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1、 工业大学工业大学毕业实践实验报告毕业实践实验报告班班 级：级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： MOSMOS 晶体管电学特性测量晶体管电学特性测量一、实践目的一、实践目的根据半导体器件基础和半导体物理的课程所学知识，利用相关测量设备完成 MOS 晶体管的测量工作。希望通过此器件的测量来器件的输入特性，输出特性，转移特性，并要求系统地学习测试设备的工作特性，工作要求以及测量范围，以期为未来工作时可以独立使用相关测试设备作准备。二、实践要求二、实践要求所完成的测试报告包括器件的选型，生产商提供的基本参数表，测量时的各种曲线图，和生产商提供的进行比较异同点。还要介绍所使用测量设备的特性：作用，型号
2、，测量范围，基本工作特性和要求，注意事项。要求：1.MOS 晶体管可选自己购置或向老师提出要求来选取，选取前先查阅基本测量范围。2.厂商提供的基本参数表可上网或查阅相关资料获取。3.注意保护好测量设备，一定要注意相关工作事项。4.注意人身安全，根据要求进行测量工作。5.有条件时可进行同型号或不同型号的多个 MOS 晶体管的测量，列出表单进行对比，作统计图。6.注意是否需要其它元器件，如电容，电阻等。7.进行电压或电流扫描测量,测量要求有输入特性曲线，输出特性曲线，转移特性曲线，根摩尔参数等。三、实践平台三、实践平台1.半导体特性系统，半导体图示仪，2.不同型号的 MOS 晶体管3.可参考双极场
3、效应晶体管原理或模拟电子四、时间：四、时间：2 2 周周五、方案五、方案通过用 keithley 将 MOS 管各端设定不同的输入参数，测量不同型号 MOS 管的输入特性曲线，输出特性曲线，转移特性曲线等。六、步骤六、步骤绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(MOS(MOS 管管) )1、场效应晶体管（field effect transistor 缩写(fet)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.特点:具有输入电阻高（1000000001000000000） 、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极
4、型晶体管和功率晶体管的强大竞争者.作用:场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器.场效应管可以用作电子开关.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源.绝缘栅场效应管的分类：绝缘栅场效应管也有两种结构形式，它们是 N 沟道型和 P 沟道型。无论是什麽沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。2、它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属氧化物半导体场效应管，简称 MOS 场效应管。3、绝缘栅型场效应管的工作原理(以 N 沟道增强型 MOS 场效应
5、管)它是利用 UGS 来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的 N 区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0 时也有较大的漏极电流 ID。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流 ID 随着栅极电压的变化而变化。场效应管的式作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型，当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。特性曲线特性曲线场效应管的特性曲
6、线分为转移特性曲线和输出特性曲线。 1) 转移特性在uDS 一定时, 漏极电流iD 与栅源电压uGS 之间的关系称为转移特性。 输出特性输出特性输出特性是指栅源电压uGS 一定, 漏极电流iD 与漏极电压uDS 之间的关系型号型号2SK117种类种类绝缘栅(MOSFET)沟道类型沟道类型N 沟道导电方式导电方式耗尽型用途用途CC/恒流材料材料GaAS-FET 砷化镓开启电压开启电压4（V）夹断电压夹断电压30（V）构造J沟道DV-50区分GDSixing10mpdpch300m型号型号K30A-Y种类种类结型(JFET)沟道类型沟道类型N 沟道导电方式导电方式增强型构造J沟道D方式Dixing
7、10mpdpch200m参数参数50V 0.3-6.5mA 0.1W 0.5dBKeithley 最大测量范围为 100mA,插入被测晶体管后通过设定各端参数可直接绘出输入特性曲线，输出特性曲线，转移特性曲线，栅极接 SUM2 端,源极和漏极分别接 SUM1 和 GNDU.各端参数为：SUM2 Collectorl*:Y1 CollectorV*:XVoltage StepStart 0 VStop 0.2VStep 0.02VData Points 11SUM1Type:LinearStart:0VStop:8VStep:0.5VPoints:117输出特性曲线为：输出特性曲线为：转移特性曲
8、线为：转移特性曲线为：SUM1SUM1 端接端接 VoltageVoltage StepStep 时转移特性曲线为：时转移特性曲线为：当当 SUM2SUM2 从负向变化时输出特性曲线为：从负向变化时输出特性曲线为：N 沟道耗尽型绝缘栅型场效应管的特性曲线如图所示，它基本上与 N 沟道 结型场效应管的特性一致。从转移特性曲线上可以看出，当 UGS 小于开启电压 UT 时， ID0 。只有当 UGS 等于开启电压 UT 时，才开始形成导电沟道，此时 当 UGS 进一步增加时，ID 也开始增大。在 UGS UT，管子形成导电向道后，可 以得到输出特性曲线。当 UDS =0 时， ID =0 当 UD
9、S 为正值增大时， ID 将随 UDS 的增大而增大。当 UDS 增大到 UDS = UGS - UT 时，导电沟道被夹断，这时 若再增大 UDS， ID 仍保持恒定而不再增加，即处于饱和区。对应不同的 UGS 值， 沟道的深浅不同，所以夹断后的 ID 值各不相同，从而形成一组特性曲线。上图为同型号另一个 MOS 管，由于 MOS 管内部缺陷导致栅极存在漏电，当沟道 电流增大到一定程度时，漏电流现象变得明显，导致电流有一定程度的下降下 降，之后趋于平缓。型号 K30A Y4L 绝缘栅(MOSFET) N 沟道增强型参数 50v10ma100mw8.2pf0.5db测量方法同上，各端参数为：SU
10、M2 Collectorl*:Y1 CollectorV*:XVoltage SweepStart 0 VStop 0.2VStep 0.02VData Points 11SUM1Type:LinearStart:0VStop:8VStep:0.5VPoints:117输出特性曲线为：输出特性曲线为：（1）vGS 对 iD 及沟道的控制作用 vGS=0 的情况 从图可以看出，增强型 MOS 管的漏极 d 和源极 s 之间有两个背靠背的 PN 结。当栅源电压 vGS=0 时，即使加上漏源电压 vDS，而且不论 vDS 的极性如何，总有一个 PN 结处于反偏状态，漏源极间没有导电沟道，所以这时漏极
11、电流 iD0。 vGS0 的情况 若 vGS0，则栅极和衬底之间的 SiO2 绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。 排斥空穴：使栅极附近的 P 型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层。吸引电子：将 P 型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。 （2）导电沟道的形成： 当 vGS 数值较小，吸引电子的能力不强时，漏源极之间仍无导电沟道出现，如图所示。vGS 增加时，吸引到 P 衬底表面层的电子就增多，当 vGS 达到某一数值时，这些电子在栅极附近的 P 衬底表面便形成一个 N 型薄层，且与两个 N+区相
12、连通，在漏源极间形成 N型导电沟道，其导电类型与 P 衬底相反，故又称为反型层，如图所示。vGS 越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到 P 衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。 开始形成沟道时的栅源极电压称为开启电压，用 VT 表示。 上面讨论的 N 沟道 MOS 管在 vGSVT 时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。只有当vGSVT 时，才有沟道形成。这种必须在 vGSVT 时才能形成导电沟道的 MOS 管称为增强型 MOS 管。沟道形成以后，在漏源极间加上正向电压 vDS，就有漏极电流产生。 vDS 对 iD 的影响 转移特性曲线为：转移特性曲线为：（1） 特性曲线
13、和电流方程 1）输出特性曲线 N 沟道增强型 MOS 管的输出特性曲线如图所示。与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。 2）转移特性曲线 转移特性曲线如图所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时 iD几乎不随 vDS 而变化,即不同的 vDS 所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用 vDS 大于某一数值(vDSvGS-VT)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线. 3）iD 与 vGS 的近似关系 与结型场效应管相类似。在饱和区内,iD 与 vGS 的近似关系式为 N N 沟沟 MOSMOS 晶体管晶体管式中 IDO 是 vGS=2VT 时的漏极电流 iD。 （2）参数 MOS 管的主要参数与结型场效应管基本相同，只是增强型 MOS 管中不用夹断电压 VP ，而用开启电压 VT 表征管子的特性。
