微电子器件实验指导书

微电子器件实验指导书

微电子技术教学部 编写

光电工程学院

微电子技术教学部

2004年2月

第 1 页 共 10页 一．实验的地位、作用和目的：

《微电子器件实验》课是微电子学与固体电子学专业本科教学中的重要教学实践环节。目的是帮助学生理解课堂上学到的基本原理和知识，并掌握晶体管基本参数的测量方法，提供实际动手能力，以适应社会的需求。

基本原理及课程简介：

微电子器件课程讲述了基本的半导体器件BJT、JFET、MOSFET的物理结构和工作原理，它主要针对半导体器件的主要电参数讲述其测量方法和原理。它包含了三个实验：双极晶体管击穿特性测试、双极晶体管直流放大特性测试、晶体管特征频率的测量。

二．实验方式及基本要求

1.教师在课堂上讲解实验的基本原理、仪器使用、测试内容及实验要求，交代实验注意事项。

2.学生分4人一组进行实验，要求必须自己动手做实验，然后独立完成实验报告。

三．实验考核及实验报告：

1．学生在做完一个实验后，需要独立处理实验数据，认真写实验报告（内容包含实验原理、实验步骤和实验结果），在做实验前还必须预习；

2．实验指导教师根据学生实验完成情况及实验报告情况打分，然后综合各次实验给出最后考核成绩。

编著者：杨虹、唐政维、冯世娟

第 2 页 共 10页 试验一 测量双极晶体管的直流放大特性

一．试验目的

1．学习晶体管特性图式仪的使用。

2．测量晶体管的0值。

二．实验原理

1．双极晶体管的电流放大作用

当晶体管处于有源放大区（发射结正偏，集电结反偏）时，其电流的组成为：

图一 晶体管中的各种电流成分

EnEpEIII

CnCCBOIII

BpEVBCBOIIII

其中nEnCVBIII

ECBIII。

我们定义：0nCEII，共基极直流电流增益。0总是小于1（0应尽量接近1）。

0CECBOIII。

定义：0001nCBII，共射极直流电流增益。01（0越大表明电流传输过程中的损失越小）

0CBCEOIII。

2．测量0值 第 3 页 共 10页 由共射极输出特性曲线

0CBCEOIII∵

0CBII（随着BI增加，集电极电流按0BI的规律增加）

测试电路如图。

图二 IC~VCE特性测试原理图

三．晶体管特性图示仪的使用

对于某晶体管，接上晶体管特性图示仪后，调节VC和Ib可得到特性曲线。

QT—2型晶体管特性图示仪面板介绍。

图三 集电极扫描电源 图四 电源与显示部分

电源开关K—1：为电源通断控制（图四—1）

聚焦W11—3：为示波管亮度控制（图四—4）

X/Y移位W1—106（6）：用于调整图形在屏幕上的横/纵向位置（图六—3）

X/Y方式K1—101（1）：置于测量时，可根据电流（电压）/度进行显示（图六—2）

电压（流）/度K3（3）—1：用于调整X/Y轴每格表示的电压/电流值（图六—1） 第 4 页 共 10页

图五 基极阶梯信号 图六 Y轴偏转显示部分 图七 测试选择及其他部分

电压档级开关K8—1：用于调节加到集电极的电压的最大值的范围（图三—1）

峰值电压极性CZ8—1、2：用于切换该电源的极性以适应不同的晶体管（图三—6）

峰值电压B8—1：在峰值电压范围确定之后，用于更进一步确定峰值电压值（图三—3）

功耗限制电阻K8—6：用于串接在集电极上防止超过功耗（图三—4）

阶梯作用K4—2：重复、单次、关断三种方式的切换（图五—8）

阶梯幅度/级K7—1：用于选择阶梯幅度（图五—1）

阶梯信号输入K7—3：用于切换三种方式，开路、对地短路和正常输入（图五—7）

阶梯调零W6—1：调节整个阶梯起始电平（图五—5）

阶梯信号串联电阻K7—2：用于选择串联在基极的电阻阻值（图五—2）

阶梯级/簇W4—5：用于调节阶梯信号的级数（图五—6）

测试选择K8—5：用于测试时的具体操作（图七—1）

测试极性K6—1：在NPN、PNP统一控制的基础上使阶梯信号的极性进行单独控制（图七—6）

F/B/H型测试盒：用于测试不同的晶体管（图七—2为插孔）

四．实验内容及步骤

1．开启电源，调节辉度聚焦、辅助聚焦及标尺亮度，阶梯调零。

2．根据集电极基极的极性将测试选择开关置于NPN，并将极性开关置于常态。

3．被测试管的CBE按规定进行连接。

4．将Y/X置于合适的电流/电压档级。

5．集电极电压按照要求值进行调节，并使在左下方（NPN）的零点开始。

6．选择合适的阶梯幅度/级开关，合适的功耗限制电阻。

7，对所显示的IC~VCE曲线，进行调节，并读数。

五．实验报告

1．绘出特性图。

2．计算晶体管的0值。

六．思考题

可否用晶体管特性图示仪调出Ic~Ib特性曲线？

第 5 页 共 10页 实验二 晶体管特征频率的测量

一．实验目的

1．了解晶体管特征频率的重要性。

2．学会使用频率特性测试仪。

二．实验原理

我们使用晶体管，希望它有一定的放大能力。

对共射来说，有cbii，其中为小信号下的电流增益。

01()fjf，其中f为共射截止频率。

当f升高时，0122[1()]ff会下降。

定义当下降为1时的频率为特征频率。此时01221[1()]Tff。

可得到012()Tebdcff，

可见特征频率是由四个时间常数决定的。

并且工作频率在fff范围内，共射极电流增益的幅值与频率乘积是一个常数，

即0Tfff。

所以Tf也称为电流增益—带宽积。

三．频率特性测试仪的使用

1．工作原理

NW1253频率特性测试仪是扫频信号源和光栅增辉显示系统组成一体的仪器。

扫描电压发生器输出的扫描锯齿波和同步方波分别馈送到相关电路，扫描控制器主要进行信号变化，扫频方式选择，频标方式选择，以此来时限振荡的扫宽控制、标记组合、平坦度和外补偿等功能。显示系统采用光栅增辉显示技术。低压稳压电源系统采用继承电路。

2．面板介绍

（1）位移：调节线性放大的垂直方向位移

（3）增幅：调节线性放大的灵敏度

（4）极性：调节线性放大的输入极性

（7）显示方式：选择A、A/B、B显示

（8）开关：

（18）工作方式：分全扫、窄扫、单频 第 6 页 共 10页

图一 面板图

（19）频标方式：分外频标、10/1、50/100、100MHz晶体标志五档

（29）扫描时间：调节适合测试的扫描时间

四．实验内容及步骤

1．开机前，检查电源电压是否正常。

2．仪器接通电源后预热10分钟。

图二 仪器性能检查 图三 实际使用

3．按图示电路连接待测晶体管。

4．确定该晶体管的Tf。

五．实验报告

1．绘制衰减曲线。

2．确定晶体管的Tf。

六．思考题

第 7 页 共 10页 试验三 测量双极晶体管的击穿特性

一．实验目的

1．熟悉晶体管特性图式仪的使用。

2．测量晶体管的CEOBV和EBOBV。

二．实验原理

1．共射极时的击穿和CEOBV

对共射极接法的有源放大区中，集电极电流为

图一 共射级电路

000011CBOCBCEOBIIIII

当发生雪崩倍增效应时，IC变成：

00011CBOCBBCEOMMIIIBIIMM(M为倍增因子)

上式中，001MBM表示发生雪崩倍增后的电流增益，

01CBOCEOMIIM表示发生雪崩倍增后的穿透电流。

这时，定义：将基极开路 ，使CEOI时的CEV称为集电极与发射极之间的击穿电压，记为CEOBV。其测试电路如图所示。

图二 CEOBV击穿特性测试电路图

在测量CEOBV时，经常出现如图所示的负阻现象，即当CEV增大到CEOBV发生击穿后，电流上升，电压却反而下降，此时susV为维持电压。这是由于与击穿条件（倍增因子M）在小电第 8 页 共 10页 流下较大，而导致击穿电压CEOBV高；而电流增大后，M减小，击穿电压CEOBV也下降到正常值。

击穿时的输出特性曲线如图。

图三 C.E间的击穿特性

2．E-B结的击穿和EBOBV

集电极开路（0CI）时，发射极与基极间的反偏时的发射极电流为EBOI。当EBOI时的E-B间的反向击穿电压即为EBOBV。通常是由发射结的雪崩击穿电压决定，一般要求4EBOBVV。

其测试电路如图。

图四 EBOBV击穿特性的测试电路图

三．晶体管特性图示仪的使用

见实验一。

四．实验内容及步骤

1．开启电源，调节辉度聚焦、辅助聚焦及标尺亮度，阶梯调零。

2．根据集电极基极的极性将测试选择开关置于NPN，并将极性开关置于常态。

3．被测试管的CBE按规定进行连接。

4．将Y/X置于合适的电流/电压档级。

5．选择合适的阶梯幅度/级开关，合适的功耗限制电阻。

6．集电极电压置于合适的档级，峰值电压为零，当测试时按顺时针方向缓慢增加。

7．读出CEOBV和EBOBV的值。

5．实验结束，关闭电源。

五．实验报告

1．绘出C-E、E-B的反向击穿特性。

2．确定CEOBV值和EBOBV值。