6.2半导体器件特性的测量与分析.docx

实验 6.2 半导体器件特性的测量与分析【摘要】这次实验主要是为了熟悉了解双极、场效应晶体管，发光、光敏二极管等半导体单元器件的基本原理、特性和主要参数同时学会使用“半导体管特性图示仪”测量各类半导体器件的特性曲线和直流参数了解“微机半导体器件特性测试仪”的优越性，并学会使用引言】近几十年来，半导体材料和器件的发展很快半导体器件的种类很多，典型的放大器件有双极型晶体管和场效应晶体管，部分光电子器件的工作原理在先行课程中已有介绍近年来，半导体光电子器件的发展和应用更为迅速，它们的基本原理在本实验的附录中作了介绍了解这些器件的工作原理及掌握其主要参数的测量有重要的实用价值半导体器件主要参数的测量仪器有“半导体管特性图示仪” ，本实验的目的是让学生了解并学会使用这些仪器，通过几种典型半导体管的测量，对半导体双极、场效应晶体管，发光、光敏二极管等单元器件工作原理及特性参数有进一步了解关键词】半导体 特性 晶体管【正文】一、实验仪器1、 “半导体管特性图示仪”是一种用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并可测量其重要参数的测试仪器电路结构：该仪器主要由阶梯信号发生器、集电极扫描电压、X 轴和Y 轴放大器、二簇电子开关、低压电源、高频高压电源及示波器控制电路等部分组成。

电路原理框图见图 6.2-1该仪器最主要的电路是提供一个 50Hz 市电经全波整流后成为 100Hz 正弦波的集电极扫描电压和一个提供给基极的阶梯波电压（或电流） ，见图 6.2-22、 “微机半导体器件特性测试仪”性能简介和使用说明微机半导体器件特性测试仪，是传统的半导体特性图示仪的升级替代产品全新的数字化设计，使得测量系统工作更为稳定、控制更加可靠；用计算机屏幕替代示波管显示器件的特性曲线，使得显示质量大为改善，并且方便器件性能比较；软件主导测量系统，不仅使测量的数据能够更方便地进行交换，而且可以对数据和图形进行诸如保存、输出等一系列的处理智能感知技术的应用，降低了使用难度；多媒体技术的引入，在互动中启发和掌握有关器件的工作原理和测量方法，特别适合教学目的；系统的整体性能可以在软件的升级中得以提升本系统，可以用来显示半导体器件的输入特性、输出特性、转移特性曲线；可以测量器件的电流放大系数、跨导、开启电压、夹断电压等一系列参数；具有教学演示模式和普通测量模式二、实验内容1、用 XJ4822 型半导体管特性图示仪测量双极型三极管、结型场效应管和各种类型二极管1）了解图示仪的电路结构框图并掌握面板各旋钮用途。

2）测量双极型晶体管３DG６C（ＮＰＮ型硅管）的特性和参数：一般三极管管脚的辨认，把管脚朝向观察者，管脚的位置如图６．２-４所示二极管的管脚通常为一长一短，长者为正晶体管的管脚与图示仪的 C，B，E 三个接入端头（或插口）的连接法见图６．２-５以下有*号的为选做1、测量共射极电路的输出特性 BCEcIUfI|)(观察并记录曲线簇图形（不要求很精确） ，由曲线上求出工作点 Q()处的交流放大系数 （或 ）,mAIVCE3,5FEhQIBC|2、测量共发射极电路的输入特性 CEBUfI)(观察 的曲线，并记录图形，测量输入阻抗 VCE1,0AIUZBEab80|3、测量极间反向电流 和反向击穿电压 （注意，此时功耗电阻应置CEOICEOBU25K 档） ，将以上测出的 、 、 值与手册上的参数值相比，是否满足要求 （手册上的参数值是： ≤100nA，测试条件CEOI＝10V； ≥20V，测试条件： ＝100 ）CEUCEOBCEIA(3)测量结型场效应管 3DJ7（N 沟耗尽型）的特性及参数：1、测量 3DJ7 结型场效应管的输出特性 GSDUfI|)(注意所加电压 UDS、UGS 的正、负极性，观察并记录曲线簇图形（不要求很精确），注意 UGS 可加零、正、负极性电压，把 UGS 为＋、－极性的两图合并成一完整图形。

由曲线求出工作点 Q（UDS＝5V，UGS＝－0.2V）处的跨导 GSDmUIg2、测量转移特性曲线 DSGDUfI|)(观察并记录曲线，注意曲线为包络线由曲线测量夹断电压 UP，饱和漏电流ＩDSS图 6.2-7 是 3DJ7 管的转移特性、输出特性曲线，供参考4)测量二极管1、测量发光二极管发光二极管工作在正向观察正向导通电压数值及发光强度与电流大小的关系2、测量光电二极管该管工作在反向或零偏电压观察光照强度加大，光生电流变化的情况图 6.2-8 是红色发光二极管和光电二极管（太阳电池）的特性曲线三、实验注意事项１．　在实验中，很多管子断脚损坏是由于分开管脚方法不当引起，要注意分开或弯曲管脚时，不能用力扒开管脚，致使着力点落在管脚根部，造成管脚从根部折断，无法焊接修补要用手指顶在距管脚根部某一距离（如＞０．５ｃｍ）处再往外分开或弯曲，以使着力点离开根部２．　注意正确选择各旋钮，以防烧坏被测晶体管①　测量ＮＰＮ、ＰＮＰ双极晶体管和Ｎ沟、Ｐ沟结型场效应管时，集电极电压和基极电压的极性应如何选择？②　对中、小功率管，集电极扫描电压范围一般置“１０Ｖ”档③　“基极电流”选择档次不要过大，对于小功率管（Ｐｃｍ≤３００ｍＷ，通常为１００ｍＷ） ，则Ｉb 选“１～２０μＡ”档为宜。

Ｉb 过大易使管子超过Ｐｃｍ而烧坏④　测“反向击穿电流”等极限参数时，要置集电极电阻Ｒｃ≥25ｋΩ，以防烧坏管子３．　待测管已接入图示仪，若需转换测量另一个参数时，可以不取下管子，但要先把“集电极扫描电压”旋钮旋至最小，再把其他各旋钮置于正确位置后进行测量４．　当对被测管子型号、极性等不清楚时，开始时慢慢加大“集电极扫描电压” ，看看出现什么图形，若曲线与设想相合，可大胆加大电压；若不合，要找出原因，重新选择旋钮，以防烧坏管子５．　为保护示波管屏幕寿命，不宜长时间让一个亮点停留在某一处，若需要较长时间停留，可拉一条扫描线，并把亮度减弱四、实验数据处理1、测量三极管的测量结果 )(AIB4mC0.8BI200反向截止电压（V） 7.15场效应管的测量结果 )(UDS1G0.05)(mAIS0.2V0.1)(UIgGSD2转移特性曲线： )(AIDS120VUP-0.43、发光二极管的测量结果正向导通电压：1.6V光强与电流成正比光电管的实验观察结果：电流随光强减小而减小五、实验思考题1、试分别说明 pnp 晶体管（共发射极接法）和 p 沟结型场效应管在工作时各电极应加什么极性电压？并简要说明原因。

答：（1）pnp 晶体管： ，使发射结正偏，集电结反偏2）p 沟结型场效应管： ， ，使栅源极间 p-n 结反偏，漏源极间 p-n 结正偏，形成漏极电流2、说明耗散功率（或最大功率）的意义，在测量半导体器件时，哪些旋钮使用不当易烧坏管子？答：（1） ，当集电结上消耗的功率超过 时，将导致集电结发热，结温升高，管子性能下降甚至烧坏2） 旋钮， 旋钮3、简要叙述发光二极管的工作原理如果要制备峰值波长为 480nm 的蓝色发光二极管，试计算以本征跃迁完成光发射的管芯半导体材料禁带宽度的理论值答：（1）发光二极管工作原理见前文所述 eVJmssJhcEg 59.2104.1048/.363. 998【参考文献】《近代物理实验》 第二版 黄润生 沙振舜 唐涛 编 南京大学出版社。