實(shí)驗(yàn)14 MOS場效應(yīng)晶體管Kp、F的測試

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1、School of MicroelectronicsXidian University實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)14 MOS場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管Kp、F的測試的測試School of MicroelectronicsXidian University實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x MOS場效應(yīng)晶體管是一類應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體器件 具有積體小，輸入阻抗高，輸入動態(tài)范圍大，抗輻射能力強(qiáng)，低頻噪聲系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 制造工藝簡單，集成度高，功耗小 通過了解電容-電壓法測量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布基本原理；學(xué)習(xí)函數(shù)記錄儀、C-V測試儀的使用方法；學(xué)會制作肖特基結(jié)并用C-V法測量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布。 了解MOSFET的Kp、F的測試原理；

2、掌握測定方法，觀察Kp、F 隨工作電流、工作電壓的變化關(guān)系。 School of MicroelectronicsXidian University功率增益測試原理 MOSFET Kp的測試 功率增益是MOSFET的重要參數(shù)，是指放大器輸出端信號功率與輸入端信號功率之比，其定義公式為： 式中：PO、Pi 分別為放大器輸出，輸入功率；Kp為功率增益值。 實(shí)際上檢測PO、Pi有困難，根據(jù)MOSFET的等效電路，在輸入輸出共軛匹配時(shí)，推導(dǎo)的功率表示式可知：School of MicroelectronicsXidian University其中 ：由此可得到最佳功率增益表示式：由上式可見，Kp隨頻率

3、增加而下降，器件的截止頻率越高，功率增益值越大。 在實(shí)際測試中，功率增益的測試回路是指輸入、輸出端基本匹配的一對場效應(yīng)管進(jìn)行相對比較的一級高頻放大器。當(dāng)達(dá)到最佳匹配時(shí)，把求功率比值的問題轉(zhuǎn)化成求電壓比的問題來處理。就有公式 : 功率增益測試原理School of MicroelectronicsXidian University 測量Kp時(shí)，先使信號無衰減地進(jìn)行校正，使指示器固定在某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)。在測量時(shí)，調(diào)節(jié)測量回路的微調(diào)電容，使指示最大，并拔動檔級衰減器使指針回到參考點(diǎn)。調(diào)節(jié)中和電路中的中和電容使指示最小，把測量，中和調(diào)節(jié)反復(fù)幾次后，就可從擋級衰減器上讀出功率增益值。功率增益測試原理Sc

4、hool of MicroelectronicsXidian University MOS場效應(yīng)管噪聲來源和表示式 低頻噪聲：MOS器件低頻噪聲來源主要是l /f 噪聲。大小與表面狀態(tài)有關(guān)，它隨使用頻率升高而迅速降低，近似的與頻率成反比。 溝道熱噪聲：由于MOS器件導(dǎo)電溝道都存在一定的電阻。當(dāng)載流子運(yùn)動時(shí)，產(chǎn)生的噪聲電壓，大小為： V=4KTfdR 誘生柵極噪聲：高頻下溝道熱噪聲電壓還將通過柵電容耦合柵極上，并在柵極感應(yīng)出噪聲，這種通過電容耦合而誘生的噪聲，叫做誘生噪聲，大小為 :噪聲系數(shù)F的測試原理School of MicroelectronicsXidian University MPS

5、FET高頻噪聲表示式：高頻MOSFET場效應(yīng)管的噪聲主要是溝道熱噪聲合誘生柵極噪聲，這是兩個(gè)相關(guān)的噪聲源，但其相關(guān)性可以忽略，并可當(dāng)作兩個(gè)獨(dú)立的噪聲源來對待。由噪聲公式可導(dǎo)出MOSFET 管的最小噪聲系數(shù)為： 其中： 在實(shí)際中，由于界面態(tài)等原因產(chǎn)生的噪聲也有可能擴(kuò)展到高頻段；同時(shí)還存在其它寄生因素產(chǎn)生的損耗，而實(shí)際噪聲大于理論值。 噪聲系數(shù)F的測試原理School of MicroelectronicsXidian University 在測量場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)時(shí)，通常引入了與晶體管噪聲系數(shù)定義相同的方法進(jìn)行測量，即：測量回路輸出端總的噪聲功率與由于信號源內(nèi)阻熱噪聲所引起的，在其輸出端的噪聲功

6、率之比或者用輸入端信噪比與輸出端信噪比之比值： 測量這兩種噪聲功率比較困難，但將輸出的信噪比固定，可將測試公式簡化，給測試帶來方便。由于:噪聲系數(shù)F的測試原理School of MicroelectronicsXidian University因而 :若用分貝表示： F（dB）=10*lgIa （Pso/Pno=l）由上式可知，在取輸出信噪比為1的條件下，場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)在大小上正好與噪聲二極管的直流分量相等。測量時(shí)先不加由噪聲二極管產(chǎn)生的噪聲，這時(shí)儀器內(nèi)等效內(nèi)阻產(chǎn)生的熱噪聲經(jīng)放大后在接收機(jī)輸出表上有一定指示，然后衰減3dB，相當(dāng)于熱噪聲減少一半。最后加由噪聲二極管產(chǎn)生的信號使輸出表指針回到

7、原來不衰減的位置處，這樣可以保證輸出信噪比等于 l 。 噪聲系數(shù)F的測試原理School of MicroelectronicsXidian University MOS高頻場效應(yīng)管Kp、F 參數(shù)測試儀由主機(jī)，偏置電源組成。實(shí)驗(yàn)前首先熟悉操作步驟，方可測量。 準(zhǔn)備工作： 把偏置電源放在主機(jī)上邊，面板上的UDS 旋鈕應(yīng)放在“斷”的位置，量程開關(guān)放在最小的一擋，UDS的套軸旋鈕均應(yīng)逆時(shí)針旋到頭，然后可插上電源線，接通電源開關(guān)，此時(shí)指示燈發(fā)亮，預(yù)熱20分鐘。 把主機(jī)面板上的“噪聲范圍”開關(guān)置于斷的位置，“測量參數(shù)”開關(guān)放Kp位置，接通電源開關(guān)，此時(shí)指示燈亮，預(yù)熱20分鐘。實(shí)驗(yàn)主要步驟School o

8、f MicroelectronicsXidian University 測量步驟： （1）根據(jù)需要測試的頻率選取30MHz，100MHz的Kp、F 測試盒； （2）用較長兩根同軸電纜線把測試盒與主機(jī)連接起來，主機(jī)上的輸出接頭與測試盒上的輸入接頭相連，主機(jī)上的輸入接頭與測試盒上的輸出接頭相連，測試盒上偏置電源插座與場效應(yīng)管偏置電源上的插座通過一根二芯電纜線項(xiàng)連接。 （3）用一根較短的同軸電纜線一端與主機(jī)上的LT接頭相接，另一端與測試盒相接。 （4）頻率選擇開關(guān)應(yīng)置在同測試盒上頻率相同的位置上。 （5）信號衰減器1、2的開關(guān)均應(yīng)置0dB，即信號“衰減器1”的四只開關(guān)都扳實(shí)驗(yàn)主要步驟School o

9、f MicroelectronicsXidian University 測量步驟：向上方，參數(shù)測量開關(guān)置于Kp位置。 （6）轉(zhuǎn)換開關(guān)置于校正處，此時(shí)調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)旋鈕，使A 表指示某一參考值（35格處），以信號調(diào)節(jié)不準(zhǔn)在動，然后把轉(zhuǎn)換開關(guān)置于測量處。 （7）插上被測管，調(diào)節(jié)電源面板上的UDS ，UGS 各旋鈕開關(guān)，使UDS 、UGS 為所需值。 （8）調(diào)節(jié)測試盒上的輸入調(diào)諧、輸出調(diào)諧，輸出匹配旋紐使 A指示最大，若指針超過滿度，則應(yīng)隨時(shí)適當(dāng)改變信號衰減器1、2使指針回到所取的參考點(diǎn)附近，接著進(jìn)行中和調(diào)整，即把轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到中和位置，調(diào)節(jié)測試盒上的中和實(shí)驗(yàn)主要步驟School of Microele

10、ctronicsXidian University 測量步驟：調(diào)節(jié)，使A表指示最小，再把轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到測量位置，重新調(diào)節(jié)輸入調(diào)諧，輸出調(diào)諧，輸出匹配，特別是輸出調(diào)諧和輸出匹配，要相互減增地進(jìn)行，反復(fù)調(diào)節(jié)，使A表指示最大，之后再進(jìn)行中和調(diào)節(jié)A表指示最小，反復(fù)幾次調(diào)到最佳狀態(tài)；即當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在測量時(shí)指示最大，而在中和時(shí)，指示最小。最后撥動信號衰減器使A表指針回到步驟（6）中規(guī)定的那個(gè)參考點(diǎn)附近，這時(shí)從信號衰減器 1、2讀得的數(shù)之和就是被測管的功率增益值。 （9）測量F的方法 在測得Kp值的基礎(chǔ)上，測試盒上各旋鈕的位置保持不動、只把參數(shù)測量開關(guān)實(shí)驗(yàn)主要步驟School of Microelectroni

11、csXidian University 測量步驟：置于F位置，增益衰減器中3dB開關(guān)撥向上方、然后把增益衰減器中的5dB、10dB開關(guān)及增益調(diào)節(jié)，使A表指針在某一參考點(diǎn)（如35格處），然后再撥動增益衰減器中的3dB開關(guān)置下，衰減3dB，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)噪聲調(diào)節(jié)旋鈕，使A表指針準(zhǔn)確回到參考點(diǎn)位置，此時(shí)F 表頭上的讀數(shù)與噪聲范圍所指示值之和就是被測管的噪聲系數(shù)。 當(dāng)測完F參數(shù)后，應(yīng)將噪聲調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)回到頭，3dB開關(guān)置于上，以便繼續(xù)測試。實(shí)驗(yàn)主要步驟School of MicroelectronicsXidian University 在測量MOSFET管的功率增益時(shí)要求測量3 次求出平均值，并將測

12、量值與手冊中給出值比較、進(jìn)行分析。 測量F 時(shí)，采用上述步驟求出噪聲系數(shù)F的平均值，并對結(jié)果進(jìn)行分析。 做K PIDS、FIDS 曲線，選點(diǎn)不少于15個(gè)，其密度根據(jù)實(shí)際情況自定。最后分析結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析School of MicroelectronicsXidian University 用自己的語言簡述MOSFET 管KP ， F 的測試原理。 提高M(jìn)OS管 KP 值和降低F 的措施各有什么辦法？ 實(shí)驗(yàn)思考題School of MicroelectronicsXidian University 張屏英、周佐謨：，上?？茖W(xué)出版社，1985。 周瓊鑒、孫肖子：，國防出版社，1979。 說明書，上海無線電儀器廠。實(shí)驗(yàn)參考資料