MOS晶体管电学特性测量毕业论文绝对精品.docx
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MOS晶体管电学特性测量毕业论文绝对精品
工业大学
毕业实践实验报告
班级：
061
学号：
姓名：
MOS晶体管电学特性测量
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
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，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
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《双极场效应晶体管原理》或《模拟电子》
四、时间：
2周
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
绝缘栅场效应管（MOS管）
1、场效应晶体管（fieldeffecttransistor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（0～00ω）、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
场效应管的特性曲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
2SK117
种类
绝缘栅（MOSFET）
沟道类型
N沟道
导电方式
耗尽型
用途
CC/恒流
材料
GaAS-FET砷化镓
开启电压
4（V）
夹断电压
30（V）
构造
J
沟道
D
V
-50
区分
GDS
ixing
10m
pdpch
300m
型号
K30A-Y
种类
结型（JFET）
沟道类型
N沟道
导电方式
增强型
构造
J
沟道
D
方式
D
ixing
10m
pdpch
200m
参数
50V0.3-6.5mA0.1W0.5dB
Keithley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：
SUM2Collectorl*:
Y1CollectorV*:
X
VoltageStep
Start0V
Stop0.2V
Step0.02V
DataPoints11
SUM1
Type:
Linear
Start:
0V
Stop:
8V
Step:
0.5V
Points:
117
输出特性曲线为：
转移特性曲线为：
SUM1端接VoltageStep时转移特性曲线为：
当SUM2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， ID≈0。
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UDS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K30AY4L绝缘栅（MOSFET）N沟道增强型
参数
测量方法同上，各端参数为：
SUM2Collectorl*:
Y1CollectorV*:
X
VoltageSweep
Start0V
Stop0.2V
Step0.02V
DataPoints11
SUM1
Type:
Linear
Start:
0V
Stop:
8V
Step:
0.5V
Points:
117
输出特性曲线为：
（1）vGS对iD及沟道的控制作用
①vGS=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，所以这时漏极电流iD≈0。
②vGS>0的情况
若vGS＞0，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vGS＜VT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。
只有当vGS≥VT时，才有沟道形成。
这种必须在vGS≥VT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：
（1）特性曲线和电流方程
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（vDS＞vGS-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沟MOS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。
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