實驗14 MOS場效應(yīng)晶體管Kp、F的測試

1、School of MicroelectronicsXidian University 實驗實驗14 MOS場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管Kp、F的測試的測試 School of MicroelectronicsXidian University 實驗?zāi)康暮鸵饬x MOS場效應(yīng)晶體管是一類應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體器件 具有積體小，輸入阻抗高，輸入動態(tài)范圍大，抗輻射能力強，低頻噪聲系 數(shù)小，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 制造工藝簡單，集成度高，功耗小 通過了解電容-電壓法測量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布基本原理；學(xué)習函數(shù)記錄儀、 C-V測試儀的使用方法；學(xué)會制作肖特基結(jié)并用C-V法測量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布。 了解MOSFET的Kp、F的

2、測試原理；掌握測定方法，觀察Kp、F 隨工作電 流、工作電壓的變化關(guān)系。 School of MicroelectronicsXidian University 功率增益測試原理 MOSFET Kp的測試 功率增益是MOSFET的重要參數(shù)，是指放大器輸出端信號功率與輸入端信號 功率之比，其定義公式為： 式中：PO、Pi 分別為放大器輸出，輸入功率；Kp為功率增益值。 實際上檢測PO、Pi有困難，根據(jù)MOSFET的等效電路，在輸入輸出共軛匹配 時，推導(dǎo)的功率表示式可知： School of MicroelectronicsXidian University 其中 ： 由此可得到最佳功率增益表示式

3、： 由上式可見，Kp隨頻率增加而下降，器件的截止頻率越高，功率增益值越大。 在實際測試中，功率增益的測試回路是指輸入、輸出端基本匹配的一對場效 應(yīng)管進行相對比較的一級高頻放大器。當達到最佳匹配時，把求功率比值的問題 轉(zhuǎn)化成求電壓比的問題來處理。就有公式 : 功率增益測試原理 School of MicroelectronicsXidian University 測量Kp時，先使信號無衰減地進行校正，使指示器固定在某一點作為參考 點。在測量時，調(diào)節(jié)測量回路的微調(diào)電容，使指示最大，并拔動檔級衰減器使指 針回到參考點。調(diào)節(jié)中和電路中的中和電容使指示最小，把測量，中和調(diào)節(jié)反復(fù) 幾次后，就可從擋級衰減器

4、上讀出功率增益值。 功率增益測試原理 School of MicroelectronicsXidian University MOS場效應(yīng)管噪聲來源和表示式 低頻噪聲：MOS器件低頻噪聲來源主要是l /f 噪聲。大小與表面狀態(tài)有關(guān)， 它隨使用頻率升高而迅速降低，近似的與頻率成反比。 溝道熱噪聲：由于MOS器件導(dǎo)電溝道都存在一定的電阻。當載流子運動 時，產(chǎn)生的噪聲電壓，大小為： V=4KTfdR 誘生柵極噪聲：高頻下溝道熱噪聲電壓還將通過柵電容耦合柵極上，并在 柵極感應(yīng)出噪聲，這種通過電容耦合而誘生的噪聲，叫做誘生噪聲，大小為 : 噪聲系數(shù)F的測試原理 School of Microelectr

5、onicsXidian University MPSFET高頻噪聲表示式：高頻MOSFET場效應(yīng)管的噪聲主要是溝道熱噪 聲合誘生柵極噪聲，這是兩個相關(guān)的噪聲源，但其相關(guān)性可以忽略，并可當作兩 個獨立的噪聲源來對待。由噪聲公式可導(dǎo)出MOSFET 管的最小噪聲系數(shù)為： 其中： 在實際中，由于界面態(tài)等原因產(chǎn)生的噪聲也有可能擴展到高頻段；同時還 存在其它寄生因素產(chǎn)生的損耗，而實際噪聲大于理論值。 噪聲系數(shù)F的測試原理 School of MicroelectronicsXidian University 在測量場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)時，通常引入了與晶體管噪聲系數(shù)定義相同的 方法進行測量，即：測量回路輸出端

6、總的噪聲功率與由于信號源內(nèi)阻熱噪聲所引 起的，在其輸出端的噪聲功率之比或者用輸入端信噪比與輸出端信噪比之比值： 測量這兩種噪聲功率比較困難，但將輸出的信噪比固定，可將測試公式簡 化，給測試帶來方便。由于: 噪聲系數(shù)F的測試原理 School of MicroelectronicsXidian University 因而 : 若用分貝表示： F（dB）=10*lgIa （Pso/Pno=l） 由上式可知，在取輸出信噪比為1的條件下，場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)在大小上正好 與噪聲二極管的直流分量相等。測量時先不加由噪聲二極管產(chǎn)生的噪聲，這時儀 器內(nèi)等效內(nèi)阻產(chǎn)生的熱噪聲經(jīng)放大后在接收機輸出表上有一定指示，然

7、后衰減 3dB，相當于熱噪聲減少一半。最后加由噪聲二極管產(chǎn)生的信號使輸出表指針回 到原來不衰減的位置處，這樣可以保證輸出信噪比等于 l 。 噪聲系數(shù)F的測試原理 School of MicroelectronicsXidian University MOS高頻場效應(yīng)管Kp、F 參數(shù)測試儀由主機，偏置電源組成。實驗前首先 熟悉操作步驟，方可測量。 準備工作： 把偏置電源放在主機上邊，面板上的UDS 旋鈕應(yīng)放在“斷”的位置，量程 開關(guān) 放在最小的一擋，UDS的套軸旋鈕均應(yīng)逆時針旋到頭，然后可插上電源線，接通 電源開關(guān)，此時指示燈發(fā)亮，預(yù)熱20分鐘。 把主機面板上的“噪聲范圍”開關(guān)置于斷的位置，“測

8、量參數(shù)”開關(guān)放Kp位 置， 接通電源開關(guān)，此時指示燈亮，預(yù)熱20分鐘。 實驗主要步驟 School of MicroelectronicsXidian University 測量步驟： （1）根據(jù)需要測試的頻率選取30MHz，100MHz的Kp、F 測試盒； （2）用較長兩根同軸電纜線把測試盒與主機連接起來，主機上的輸出接頭 與測試盒上的輸入接頭相連，主機上的輸入接頭與測試盒上的輸出接頭相連，測 試盒上偏置電源插座與場效應(yīng)管偏置電源上的插座通過一根二芯電纜線項連接。 （3）用一根較短的同軸電纜線一端與主機上的LT接頭相接，另一端與測試 盒相接。 （4）頻率選擇開關(guān)應(yīng)置在同測試盒上頻率相同的位置

9、上。 （5）信號衰減器1、2的開關(guān)均應(yīng)置0dB，即信號“衰減器1”的四只開關(guān)都 扳 實驗主要步驟 School of MicroelectronicsXidian University 測量步驟： 向上方，參數(shù)測量開關(guān)置于Kp位置。 （6）轉(zhuǎn)換開關(guān)置于校正處，此時調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)旋鈕，使A 表指示某一參 考值（35格處），以信號調(diào)節(jié)不準在動，然后把轉(zhuǎn)換開關(guān)置于測量處。 （7）插上被測管，調(diào)節(jié)電源面板上的UDS ，UGS 各旋鈕開關(guān)，使UDS 、 UGS 為所需值。 （8）調(diào)節(jié)測試盒上的輸入調(diào)諧、輸出調(diào)諧，輸出匹配旋紐使 A指示最 大，若指針超過滿度，則應(yīng)隨時適當改變信號衰減器1、2使指針回到所取的

10、參考 點附近，接著進行中和調(diào)整，即把轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到中和位置，調(diào)節(jié)測試盒上的中和 實驗主要步驟 School of MicroelectronicsXidian University 測量步驟： 調(diào)節(jié)，使A表指示最小，再把轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到測量位置，重新調(diào)節(jié)輸入調(diào)諧，輸 出調(diào)諧，輸出匹配，特別是輸出調(diào)諧和輸出匹配，要相互減增地進行，反復(fù)調(diào) 節(jié)，使A表指示最大，之后再進行中和調(diào)節(jié)A表指示最小，反復(fù)幾次調(diào)到最佳 狀態(tài)；即當轉(zhuǎn)換開關(guān)在測量時指示最大，而在中和時，指示最小。最后撥動信號 衰減器使A表指針回到步驟（6）中規(guī)定的那個參考點附近，這時從信號衰減器 1、2讀得的數(shù)之和就是被測管的功率增益值。 （9）測量

11、F的方法 在測得Kp值的基礎(chǔ)上，測試盒上各旋鈕的位置保持不動、只把參數(shù)測量開關(guān) 實驗主要步驟 School of MicroelectronicsXidian University 測量步驟： 置于F位置，增益衰減器中3dB開關(guān)撥向上方、然后把增益衰減器中的5dB、 10dB 開關(guān)及增益調(diào)節(jié)，使A表指針在某一參考點（如35格處），然后再撥動增益衰 減器中的3dB開關(guān)置下，衰減3dB，順時針旋轉(zhuǎn)噪聲調(diào)節(jié)旋鈕，使A表指針準確 回到參考點位置，此時F 表頭上的讀數(shù)與噪聲范圍所指示值之和就是被測管的噪 聲系數(shù)。 當測完F參數(shù)后，應(yīng)將噪聲調(diào)節(jié)旋鈕逆時針調(diào)回到頭，3dB開關(guān)置于上，以 便繼續(xù)測試。 實驗主要步驟 School of MicroelectronicsXidian University 在測量MOSFET管的功率增益時要求測量3 次求出平均值，并將測量值與 手冊中給出值比較、進行分析。 測量F 時，采用上述步驟求出噪聲系數(shù)F的平均值，并對結(jié)果進行分析。 做K PIDS、FIDS 曲線，選點不少于15個，其密度根據(jù)實際情況自定。 最后分析結(jié)果。 實驗數(shù)據(jù)處理與分析 School of MicroelectronicsXidi