器件原理-雙極型晶體管特性的測(cè)量與分析

《微電子器件原理》雙極型晶體管特性的測(cè)量與分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書通信工程學(xué)院微電子實(shí)驗(yàn)室二00八年九月雙極型晶體管特性的測(cè)量與分析實(shí)驗(yàn)要求1．弄清雙極型晶體管主要參數(shù)的物理意義和使用圖示儀的基本方法。2．測(cè)試樣品為3DK4DJ，弄清這兩類器件的類型和引腳。3．測(cè)量該晶體管的輸出特性曲線，在VCE為10V、第六級(jí)曲線處求電流放大倍數(shù)β(交流)、HFE(直流)。用轉(zhuǎn)移特性曲線再次測(cè)量這兩個(gè)參數(shù)，將兩次結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。4．測(cè)量晶體管的極限參數(shù)BVebo、BVceo、BVcbo。5.將測(cè)試結(jié)果和測(cè)試條件列表表示并與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較,看看所測(cè)的器件是否合格。一前言雙極晶體管是最重要的分立器件，是雙極集成電路的基礎(chǔ)，其特性的測(cè)量與分析是基本的實(shí)驗(yàn)技能。通常用半導(dǎo)體管特性圖示儀來(lái)完成這一工作。半導(dǎo)體管特性圖示儀是能直接顯示半導(dǎo)體各種特性曲線和直接讀出被測(cè)管各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試儀器。它還能顯示和測(cè)量多種半導(dǎo)體和集成電路的特性和參數(shù)，具有顯示直觀，讀測(cè)簡(jiǎn)便和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。要測(cè)定共射晶體管的輸出特性，其基本測(cè)試原理電路如圖1-1所示，測(cè)試時(shí)用逐點(diǎn)測(cè)試的方法把一條條的曲線描繪出來(lái)如圖1-2。如果用半導(dǎo)體管特性圖示儀，則可以把這組曲線直接顯示出來(lái)。圖1-1共射晶體管接法圖1-2共射晶體管輸出特性曲線半導(dǎo)體管特性圖示儀既能較全面地檢測(cè)半導(dǎo)體管的各種參數(shù)，又能顯示半導(dǎo)體管的特征曲線。具有價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是檢測(cè)半導(dǎo)體管特性和參數(shù)的常用儀器。本實(shí)驗(yàn)要求：（1）了解XJ4810半導(dǎo)體管特性圖示儀的基本原理方框圖及每部分的作用。（2）了解被測(cè)管各項(xiàng)參數(shù)的定義及讀測(cè)方法。（3）掌握晶體管特性常見(jiàn)缺陷及其產(chǎn)生原因。極性（集電極掃描）正（+）功耗電阻5~50kx軸集電極電壓10V/度（測(cè)BVCBO，BVCEO）1V/度（測(cè)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(cè)擊穿電壓時(shí)晶體管的接法圖1-11晶體管擊穿電壓測(cè)量值的示意圖（4）反向電流ICBO、ICEO和IEBO晶體管的反向電流ICBO、ICEO和IEBO也叫反向截止電流或反向漏電流。其中ICEO又叫反向穿透電流。反向電流對(duì)晶體管的放大作用沒(méi)有貢獻(xiàn)，白白消耗一部分電源功率，影響晶體管工作的穩(wěn)定性。因此，反向電流愈小愈好。晶體管的反向電流通常包括反向擴(kuò)散電流ID、勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生電流IG和表面漏電流IS。在室溫下，硅管的IG＞＞ID，鍺管則ID＞IG。一般硅管的反向電流遠(yuǎn)小于鍺管的反向電流。由于XJ4810圖示儀的測(cè)試精度所限，絕大部分中小功率硅管的反向電流不能用XJ4810圖示儀讀測(cè)，而只能用專用儀器（如JS2B晶體三極管反向截止電流測(cè)試儀）測(cè)量。電流ICBO，ICEO、IEBO的定義如下：ICBO——發(fā)射極開(kāi)路，C—B間反壓為規(guī)定值時(shí)的反向電流；ICEO——基極開(kāi)路，C—E間反壓為規(guī)定值時(shí)的反向電流；IEBO——集電極開(kāi)路，E—B間反壓為規(guī)定值時(shí)的反向電流。鍺管的反向電流，在圖示儀上有可能觀察到。下面以鍺管3AX31B為例，測(cè)量其反向電流。晶體管接法同圖1-10，測(cè)量示值如圖1-12所示。旋鈕位置為：峰值電壓范圍0~50V極性（集電極掃描）負(fù)（—）功耗電阻1~10K（反壓高時(shí)電阻大些）x軸集電極電壓1V/度y軸集電極電流0.01~0.5mA（適當(dāng)選擇）階梯作用關(guān)圖1-12晶體管反向電流的測(cè)量示值三實(shí)驗(yàn)步驟與要求1．實(shí)驗(yàn)器材（1）XJ4810型半導(dǎo)體管特性圖示儀一臺(tái)及使用說(shuō)明書一份。（2）半導(dǎo)體器件3DK4DJ2．儀器調(diào)節(jié)與測(cè)試要求（1）開(kāi)啟電源，預(yù)熱15min后使用（2）示波管部分①調(diào)輝度，以適中亮度為宜。②調(diào)聚焦和輔助聚焦，使光點(diǎn)清晰。測(cè)npn管時(shí)光點(diǎn)移至左下角，測(cè)pnp管時(shí)光點(diǎn)移至右上角。（3）集電極掃描將集電極掃描的全部旋鈕都調(diào)到預(yù)見(jiàn)需要的范圍，一般峰值電壓范圍先置于0~10V，峰值電壓（旋鈕）調(diào)至最小。（4）y軸作用將毫安—伏/度與倍率調(diào)到需讀測(cè)的范圍。（5）x軸作用將伏/度調(diào)到需讀測(cè)的范圍。（6）基極階梯信號(hào)通常先進(jìn)行階梯調(diào)零（方法見(jiàn)XJ4810圖示儀使用說(shuō)明書）。階梯調(diào)零后，根據(jù)需要，將極性，串聯(lián)電阻、階梯選擇（毫安/級(jí)或伏/級(jí)）調(diào)好，階梯作用置于“重復(fù)”。（7）測(cè)試臺(tái)部分按面板指示操作。測(cè)試時(shí)應(yīng)注意①每次測(cè)試時(shí)應(yīng)把光點(diǎn)調(diào)到和坐標(biāo)原點(diǎn)重合，測(cè)VCES、VBES時(shí)尤其要注意。②每次測(cè)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。③測(cè)高反壓管的反向耐壓和反向電流時(shí)，功耗電阻應(yīng)選大些，以免燒壞被測(cè)管。④在滿功耗附近測(cè)量共射晶體管輸出特性時(shí)，掃描時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，以免損壞被測(cè)管，對(duì)未加散熱器的大功率管測(cè)試尤其要注意。⑤用XJ4810圖示儀鑒別晶體管類型pnp或npn和管腳極性時(shí)，應(yīng)選用不會(huì)損壞被