骤：mA +VCC 图1-2 1、 了解实验原理。（见图1-2实验原理图）2、 根据图1-3接线，+VCC为+10V电压-15V +15V + R2 R1 + VO 图1-3 R3 IO mA LED +VCC Ti 3、检查接线是否正确4、关闭光强调节开关，记下电流表的读数（暗电流）。5、

42、开启光强开关，调节光强为200、400、600、800、1000、1200、1400、1600时，分别记下电流表读数，将数据填入下表：表一光强（Lx）02004006008001000120014001600-电流（mA）6、根据所得结果作出照度-电流曲线。L I 7、参考曲线： 光敏电阻的伏安特性一、实验目的：了解光敏电阻的伏安特性：即射入照度一定时，电流偏压的关系。二、基本原理：同实验一三、需用器件与单元：实验仪电源部分、光敏电阻、光敏电阻实验模块、发光二极管、电流表、照度表、专用导线四、初始设置：将发光二极管和光敏电阻传感器分别旋入“专用光电连接筒” 且固定在实验仪上方的固定支架上，用“

43、专用导线”将发光二极管与与实验仪上方的专用导线进行连接，同时将”光敏电阻传感器”和“光敏电阻实验模块Ti”插口用专用导线连接。五、实验步骤：1、在“光敏电阻实验模块”如图1-3接线。2、检查接线是否正确。3、开启光强开关，调节光强为1000，分别调节光敏电阻供电电压+VCC到+2V、+4V、+6V、+8V、+10V。4、记下不同+VCC时的电流表读数，并填入下表：表二电压（V）+2+4+6+8+10电流（mA）5、作出V-I曲线。6、将光强开关分步调至500 LX、1500 LX，重复上述（4）至（5）步，比较三条V-I曲线有什么不同。V I EV1 7、参考曲线 光敏二极管的光电特性一、实验

44、目的：了解光敏二极管的光电特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。二、基本原理：光敏二极管是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散的很浅，为1m左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗尽层。光子入射到耗尽层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压VBB的作用下，空穴流向正极，形成了二极管的反向电流，即光电流。光电流通过外加负载电阻RL后产生电压信号输出。三、需用器件与单元：发光二极管、光敏二极管、光敏二极管实验模块、电压表、照度表、专用导线、传感器连接套四、初始设置：将发光

45、二极管和光敏二极管传感器分别旋入“专用光电连接筒” 且固定在实验仪上方的固定支架上，用“专用导线”将发光二极管与与实验仪上方的专用导线进行连接，同时将”光敏二极管传感器”和“光敏二极管实验模块Ti”插口用专用导线连接。五、实验步骤：Cr Rf VO V + + ILi 电压表 图45-1 1、在光敏二极管实验模块如图45-1接线，并在负载选择单元中选择Rf=20K作为Rf接入I/V变换器。注：因光敏二极管产生的光电流比较小，为便于读数，所以采用I/V变换器将光电流ILi转换成电压，其关系为：ILi=| V/Rf |。(图中+、-是光敏二极管正负极)2、关闭光强开关，记下电压表的读数（暗电流），

46、并将数据填入下表。调节光强为下表各数值时，分别记下电压表的读数填入下表。光强025050075010001250电压（mV）电流（I）3、作出照度-电流曲线（ILi=V/ Rf）EV(Lx) I 4、参考曲线光敏二极管的伏安特性一、实验目的：了解光敏二极管在照度一定的情况下，它的输出电流与偏压的关系。二、基本原理：当入射光的强度（或通量）一定时，光电管输出的光电流与偏压的关系称为伏-安特性。下图为硅光电管的伏安特性曲线：20V600Lx400Lx10V反向偏压30V5uA8uA输出电流(uA)0x三、需用器件与单元：实验仪电源、光敏二极管、发光二极管、光敏二极管模块、电压表、照度表、专用导线、

47、传感器连接套四、初始设置：直流稳压电源置±2V档，将发光二极管和光敏二极管传感器分别旋入“专用光电连接筒” 且固定在实验仪上方的固定支架上，用“专用导线”将发光二极管与与实验仪上方的专用导线进行连接，同时将”光敏二极管传感器”和“光敏二极管实验模块Ti”插口用专用导线连接。五、实验步骤：1、 根据图45-1接线（零偏压）。2、 开启电源及光强开关，将光强置于200LX,，选择Rf=1M。3、 记录下此时电压表的读数，并填入下表：偏压0-2-4-6-8-10电压（Vo）电流（|V/Rf|）4、将光敏二极管“+”极与“”之间的连线去除，将直流稳压电源单元中“-VCC”端口与光敏二极管“+

48、”极相连，给二极管加上偏压。5、直流稳压电源从-2V逐步调整至-10V，记录下每一步的电压表读数值。并填入上表(注意电压变化范围比较小需仔细观察)。6、作出V-I曲线。7、将光强分别调至300 LX、400 LX档，重复上述36步。比较三条V-I曲线有什么不同。V I EV1 EV2 EV3 8、参考曲线光敏三极管的光电特性一、实验目的：了解光敏三极管的光电特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。二、基本原理：光敏三极管是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散得很浅，为1m左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗尽层。光子入射到耗尽层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压VBB的作用下，空穴流向正极，形成了三极管的反向电流，即光电流。光电流通过外加负载电阻RL后产生电压信号输出。三、需用器件与单元：实验仪电源部分、光敏三极管、发光二极管、光敏三极管模块、专用导线等四、初始设置：将发光二极管和光敏三极管传感器分别旋入“专用光电连接筒” 且固定在实验仪上方的固定支架上，用“专用导线”将发光二极管与与实验仪上方的专用导线进行连接，同时将“光敏三极管传感器”和“光敏三极管实验模