① 單接晶體管如何正確測量
器件測量
如圖3所示,測量用的場效應管多晶硅柵極寬度為4微米(與溝道長度對應),金屬柵極寬度也為4微米,溝道寬度為20微米。有兩種測量閾值的方法:第一種方法是將一個柵極設置為固定的高電壓偏置,然後調節另一個柵極電壓;第二種方法是調節第二柵極的電壓使得它與被測試柵極上的電壓維持在一個固定的電壓差值。由於我們測試中使用的HP4156測試儀電壓限制為100V,因此我們使用的是第一種方法。因此,如圖4所示,為了測量多晶硅柵區的電壓閾值,就將金屬柵極連接到+100V,然後在保持源極電壓為100mV的情況下,調節多晶硅柵極電壓,直到100V。閾值電壓可按照標準的方法從最陡的線與1:V曲線的投影確定。這樣做的優點是非常簡單,並且僅要求兩個場閾值都低於電源電壓。但這樣做的一個缺點是金屬場效應管起到限流的作用,只有在金屬場效應管設定的限制以內才能獲得正常的晶體管特性。交換多晶硅和金屬柵極,將多晶硅柵極連接到100V,然後調節金屬柵極電壓,直到100V。由於多晶硅柵極與輸出耦合在一起,因此可在更寬的電流范圍內獲得正常的晶體管特性。
測量結果
在Vd=0.1V和Vg2=100V,Vg1從0調節至100V時的典型晶體管參數示於圖5,其中(a)NMOS、g1=多晶硅柵極;(b)NMOS、g1=金屬柵極;(c)PMOS、g1=多晶硅柵極;(d)PMOS、g1=金屬柵極。每種情況下,g2對應的都是另外一個柵極,對於PMOS器件,極性是反的。金屬區的閾值為95V,而多晶硅的閾值為22V(N)和-20V(P)。
分析
盡管閾值電壓可相對容易地確定,但溝道轉移特性或每個晶體管的增益則必須進行更為仔細的計算才能得到。利用雙晶體管的經典MOSFET方程,結合低漏極電壓條件,並假設體效應和漏極電壓影響很小(雖然對於場效應管的體效應可能並不可忽略。),則復合漏極電流與柵極電壓的關系可表示為:
ld={ _{1} _{2} C_{OX1} C_{OX2}(V_{g1}-V_{t1})(V_{g2}-V_{t2})({W_{1}}\over{L_{1}})({W_{2}}\over{L_{2}})}\over{ _{1} C_{OX1}(V_{g1}-V_{t1})({W_{1}}\over{L_{1}})+ _{2} C_{OX2}(V_{g2}-V_{V_{t2}})({W_{2}}\over{L_{2}})} V_{d}
可以利用逐次逼近的迭代法解這一方程得到轉移特性。由於溝道寬度是一個常數(在一階意義下),可從分子和分母同時消去,而溝道長度則採用圖中最初給出的數據(L多晶硅=4微米和L金屬=8微米)。閾值如前所述得出,但經過迭代可得到更好的一組閾值。我們假設氧化層厚度也是可從工藝信息中獲得的。不同的轉移特性項允許從柵極偏置電壓中求出不同的遞降效應,
_{X}={ _{0}}\over{1+ (V_{gx}-V_{tx})}
其中,取0為針對特定技術的常數,x表示多晶硅或金屬柵極。更好的解決方案是通過使一個柵極偏置在比另一個柵極高固定電壓值的更高電壓上進行測量,然而再交換兩相柵極進行測量。但如果測量工具限制測量電壓為100V,正如我們的情況一樣,就無法做到這一點,但利用容許電壓范圍更寬的測試儀器,則可以相對容易地解出晶體管增益。對於所評估的0.35微米COMS技術,測試儀器所需要的額外電壓范圍也僅有20V左右。
② 怎麼進行晶體管直流參數的測試
一、測試目的:
1.熟悉晶體二極體、三極體的主要參數。
2.學習使用萬用表判斷三級管極性和管腳的方法。
二、測試儀器
XJ-4810型晶體管特性圖示儀、萬用表。
三、測試步驟
1、穩壓二極體特性曲線測量
2、三極體的判斷
利用萬用表先判斷三極體的導電類型和管腳(NPN型或PNP型,管腳e、b、c);
三極體是由兩個PN結(發射結、集電結)組成的器件,一般具有3個引腳(某些型號三極體(例如3DG56型)具有四隻引腳,其中一個腳接管殼,供接地屏蔽用)。使用萬用表可以判別三極體的極性(NPN或PNP型)、管腳(e、b、c)和估計三極體的性能好壞。
(1)區分三極體的基極b:
測量方法:用萬用表的紅、黑表筆分別接觸三極體的任意兩個管腳,測量一次後,如果電阻值無窮大(指針表的表針不動;數字表只顯示「1」),則將紅、黑表筆交換,再測這兩個管腳一次。如果兩次測得的電阻值都是無窮大,說明被測的兩個管腳是集電極c和發射極e,剩下的一個則是基極b。如果在兩次測量中,有一次的阻值不是無窮大,則換一個管腳再測,直到找出正、反向電阻都大的兩個管腳為止。(如果在三個管腳中找不出正、反向電阻都大的兩個管腳,說明三極體已經損壞,至少有一個PN結已經擊穿短路。)
(2)區分三極體的極性(NPN、PNP):
測出三極體的基極b後,通過再次測量來區分三極體是NPN型還是PNP型。將萬用表的正表筆(指針表的黑表筆;數字表的紅表筆)接觸已知的基極,用另一支表筆分別接觸另外兩個管腳,如果另外兩個管腳都導通,說明被測管是NPN型,否則是PNP型。
(3)區分發射極和集電極:
三極體的發射結、集電結對稱於基極,所以僅僅通過測量「PN結單向導電性」難以區分出哪一個是發射極,哪一個是集電極。但發射結和集電結的結構有所不同。製造三極體時,發射區面積(體積)做得小,摻雜濃度高,便於發射載流子;而集電區面積大,摻雜濃度低,便於收集載流子,所以c、e正確連接電源時,三極體具有較大的電流放大的能力,用萬用表Ω檔測量,c、e之間的電阻小;當c、e與電源連接反了時,電流放大能力很差,c、e之間的電阻很大。
使用數字萬用表來區分集電極和發射極十分方便。仍然需要先測出被測管的極性和基極。
然後將數字表旋鈕對准HFE檔,將被測管按假定的e、c插入數字表的「三極體測量插座」中,其中基極和三極體的極性(NPN或PNP)必須正確,觀察並記錄數字顯示的被測管HFE值;交換假定的c、e之後再測一次。兩次測量中數值大的一次為正確插入。由此判斷出被測管的e和c。
③ 晶體管如何測放大倍數
利用萬用表來測量。
1、如果是PNP晶體管,那麼將晶體管的集電極(c)和基極(b)放在萬用表兩端測量即可。
2、如果是NPN晶體管,那麼將晶體管的發射極(e)和基極(b)放在萬用表兩端測量即可。
當然,放大倍數分為交流放大倍數和直流放大倍數,在測量的時候一定要注意將萬用表調到相應的直流檔或交流檔。
根據晶體管工作狀態的不同,電流放大系數又分為直流電流放大系數和交流電流放大系數。
1.直流電流放大系數 直流電流放大系數也稱靜態電流放大系數或直流放大倍數,是指在靜態無變化信號輸入時,晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值,一般用hFE或β表示。
2.交流電流放大系數 交流電流放大系數也稱動態電流放大系數或交流放大倍數,是指在交流狀態下,晶體管集電極電流變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值,一般用hfe或β表示。
hFE或β既有區別又關系密切,兩個參數值在低頻時較接近,在高頻時有一些差異。