1、School of MicroelectronicsXidian University實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)14 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管Kp、F的測(cè)試的測(cè)試 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一類(lèi)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(dòng)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(jiǎn)單，集成度高，功耗小 通過(guò)了解電容-電壓法測(cè)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(cè)試儀的使用方法；學(xué)會(huì)制作肖特基結(jié)并用C-V法測(cè)量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布。 了解MOSFET的Kp、F的測(cè)試原理；掌握測(cè)定方法，觀察Kp、F 隨工作電流、工作電壓的變化關(guān)系。 MOSFET Kp的測(cè)試 功率增益是M

2、OSFET的重要參數(shù)，是指放大器輸出端信號(hào)功率與輸入端信號(hào)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(cè)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：其中 ：由此可得到最佳功率增益表示式：由上式可見(jiàn)，Kp隨頻率增加而下降，器件的截止頻率越高，功率增益值越大。 在實(shí)際測(cè)試中，功率增益的測(cè)試回路是指輸入、輸出端基本匹配的一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行相對(duì)比較的一級(jí)高頻放大器。當(dāng)達(dá)到最佳匹配時(shí)，把求功率比值的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成求電壓比的問(wèn)題來(lái)處理。就有公式 : 測(cè)量Kp時(shí)，先使信號(hào)無(wú)衰減地進(jìn)行校正，使指示器固定在某一點(diǎn)作為

3、參考點(diǎn)。在測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)測(cè)量回路的微調(diào)電容，使指示最大，并拔動(dòng)檔級(jí)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(cè)量，中和調(diào)節(jié)反復(fù)幾次后，就可從擋級(jí)衰減器上讀出功率增益值。 MOS場(chǎng)效應(yīng)管噪聲來(lái)源和表示式 低頻噪聲：MOS器件低頻噪聲來(lái)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(dòng)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(guò)柵電容耦合柵極上，并在柵極感應(yīng)出噪聲，這種通過(guò)電容耦合而誘生的噪聲，叫做誘生噪聲，大小為 : MPSF

4、ET高頻噪聲表示式：高頻MOSFET場(chǎng)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(lái)對(duì)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。 在測(cè)量場(chǎng)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(cè)量，即：測(cè)量回路輸出端總的噪聲功率與由于信號(hào)源內(nèi)阻熱噪聲所引起的，在其輸出端的噪聲功率之比或者用輸入端信噪比與輸出端信噪比之比值： 測(cè)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(cè)試公式

5、簡(jiǎn)化，給測(cè)試帶來(lái)方便。由于: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(chǎng)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(cè)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(hào)使輸出表指針回到原來(lái)不衰減的位置處，這樣可以保證輸出信噪比等于 l 。 MOS高頻場(chǎng)效應(yīng)管Kp、F 參數(shù)測(cè)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(cè)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“

6、斷”的位置，量程開(kāi)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(xiàn)，接通電源開(kāi)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(kāi)關(guān)置于斷的位置，“測(cè)量參數(shù)”開(kāi)關(guān)放Kp位置，接通電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)指示燈亮，預(yù)熱20分鐘。 測(cè)量步驟： （1）根據(jù)需要測(cè)試的頻率選取30MHz，100MHz的Kp、F 測(cè)試盒； （2）用較長(zhǎng)兩根同軸電纜線(xiàn)把測(cè)試盒與主機(jī)連接起來(lái)，主機(jī)上的輸出接頭與測(cè)試盒上的輸入接頭相連，主機(jī)上的輸入接頭與測(cè)試盒上的輸出接頭相連，測(cè)試盒上偏置電源插座與場(chǎng)效應(yīng)管偏置電源上的插座通過(guò)一根二芯電纜線(xiàn)項(xiàng)連接。 （3）用一根較短的同軸電纜線(xiàn)一端與主機(jī)上的LT接頭相接，

7、另一端與測(cè)試盒相接。 （4）頻率選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)置在同測(cè)試盒上頻率相同的位置上。 （5）信號(hào)衰減器1、2的開(kāi)關(guān)均應(yīng)置0dB，即信號(hào)“衰減器1”的四只開(kāi)關(guān)都扳 測(cè)量步驟：向上方，參數(shù)測(cè)量開(kāi)關(guān)置于Kp位置。 （6）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于校正處，此時(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕，使A 表指示某一參考值（35格處），以信號(hào)調(diào)節(jié)不準(zhǔn)在動(dòng)，然后把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于測(cè)量處。 （7）插上被測(cè)管，調(diào)節(jié)電源面板上的UDS ，UGS 各旋鈕開(kāi)關(guān)，使UDS 、UGS 為所需值。 （8）調(diào)節(jié)測(cè)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(guò)滿(mǎn)度，則應(yīng)隨時(shí)適當(dāng)改變信號(hào)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(kāi)關(guān)

8、調(diào)到中和位置，調(diào)節(jié)測(cè)試盒上的中和 測(cè)量步驟：調(diào)節(jié)，使A表指示最小，再把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)調(diào)到測(cè)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(kāi)關(guān)在測(cè)量時(shí)指示最大，而在中和時(shí)，指示最小。最后撥動(dòng)信號(hào)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(hào)衰減器 1、2讀得的數(shù)之和就是被測(cè)管的功率增益值。 （9）測(cè)量F的方法 在測(cè)得Kp值的基礎(chǔ)上，測(cè)試盒上各旋鈕的位置保持不動(dòng)、只把參數(shù)測(cè)量開(kāi)關(guān) 測(cè)量步驟：置于F位置，增益衰減器中3dB開(kāi)關(guān)撥向上方、然后把增益衰減器中的5dB、10dB開(kāi)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(dòng)增益衰減器中的3dB開(kāi)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(cè)管的噪聲系數(shù)。 當(dāng)測(cè)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(kāi)關(guān)置于上，以便繼續(xù)測(cè)試。 在測(cè)量MOSFET管的功率增益時(shí)要求測(cè)量3 次求出平均值，并將測(cè)量值與手冊(cè)中給出值比較、進(jìn)行分析。 測(cè)量F 時(shí)，采用上述步驟求出噪聲系數(shù)F的平均值，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。 做K PIDS、FIDS 曲線(xiàn)，選點(diǎn)不