单接晶体管如何正确测量

Question

如题所述

Answer 1

器件测量

如图3所示，测量用的场效应管多晶硅栅极宽度为4微米(与沟道长度对应)，金属栅极宽度也为4微米，沟道宽度为20微米。有两种测量阈值的方法：第一种方法是将一个栅极设置为固定的高电压偏置，然后调节另一个栅极电压；第二种方法是调节第二栅极的电压使得它与被测试栅极上的电压维持在一个固定的电压差值。由于我们测试中使用的HP4156测试仪电压限制为100V，因此我们使用的是第一种方法。因此，如图4所示，为了测量多晶硅栅区的电压阈值，就将金属栅极连接到+100V，然后在保持源极电压为100mV的情况下，调节多晶硅栅极电压，直到100V。阈值电压可按照标准的方法从最陡的线与1:V曲线的投影确定。这样做的优点是非常简单，并且仅要求两个场阈值都低于电源电压。但这样做的一个缺点是金属场效应管起到限流的作用，只有在金属场效应管设定的限制以内才能获得正常的晶体管特性。交换多晶硅和金属栅极，将多晶硅栅极连接到100V，然后调节金属栅极电压，直到100V。由于多晶硅栅极与输出耦合在一起，因此可在更宽的电流范围内获得正常的晶体管特性。

测量结果

在Vd=0.1V和Vg2=100V，Vg1从0调节至100V时的典型晶体管参数示于图5，其中(a)NMOS、g1=多晶硅栅极；(b)NMOS、g1=金属栅极；(c)PMOS、g1=多晶硅栅极；(d)PMOS、g1=金属栅极。每种情况下，g2对应的都是另外一个栅极，对于PMOS器件，极性是反的。金属区的阈值为95V，而多晶硅的阈值为22V(N)和-20V(P)。

分析

尽管阈值电压可相对容易地确定，但沟道转移特性或每个晶体管的增益则必须进行更为仔细的计算才能得到。利用双晶体管的经典MOSFET方程，结合低漏极电压条件，并假设体效应和漏极电压影响很小(虽然对于场效应管的体效应可能并不可忽略。)，则复合漏极电流与栅极电压的关系可表示为：

ld={ _{1} _{2} C_{OX1} C_{OX2}(V_{g1}-V_{t1})(V_{g2}-V_{t2})({W_{1}}\over{L_{1}})({W_{2}}\over{L_{2}})}\over{ _{1} C_{OX1}(V_{g1}-V_{t1})({W_{1}}\over{L_{1}})+ _{2} C_{OX2}(V_{g2}-V_{V_{t2}})({W_{2}}\over{L_{2}})} V_{d}

可以利用逐次逼近的迭代法解这一方程得到转移特性。由于沟道宽度是一个常数(在一阶意义下)，可从分子和分母同时消去，而沟道长度则采用图中最初给出的数据(L多晶硅=4微米和L金属=8微米)。阈值如前所述得出，但经过迭代可得到更好的一组阈值。我们假设氧化层厚度也是可从工艺信息中获得的。不同的转移特性项允许从栅极偏置电压中求出不同的递降效应，

_{X}={ _{0}}\over{1+ (V_{gx}-V_{tx})}

其中，取0为针对特定技术的常数，x表示多晶硅或金属栅极。更好的解决方案是通过使一个栅极偏置在比另一个栅极高固定电压值的更高电压上进行测量，然而再交换两相栅极进行测量。但如果测量工具限制测量电压为100V，正如我们的情况一样，就无法做到这一点，但利用容许电压范围更宽的测试仪器，则可以相对容易地解出晶体管增益。对于所评估的0.35微米COMS技术，测试仪器所需要的额外电压范围也仅有20V左右。

Answer 2

场效应管简单正确的测量。

Answer 3

简单斜述单结晶体管的检测方法

Answer 4

单结晶体管有一个PN结和三个电极，即一个发射极和二个基极，所以又叫双基极二极管。
单结晶体管有一个重要的电气特性——负阻特性，利用这种特性可以组成张弛振荡器、自激多谐振荡器、阶梯波发生器、定时器等多种脉冲单元电路。
单结晶体管的内部结构：在一块高阻率的N型硅片两端，制作两个接触电极，分别叫第一基极b1和第二基极b2，硅片的另一侧在靠近第二基极b2处制作了一个PN结，并在P型硅片上引出电极E，E叫发射极。
第一基极b1和第二基极b2之间的纯电阻，称为基区电阻，一般在2 KΩ~ 10KΩ之间。第一基极b1与发射极E之间的电阻，在正常工作时，将随发射极电流而变化。PN结的作用相当于一个二极管。
在阻值比较中，E-b1的阻值较大，E-b2的阻值较小；即E-b1的阻值 大于 E-b2的阻值。
用万用表测单结晶体管的阻值，第一基极b1和第二基极b2之间的正反电阻均一样，为正常，否则该单结晶体管性能不好。