微電子器件實驗指導(dǎo)書

PAGE第8頁共10頁微電子器件實驗指導(dǎo)書微電子技術(shù)教學(xué)部編寫光電工程學(xué)院微電子技術(shù)教學(xué)部2004年2月一．實驗的地位、作用和目的：《微電子器件實驗》課是微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)本科教學(xué)中的重要教學(xué)實踐環(huán)節(jié)。目的是幫助學(xué)生理解課堂上學(xué)到的基本原理和知識，并掌握晶體管基本參數(shù)的測量方法，提供實際動手能力，以適應(yīng)社會的需求。基本原理及課程簡介：微電子器件課程講述了基本的半導(dǎo)體器件BJT、JFET、MOSFET的物理結(jié)構(gòu)和工作原理，它主要針對半導(dǎo)體器件的主要電參數(shù)講述其測量方法和原理。它包含了三個實驗：雙極晶體管擊穿特性測試、雙極晶體管直流放大特性測試、晶體管特征頻率的測量。二．實驗方式及基本要求1.教師在課堂上講解實驗的基本原理、儀器使用、測試內(nèi)容及實驗要求，交代實驗注意事項。2.學(xué)生分4人一組進(jìn)行實驗，要求必須自己動手做實驗，然后獨立完成實驗報告。三．實驗考核及實驗報告：1．學(xué)生在做完一個實驗后，需要獨立處理實驗數(shù)據(jù)，認(rèn)真寫實驗報告（內(nèi)容包含實驗原理、實驗步驟和實驗結(jié)果），在做實驗前還必須預(yù)習(xí)；2．實驗指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生實驗完成情況及實驗報告情況打分，然后綜合各次實驗給出最后考核成績。編著者：楊虹、唐政維、馮世娟試驗一測量雙極晶體管的直流放大特性試驗?zāi)康?．學(xué)習(xí)晶體管特性圖式儀的使用。2．測量晶體管的值。實驗原理1．雙極晶體管的電流放大作用當(dāng)晶體管處于有源放大區(qū)（發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）時，其電流的組成為：圖一晶體管中的各種電流成分其中。我們定義：，共基極直流電流增益。總是小于1（應(yīng)盡量接近1）。。定義：，共射極直流電流增益。（越大表明電流傳輸過程中的損失越小）。2．測量值由共射極輸出特性曲線（隨著增加，集電極電流按的規(guī)律增加）測試電路如圖。圖二IC~VCE特性測試原理圖晶體管特性圖示儀的使用對于某晶體管，接上晶體管特性圖示儀后，調(diào)節(jié)VC和Ib可得到特性曲線。QT—2型晶體管特性圖示儀面板介紹。圖三集電極掃描電源圖四電源與顯示部分電源開關(guān)K—1：為電源通斷控制（圖四—1）聚焦W11—3：為示波管亮度控制（圖四—4）X/Y移位W1—106（6）：用于調(diào)整圖形在屏幕上的橫/縱向位置（圖六—3）X/Y方式K1—101（1）：置于測量時，可根據(jù)電流（電壓）/度進(jìn)行顯示（圖六—2）電壓（流）/度K3（3）—1：用于調(diào)整X/Y軸每格表示的電壓/電流值（圖六—1）圖五基極階梯信號圖六Y軸偏轉(zhuǎn)顯示部分圖七測試選擇及其他部分電壓檔級開關(guān)K8—1：用于調(diào)節(jié)加到集電極的電壓的最大值的范圍（圖三—1）峰值電壓極性CZ8—1、2：用于切換該電源的極性以適應(yīng)不同的晶體管（圖三—6）峰值電壓B8—1：在峰值電壓范圍確定之后，用于更進(jìn)一步確定峰值電壓值（圖三—3）功耗限制電阻K8—6：用于串接在集電極上防止超過功耗（圖三—4）階梯作用K4—2：重復(fù)、單次、關(guān)斷三種方式的切換（圖五—8）階梯幅度/級K7—1：用于選擇階梯幅度（圖五—1）階梯信號輸入K7—3：用于切換三種方式，開路、對地短路和正常輸入（圖五—7）階梯調(diào)零W6—1：調(diào)節(jié)整個階梯起始電平（圖五—5）階梯信號串聯(lián)電阻K7—2：用于選擇串聯(lián)在基極的電阻阻值（圖五—2）階梯級/簇W4—5：用于調(diào)節(jié)階梯信號的級數(shù)（圖五—6）測試選擇K8—5：用于測試時的具體操作（圖七—1）測試極性K6—1：在NPN、PNP統(tǒng)一控制的基礎(chǔ)上使階梯信號的極性進(jìn)行單獨控制（圖七—6）F/B/H型測試盒：用于測試不同的晶體管（圖七—2為插孔）實驗內(nèi)容及步驟1．開啟電源，調(diào)節(jié)輝度聚焦、輔助聚焦及標(biāo)尺亮度，階梯調(diào)零。2．根據(jù)集電極基極的極性將測試選擇開關(guān)置于NPN，并將極性開關(guān)置于常態(tài)。3．被測試管的CBE按規(guī)定進(jìn)行連接。4．將Y/X置于合適的電流/電壓檔級。5．集電極電壓按照要求值進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使在左下方（NPN）的零點開始。6．選擇合適的階梯幅度/級開關(guān)，合適的功耗限制電阻。7，對所顯示的IC~VCE曲線，進(jìn)行調(diào)節(jié)，并讀數(shù)。實驗報告1．繪出特性圖。2．計算晶體管的值。思考題可否用晶體管特性圖示儀調(diào)出Ic~Ib特性曲線？實驗二晶體管特征頻率的測量實驗?zāi)康?．了解晶體管特征頻率的重要性。2．學(xué)會使用頻率特性測試儀。實驗原理我們使用晶體管，希望它有一定的放大能力。對共射來說，有，其中為小信號下的電流增益。，其中為共射截止頻率。當(dāng)升高時，會下降。定義當(dāng)下降為1時的頻率為特征頻率。此時。可得到，可見特征頻率是由四個時間常數(shù)決定的。并且工作頻率在范圍內(nèi)，共射極電流增益的幅值與頻率乘積是一個常數(shù)，即。所以也稱為電流增益—帶寬積。頻率特性測試儀的使用1．工作原理NW1253頻率特性測試儀是掃頻信號源和光柵增輝顯示系統(tǒng)組成一體的儀器。掃描電壓發(fā)生器輸出的掃描鋸齒波和同步方波分別饋送到相關(guān)電路，掃描控制器主要進(jìn)行信號變化，掃頻方式選擇，頻標(biāo)方式選擇，以此來時限振蕩的掃寬控制、標(biāo)記組合、平坦度和外補償?shù)裙δ?。顯示系統(tǒng)采用光柵增輝顯示技術(shù)。低壓穩(wěn)壓電源系統(tǒng)采用繼承電路。2．面板介紹（1）位移：調(diào)節(jié)線性放大的垂直方向位移（3）增幅：調(diào)節(jié)線性放大的靈敏度（4）極性：調(diào)節(jié)線性放大的輸入極性（7）顯示方式：選擇A、A/B、B顯示（8）開關(guān)：（18）工作方式：分全掃、窄掃、單頻圖一面板圖（19）頻標(biāo)方式：分外頻標(biāo)、10/1、50/100、100MHz晶體標(biāo)志五檔（29）掃描時間：調(diào)節(jié)適合測試的掃描時間實驗內(nèi)容及步驟1．開機前，檢查電源電壓是否正常。2．儀器接通電源后預(yù)熱10分鐘。圖二儀器性能檢查圖三實際使用3．按圖示電路連接待測晶體管。4．確定該晶體管的。實驗報告1．繪制衰減曲線。2．確定晶體管的。思考題試驗三測量雙極晶體管的擊穿特性實驗?zāi)康?．熟悉晶體管特性圖式儀的使用。2．測量晶體管的和。實驗原理1．共射極時的擊穿和對共射極接法的有源放大區(qū)中，集電極電流為圖一共射級電路當(dāng)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)時，IC變成：(M為倍增因子)上式中，表示發(fā)生雪崩倍增后的電流增益，表示發(fā)生雪崩倍增后的穿透電流。這時，定義：將基極開路，使時的稱為集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓，記為。其測試電路如圖所示。圖二擊穿特性測試電路圖在測量時，經(jīng)常出現(xiàn)如圖所示的負(fù)阻現(xiàn)象，即當(dāng)增大到發(fā)生擊穿后，電流上升，電壓卻反而下降，此時為維持電壓。這是由于與擊穿條件（倍增因子M）在小電流下較大，而導(dǎo)致?lián)舸╇妷焊撸欢娏髟龃蠛?，M減小，擊穿電壓也下降到正常值。擊穿時的輸出特性曲線如圖。圖三C.E間的擊穿特性2．E-B結(jié)的擊穿和集電極開路（）時，發(fā)射極與基極間的反偏時的發(fā)射極電流為。當(dāng)時的E-B間的反向擊穿電壓即為。通常是由發(fā)射結(jié)的雪崩擊穿電壓決定，一般要求。其測試電路如圖。圖四擊穿特性的測試電路圖晶體管特性圖示儀的使用見實驗一。實驗內(nèi)容及步驟1．開啟電源，調(diào)節(jié)輝度聚焦、輔助聚焦及標(biāo)尺亮度，階梯調(diào)零。2．根據(jù)集電極基極的極性將測試選擇開關(guān)置于NPN，并將極性開關(guān)置于常態(tài)。3．被測試管的CB