Normale Multimeter eignen sich nicht zur Messung von solchen Spannungsverläufen. Im DC Bereich wollen sie Gleichspannung sehen, und im AC Bereich meist eine sinusförmige Wechselspannung unter 100 Hz. Bei allen Signalverläufen die außerhalb der Spezifikation deines Multimeters liegen, sind keine sinnvollen Anzeigewerte zu erwarten.
Unabhängig davon, funktioniert so eine Messung nur sinnvoll mit einem Widerstand an den Ausgangsklemmen, zum Beispiel 100 Ω. Aus zwei Gründen:
a) Wenn der Transistor aus schaltet, erwartest du, dass die Ausgangsspannung (an den Klemmen) auf Null Volt geht. Im Multimeter befindet sich ein Kondensator, der sich von alleine nur sehr langsam entlädt - viel langsamer als die Puls-Pause deiner PWM. Mit dem zusätzlichen Lastwiederstand beschleunigst du den Entladevorgang.
b) Jeder Transistor hat einen gewissen Leckstrom. Wenn da z.B. 0,2µA Leckstrom fließt und dein Multimeter hat 10 MΩ Eingangswiderstand, dann fallen alleine deswegen schon 2 Volt am Multimeter ab, selbst wenn der Transistor vom µC noch gar nicht angesteuert wird.
Ich denke b) ist hier der Knackpunkt, den du gerade beobachtest.
Die IRLZ24N, IRLZ34N und IRLZ44N von Infineon haben bei 25°C bis zu 25µA Leckstrom, und sogar 250µA bei 150°C. Andere Hersteller geben ganz andere Werte an. Du hattest vielleicht Glück, dass dein IRLZ44N im Vergleich zu den anderen besser gelungen ist.
Wenn du signifikant weniger Leckstrom willst, musst du kleinere Transistoren verwenden.