mos二极管

实验一、了解晶体管（双极或者MOS）的基本图形结构一、实验目的通过观察去除封装的晶体管的电极分布情况，学会显微镜的使用，并通过显微镜的千分尺来学习测量金属条的宽度。最终掌握一种基本分析失效器件的手段——显微观察。二、实验要求在显微镜下观察给定结构的器件芯片，分辨各个有效作用区、弄清器件的版图及电极位置。三、实验报告1、绘制出晶体管的平面金属布线图，并根据管脚连接情况，标注相应的电极，比如双极晶体管，标出发射极（e）、基极（b）和集电极（c）。比如图1为GaAs的场效应器件的金属布线图。2、画出上述相应器件的纵向结构图，即沿上面的平面金属布线的器件工作区域切开器件的话，所对应的各个扩散区的位置图。绘制的图如图2所示3、测量给定图形的金属条宽度说明：图1，图2是为了说明让大家绘制的图形的最终情况，与实验中的器件无关。图1GaAs的场效应器件的金属布线图图2某器件的纵向结构图实验二、晶体管（双极）直流参数的温度特性一、实验目的通过测量双极晶体管在室温和高温（100℃左右）下器件的各直流参数，了解器件的各直流参数与温度的关系。二、实验要求1、弄清双极型晶体管主要参数的物理意义和使用半导体参数的基本方法。2、测试样品为NPN或PNP管，区分这两类器件的类型和引脚3、测量室温下晶体管的输出特性曲线，be结的正反向特性曲线。4、测量高温下晶体管的输出特性曲线，be结的正反向特性曲线。采用烙铁加温2-3分钟后进行测量。三、实验报告1、根据室温下器件输出特性曲线，绘制出转移特性曲线。2、根据高温下器件输出特性曲线，绘制出转移特性曲线。3、对比上述两条曲线，给出放大倍数随温度的变化趋势。4、将室温和高温下be结正反向I-V特性曲线绘制在同一个坐标里，给出be结的漏电流和正向导通电压在不同温度下的具体数值，并给出两个参数与温度的变化趋势。实验三热阻测试仪的使用一、实验目的通过本实验学习电学法测量器件的热阻。测量大功率双极晶体管在工作条件下器件的热阻分布，了解器件的瞬态热阻和稳态热阻的测量及计算方式。二、实验要求1、弄清热阻的基本概念，稳态热阻与哪些参数有关并了解大功率双极型晶体管主要参数的物理意义和使用半导体参数的基本方法。2、学习瞬态热阻的测量及基本计算过程。三、实验报告按照要求测量器件的瞬态热阻，并将不同加热功率和不同加热时间下的瞬态热阻进行对比，找找他们的规律BJ2984型晶体三极管瞬态热阻测试实验原理本仪器可对各种类型0~750w的锗、硅PNP及NPN晶体三级管的瞬态热阻参数进行快速测试。选取通过小的测试电流If的发射结正向压降BEV作为被测管的热敏参数，利用特定条件下BEV的温度系数M（约为-1.5mV/到-2.5mV/）曲线之聚焦特性，实现了不用恒温槽系统的M参数快速测试。测量对被测管施加的脉管为1ms-1s的单次功率脉冲前后BEV的变化BEV，即可测定被测管在不同脉宽工作条件下的各种瞬态热阻参数。从而可以确定被测管的最大允许脉冲耗散功率和绘制其安全工作区的最大允许脉冲功耗线，亦可对批量生产的晶体三极管进行中间测试及成品进行快速筛选和测试。本仪器也可测试各类晶体三极管在施加10s-5000s单次功率脉冲时的等效结温Tj，对以环境温度Ta为参考点的小功率晶体三极管可直接测定其稳态热阻参数，对以壳温Tc为参考点的大功率晶体管，当用户在自行给定的散热条件下测量出壳温Tc数值时，亦可确定其稳态热阻参数。本仪器的配套电源为本厂生产的WD9型（100v/5A和300v/2.5A两档）晶体管直流稳压电源。1技术参数：1．测试功率：0-750W(100v/5A或300v/2.5A).2．VCB电压：0-300V连续可调。分两档：0~300V；0~100V；误差3%3．IE电流：0-5A连续可调。分六档：0-0.1A；0-0.2A；0-0.5A；0-1A；0-2A；0-5A；误差3%4．M数字电压表：0-4.00（mV/c）.误差：3%2个字5．BEV数字电压表：0-999（mV）误差：3%2个字6．单脉冲信号脉宽：1ms-1000s分七个档：1ms，10ms，100ms，1s（瞬态热阻测量）10s，100s，1000s（稳态热阻测量）。脉冲扩展：*1、*2、*5；误差1.0%7.测试时间：A.瞬态热阻测试：3s；B.稳态热阻测试：（10s~5000s）+2s8.仪器消耗功率：300w.9.仪器外形尺寸：480*440*188mm3(不包括测试盒)10.仪器重量：约20kg。2使用条件：1．环境温度：0-+40c2．相对湿度：在+40c时不大于80%3．大气压力：75030mmHg4．电源电压：~220v10%5．电源频率：50HZ2HZ6．机器预热时间：15分钟7．仪器连续工作时间：8小时8．仪器在使用中，周围应没有强电磁场的干扰及有害气体的腐蚀。3工作原理：1.瞬态热阻定义及测试原理晶体三极管的瞬态热阻Zth(c/w)，系数脉冲宽度为的单次脉冲功率加至被测管之后，其等效结温和外部基准点温度的温度差与脉冲功率之商。在这里我们假设了温度在被测管的发射结和集电结中分布是均匀相等的，用等效结温Tj来表示，当外部基准点选择为环境温度时应以环境温度Ta代入计算；当外部基准点选择为被测管或者管壳时，应以壳温Tc代入计算。则：BEECBpVIVIcPCBVIc=CP（1）Zth=pajPTT=cajPTT或Zth=pcjPTT=ccjPTT（2）当被测管的电流放大系数hFE不是很小时，IcIE,可用PcCBEVI来进行计算。由于被测管的结温（系数等效结温，下同）Tj是随着单次功率脉冲的脉宽的增加而上升的，故Zth亦应随的增加而增大。众所周知，对于小功率而言，基准点的温度选定为环境温度Ta，由（2）式可知：Zth=cajPTT=CBEajVITTc,其中Ta，IE和VCB都可以通过温度计和仪器很方便的测出，而Tj的测量则是比较困难的。所以对瞬态热阻Zth的测量也可以主要归结为对结温Tj的测量。M数字电压表If恒流源IE恒流源稳压源数字电压表单脉冲发生器取样保持电路BEVEICICBV图2.瞬态热阻测试方框图本仪器采用基级-发射极正向电压法进行瞬态热阻的测试（如图2所示）。选取流过被测管的发射极为If=10mA的测试电流时，基极-发射极的正向压降BEV为Tj的热敏参数。实验表明，在0c到220c的温度范围内，正向压降BEV是随着结温Tj的升高线性下降的，对于不同的观察管，BEV的温度系数M约在:-1.5mV/c~2.5mV/c范围内变化。实验表明，各种硅管BEV=f（Tj）曲线的线性部分外推至绝对零度（0k）时，将聚交与BEV=1267mV处（误差一般不大于2%）；用同样的方法可知各种锗管的聚焦点为:BEV=800mV(如图3所示)。图3硅管和锗管BEV=)(jTf曲线的聚交特性利用图3所示曲线的聚交特性，只需在任意室温Ta下测出此时的基级-发射极的正向压降BEV(Ta)，即可不使用恒温槽系统而快速的测定BEV的温度系数M。硅管：M=-aaBETcTVmv273)(1267…………（4）锗管：M=-aaBETcTVmv273)(800……………(5)具体测试过程如下：（1）接通开关K1，断开开关K2，使被测管瞬时通过If=10mA的测试电流，测出此时被测管的BEV1(即上述的BEV(Ta))，由于这时没有注入功率脉冲，可以认1267800273k(0c)。373k(100c)473(0k)(200c)VBE(mv)VBE(mv)锗管硅管Tj（c）0k(-273c)为此时的结温Tj1Ta。根据温度计测出的Ta的数值，由M数字电压表按（4）或者（5）式测出M(-mV/C)值，由M数字电压表按（4）式或（5）式测出M(-mV/C)值；并通过取样保持电路记下BEV(mV)值。（2）断开开关K1，接通开关K2，在预置好的VCB电压和IE电流下，由单脉冲发生器控制IE恒流源，使被测管通过给定脉宽为的单次脉冲电流，使被测管的Tj上升。（3）在单次脉冲电流IE结束的瞬间，断开开关K2和接通开关K1使被测管再次瞬时通过Tf=10mA电流，经过短时间（约为50us）的取样延时后测定此时的2BEV(对应的结温为Tj2)，经过取样保持电路，在数字电压表上测出21BEBEBEVVV。t1---If注入；t2---If关断；t3----IE注入；t4---IE关断及注入；t5----If关断。图4.BEV测定时序图4给出了BEV测定时序，可以看出，需要测量的是使被测管加热的功率脉冲结束（t=t4）时的结温Tj，由于取样延时t很短，故测量2BEV时所对应的结温Tj2和所需的Tj可以认为是相等的。则：VBEt1t2t3t4t50t被测管加热VBE1VBE2aJjjBEBEBETTTTMVVMV1212（6）由于21BEBEBEVVV为正值，而M值为负值，故MVBE为正值。代入（2）式可得：CBEBECBECaJthVIMVPMVPTTZ..(7)对大功率管而言，基准点温度往往选定为壳温Tc。当施加的功率脉冲的脉宽不是很大时，由于管壳热容量远大于结的热容量（一般为数百倍至数千倍），尽管此时在功率脉冲的作用下结已经被加热，而壳温则可认为几乎没有上升，即t=t4时的TcTj1Ta。这时（3）式也可写成（7）式的形式。CBEBECajCcjthVIMVPTTPTTZ.(8)当施加的功率脉冲的脉宽较长，在测试大功率管时使壳温产生明显的升高时，应测量t=t4时的壳温Tc。aBEjTMVTCBEBECcjthVIMVPTTZ(9)用上述同样的方法，选取脉管310s的条件下进行测试，亦可确定各种晶体三极管的稳态热阻thR（在测试大功率管thR时应安装规定的散热器并自行测试壳温）。当确定了集电极最高允许结温Tjmax,环境温度Ta(对小功率管)Tc(对大功率管)后，即可计算出集电极最大允许直流耗散功率Pcm和各种脉宽条件下的集电极最大允许脉冲耗散功率Pcmp。对小功率管：ththZTaTjmPcmpRTaTjmPcm对大功率管：ththZTcTjmPcmpRTcTjmPcm