JP2003149286A - Mos型電界効果トランジスタの特性測定方法 - Google Patents

Mos型電界効果トランジスタの特性測定方法

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JP2003149286A
JP2003149286A JP2001343184A JP2001343184A JP2003149286A JP 2003149286 A JP2003149286 A JP 2003149286A JP 2001343184 A JP2001343184 A JP 2001343184A JP 2001343184 A JP2001343184 A JP 2001343184A JP 2003149286 A JP2003149286 A JP 2003149286A
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noise
gate
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Masato Toita
真人 戸板
Tomoyoshi Akaboshi
友啓 赤星
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 さまざまなゲートバイアス,ドレインバイア
スにおけるMOSFETの特性を簡便かつ正確に測定す
る。 【解決手段】 ゲート電圧Vgについては乾電池電源B
ATの出力電圧を抵抗分割して与え、ドレイン電圧Vd
については、直流安定化電源4を含む可変直流電圧供給
装置10から与える。MOSFETのゲートはその他の
端子から絶縁されているため、Vgは所望の値に固定す
ることが容易である。Vdに関しては、可変直流電圧供
給装置10を用いているので、その値を所望の値に固定
することが容易である。直流安定化電源4等から発生す
るノイズはゲート端子には入力されないので、MOSF
ET自身の増幅能力に起因して直流安定化電源4等から
のノイズ成分が増幅されてしまい、測定が困難になると
いう問題も生じない。ドレイン電圧に重畳された交流ノ
イズレベルは、ノイズ測定器NAによって測定すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOS型電界効果
トランジスタの特性測定方法に関する。
【0002】さらに詳述すると、本発明は、MOS型電
界効果トランジスタにおける1/fノイズなど微小な信
号を評価するのに好適な、MOS型電界効果トランジス
タの特性測定方法に関する。
【0003】
【従来の技術】電子回路の集積化が進むにつれて、MO
S型電界効果トランジスタ等の半導体装置から発生する
低周波ノイズ、殊に1/fノイズと呼ばれるノイズ成分
を測定することがより重要になっている。
【0004】図1は、従来から知られているMOS型電
界効果トランジスタの1/fノイズ評価系統図を示して
いる。本図において、DUTは被測定デバイス(Device
Under Test)となるMOS型電界効果トランジスタ、B
1はゲート電圧Vgを発生させる基となる直流電圧を供
給する第1の乾電池群、B2はドレイン電圧Vdを発生
させる基となる直流電圧を供給する第2の乾電池群、R
はドレイン端子に接続されている負荷抵抗、NAはド
レイン端子に接続されているノイズ測定器である。
【0005】図1に示した1/fノイズ評価系統図のよ
うに、従来の技術では、所望のゲート電圧Vgおよびド
レイン電圧Vdを取り出すために、乾電池の出力電圧を
複数の抵抗器によって分割する、いわゆる抵抗分割法が
用いられている。
【0006】そして、与えられたゲート電圧Vg,ドレ
イン電圧VdによりMOS型電界効果トランジスタDU
Tから発生するノイズは、ドレイン端子接続されたノイ
ズ測定器NAにより測定される。具体的には、ノイズ測
定器NAとしてシグナルアナライザまたはスペクトラム
アナライザが用いられ、これら測定器によって、発生す
るノイズ電力(すなわち、周波数vs.ノイズ電力)が
測定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図1に示した従来技術
においては、MOS型電界効果トランジスタDUTのド
レイン端子に直列に接続されている負荷抵抗Rと、M
OS型電界効果トランジスタDUTの内部抵抗とのバラ
ンスによって、ドレイン電圧Vdが決定される。
【0008】ところで、MOS型電界効果トランジスタ
の内部抵抗はゲートバイアスに対してきわめて敏感に反
応し、ごく微小なゲートバイアスの変化によってもMO
S型電界効果トランジスタの内部抵抗は大きく変化す
る。また、MOS型電界効果トランジスタ間での閾値の
微妙なばらつきによっても、ゲートバイアスを一定にし
た場合のMOS型電界効果トランジスタの内部抵抗は大
きくばらつく結果となっている。
【0009】従って、ある所望のドレイン電圧Vdを得
ようとすると、ゲート電圧VgあるいはMOS型電界効
果トランジスタの閾値等のばらつきがあることから、ド
レイン電圧Vdを与える側の乾電池電圧・抵抗の設定を
大きく変えてやる必要があり、そのために抵抗器や乾電
池の接続を最適化させるための作業がきわめて煩雑にな
るという問題があった。
【0010】一方、一般に半導体装置等の電気的測定に
多く用いられている、電灯線などの交流電源を入力とす
る直流安定化電源装置では、その制御部への数値入力を
設定したりコンピュータ制御等によって、容易に直流出
力電圧を変化させることができるので、上述した乾電池
と抵抗器による電源の場合のように、頻繁に接続を変え
てやる必要はない。
【0011】しかしながら、この直流安定化電源装置か
ら出力される電圧には、純粋な直流成分のほかに、様々
な周波数の交流ノイズ成分が含まれている。従って、M
OS型電界効果トランジスタから発生する微小ノイズ、
特にいわゆる1/fノイズを測定する場合において、上
記直流安定化電源等の交流駆動電源をゲート電圧源とし
て用いた場合、その直流出力に含まれているノイズ成分
が被測定デバイスであるMOSFET自身によって増幅
されてしまい、評価すべきMOSFET自身のノイズ以
上の強度で出力される結果となるため、MOSFETか
ら発生するノイズの強度を評価することが不可能であっ
た。
【0012】よって、本発明の目的は上述の点に鑑み、
さまざまなゲートバイアス,ドレインバイアスにおける
特性をきわめて簡便かつ正確に測定できる、MOS型電
界効果トランジスタの特性測定方法を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に係る本発明は、MOS型電界効果トラ
ンジスタの特性を測定するに際して、直流電圧源として
乾電池を用い、該乾電池の出力電圧を抵抗分圧して前記
MOS型電界効果トランジスタのゲート電圧を発生さ
せ、さらに、交流電力により駆動される直流安定化電源
から出力される直流電圧を、前記MOS型電界効果トラ
ンジスタのドレイン電圧として印加するものである。
【0014】また、請求項2に係るMOS型電界効果ト
ランジスタの特性測定方法では、前記MOS型電界効果
トランジスタのドレイン端子にノイズ測定手段を接続す
ることにより、前記MOS型電界効果トランジスタの低
周波ノイズを評価する。
【0015】
【発明の実施の形態】図2は、本発明を適用したMOS
型電界効果トランジスタの特性測定方法を示す。本図に
おいて、DUTは、被測定デバイスとなるMOS型電界
効果トランジスタである。BATは、MOS型電界効果
トランジスタDUTのゲート電圧Vgを発生させる基と
なる、直流電圧を供給する乾電池群である。この乾電池
群BATの出力端子間には、直列接続された複数の抵抗
が接続されており、いわゆる抵抗分割法によりゲート電
圧Vgが供給される。10はドレイン電圧Vdを発生さ
せるための可変直流電圧供給装置であって、交流電力源
2に接続された直流安定化電源4および安定化電源制御
部6を含んでいる。Rは、MOS型電界効果トランジ
スタDUTのドレイン端子と可変直流電圧供給装置10
の間に接続されている負荷抵抗である。NAは、MOS
型電界効果トランジスタDUTのドレイン端子に接続さ
れている、シグナルアナライザまたはスペクトラムアナ
ライザ等のノイズ測定器である。
【0016】図2に示した通り、MOS型電界効果トラ
ンジスタDUTの特性を測定する場合、ゲート電圧Vg
のみは乾電池電源BATの出力電圧を抵抗分割して与
え、ドレイン電圧Vdについては、直流安定化電源等を
含む自動制御可能な可変直流電圧供給装置10から与え
る。
【0017】本実施の形態による測定方法において、M
OS型電界効果トランジスタDUTのゲートはその他の
端子から絶縁されているため、ゲート電圧Vgは所望の
値に固定することが容易である。一方、ドレイン電圧V
dに関しては、制御性の良い可変直流電圧供給装置10
を用いているので、そのドレイン電圧Vdを所望の値に
固定することが容易である。また、直流安定化電源4等
から発生するノイズはゲート端子には入力されないの
で、MOS型電界効果トランジスタDUT自身の増幅能
力に起因して直流安定化電源4等からのノイズ成分が増
幅されてしまい、測定が困難になるという問題も生じな
い。
【0018】従って、ドレイン電圧に重畳された交流ノ
イズレベルは、従来技術同様、シグナルアナライザまた
はスペクトラムアナライザ等のノイズ測定器NAによっ
て測定することができる。
【0019】
【実施例】ここでは、ゲートバイアス=1.40V,ド
レインバイアス=0.4Vの動作状態下における、ゲー
ト長0.35ミクロン,ゲート幅15ミクロンのNMO
S型電界効果トランジスタ(以下、NMOS FETと
いう)から発生された1/fノイズの測定例について説
明する。
【0020】まず、このNMOS FETにゲート電圧
Vg=1.40Vのゲートバイアスを与える方法を説明
する。本実施例では、ゲート電圧Vgを発生するため
に、図3に示したゲートバイアス印加回路を用いた。す
なわち、単1型アルカリ乾電池2本の直列接続による3
Vの電圧を、総合計32キロオームの金属皮膜抵抗器1
7本にて抵抗分割し、0.638Vから3.000Vま
で、17段階の異なるゲートバイアスを選択できるよう
に構成した。本実施例では、ゲートバイアス=1.40
Vを実現するため、もっとも所望の1.40Vに近い
1.403Vの端子にMOS FETのゲートを接続し
た。この1.403Vの直流電源を被測定デバイスであ
るNMOS FETのゲートに接続しても、NMOS
FETのゲートからはきわめて微小なリーク電流が流れ
るのみであるため、電圧の変化は生じない。
【0021】すなわち、乾電池BATと複数の抵抗器に
より作り出される各端子の電圧を、予め高入力インピー
ダンスの電圧計にて確認しておくことにより、どのよう
なMOS型電界効果トランジスタのゲート電極にこの電
圧源を接続しても電圧値の変化はなく、所望のゲートバ
イアスを印加することができる。
【0022】次に、ドレインバイアス印加の方法につい
て、図4に従って説明する。この図4に示すように本実
施例では、可変直流電圧供給装置10として、交流電灯
線電源に接続された半導体パラメータアナライザ8を用
いた。また、NMOS FETの負荷抵抗Rとして、
ドレイン端子に直列に接続した10キロオームの固定抵
抗を用いた。したがって、このとき印加する電圧は、1
0キロオームの固定抵抗RとNMOS FETの内部
抵抗との比率により変化することになるが、本実施例に
よる測定方法では、半導体パラメータアナライザ8によ
り所望の値に設定することができるため、容易に設定可
能である。
【0023】本実施例の場合、半導体パラメータアナラ
イザ8からの出力電圧を11.2Vに設定することによ
って、所望のドレイン電圧Vd=0.4Vが得られた。
【0024】ドレイン端子はノイズ測定器NAであるシ
グナルアナライザに接続されており、このシグナルアナ
ライザによって、所望の周波数領域におけるノイズ強度
を測定した。
【0025】本実施例において、半導体パラメータアナ
ライザ8から出力される低周波ノイズ成分は充分小さ
く、NMOS FET自身から発生する低周波ノイズ強
度の1/10以下であるため、NMOS FETのノイ
ズ測定に影響は生じなかった。また、パラメータアナラ
イザから発生する電圧はNMOS FETのゲートには
入力されないため、NMOS FET自身によって増幅
されてしまうという問題も生じなかった。
【0026】このようにして測定された前記ゲート長
0.35ミクロン,ゲート幅15ミクロンのNMOS
FETのノイズは、周波数10Hzでは−112.8d
B Vrms/√Hz、周波数100Hzでは−12
3.8dB Vrms/√Hzであった。
【0027】すなわち、観測周波数を10倍増大させる
ことでノイズ電圧は約10dB減少、すなわち1/10
の強度に変化していることから、本測定方法によってN
MOS FETの低周波1/fノイズが測定できている
ことがわかった。
【0028】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、さ
まざまなゲートバイアス,ドレインバイアスにおける特
性をきわめて簡便かつ正確に測定できる、MOS型電界
効果トランジスタの特性測定方法を実現することができ
る。
【0029】より具体的に述べると、本発明によれば、
あらゆるゲートバイアス・ドレインバイアスにおけるM
OS型電界効果トランジスタの低周波微小ノイズをきわ
めて簡便に測定することが可能であり、超低ノイズMO
S型電界効果トランジスタの研究・開発や1/fノイズ
発生メカニズムの研究などに応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来から知られているMOS型電界効果トラン
ジスタの1/fノイズ評価系統を示す図である。
【図2】本発明を適用したMOS型電界効果トランジス
タの特性測定方法を示す図である。
【図3】本発明の一実施例によるゲートバイアス印加回
路を示す図である。
【図4】本発明の一実施例によるドレインバイアス印加
回路を示す図である。
【符号の説明】
2 交流電力源(交流電灯線電源) 4 直流安定化電源 6 安定化電源制御部 8 半導体パラメータアナライザ 10 可変直流電圧供給装置 B1,B2,BAT 乾電池群 DUT 被測定デバイス NA ノイズ測定器 R 負荷抵抗 Vg ゲート電圧 Vd ドレイン電圧

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOS型電界効果トランジスタの特性を
    測定するに際して、 直流電圧源として乾電池を用い、該乾電池の出力電圧を
    抵抗分圧して前記MOS型電界効果トランジスタのゲー
    ト電圧を発生させ、 交流電力により駆動される直流安定化電源から出力され
    る直流電圧を、前記MOS型電界効果トランジスタのド
    レイン電圧として印加する、ことを特徴とするMOS型
    電界効果トランジスタの特性測定方法。
  2. 【請求項2】 請求項2に記載の方法において、 前記MOS型電界効果トランジスタのドレイン端子にノ
    イズ測定手段を接続することにより、前記MOS型電界
    効果トランジスタの低周波ノイズを評価する、ことを特
    徴とするMOS型電界効果トランジスタの特性測定方
    法。
JP2001343184A 2001-11-08 2001-11-08 Mos型電界効果トランジスタの特性測定方法 Withdrawn JP2003149286A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005277377A (ja) * 2004-02-24 2005-10-06 Seiko Instruments Inc 高電圧動作電界効果トランジスタとそのバイアス回路およびその高電圧回路
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CN113678241A (zh) * 2019-04-08 2021-11-19 罗姆股份有限公司 器件参数的测量方法

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