半导体基础实验报告.docx
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半导体基础实验报告
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半导体基础实验报告
篇一：
半导体物理实验报告
电子科技大学
半导体物理实验报告
姓名：
艾合麦提江学号：
20XX033040008班级：
固电四班
实验一半导体电学特性测试
测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。
根据霍尔系数的符号可以判断材
料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。
霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。
1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。
早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。
1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。
本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
一、实验原理
如图，一矩形半导体薄片，当沿其x方向通有均匀电流I，沿Z方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y方向上产生电势差。
这种想象叫霍尔效应。
所生电势差用Vh表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场ey。
实验表明，在
弱磁场下，ey同J（电流密度）和b成正比
ey=RhJb
（1）
式中Rh为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，Rh有不同的表达式。
在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p的p型样品
Rh?
1
?
0
（2）pq
式中q为电子电量。
对电子浓度为n的n型样品
Rh?
?
1
?
0nq
（3）
当考虑载流子速度的统计分布时，式
（2）、（3）应分别修改为
?
?
h?
1?
?
h?
1
Rh?
?
R?
?
?
?
h?
?
?
pq?
?
?
?
nq
?
?
p?
?
n
（4）
式中μh为霍尔迁移率。
μ为电导迁移率。
对于简单能带结构
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h
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（5）
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h?
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?
?
h?
p?
?
n
γh称为霍尔因子，其值与半导体内的散射机制有关，对晶格散射γh=3π/8=1.18;对电离杂质散射γh=315π/512=1.93,在一般粗略计算中,γh可近似取为1.
在半导体中主要由一种载流子导电的情况下，电导率为
?
n?
nq?
n和?
p?
pq?
p（6）由（4）式得到
Rh?
p?
?
?
h?
p和Rh?
n?
?
?
h?
n
（7）
测得Rh和σ后，μh为已知，再由μ（n，T）实验曲线用逐步逼近法查得μ，即可由式（4）算得n或p。
这样得到的γh=μh/μ，已计入了多种散射同时存在的影响和能带结构修正。
在温度较高时,半导体进入过渡区和本征导电范围,必须考虑样品中同时存在两种载流子的影响.在弱电场条件下,可以证明
?
?
h?
1?
p-nb2?
Rh?
?
?
?
?
?
qp?
nb2?
?
（8）
式中b=μn/μp。
对n型半导体
n=nD-nA+p
（9）
对p型半导体
p=nA-nD+n（10）如只考虑晶格散射，电导率为
?
?
q?
n?
Ln?
p?
Lp?
（11）
式中μLn和μLp和分别为电子的晶格散射迁移率，这里b=μLn/μLp。
由式（9）、（10）和（11）可得
?
?
?
n?
?
?
n型?
?
?
?
p?
?
?
（12）
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?
?
?
?
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nD?
nA?
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?
q?
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Lp?
b?
1
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?
?
?
?
b?
nD?
nA?
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q?
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Lp?
b?
1
?
?
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n?
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p型?
?
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p?
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?
?
b?
nA?
nD?
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?
q?
?
?
Lp?
b?
1（13）
?
?
?
?
?
?
nA?
nD?
?
?
q?
?
Lpb?
1
μLn和μLp可查阅实验手册。
当b已知，便可由测得的电导率计算出n和p的值。
二、实验仪器1、励磁恒流源Im
?
输出电流：
0～1A，连续可调，调节精度可达1nA。
?
最大输出负载电压：
24V。
2、霍尔元件工作恒流源Is
?
输出电流：
0～10mA，连续可调，调节精度可达10μA。
3、直流数字毫伏表：
?
测量范围：
±20mV，±20mV。
489489
注意事项：
1、霍尔元件是易损元件，必须防止元件受压、挤、扭和碰撞。
2、实验前检查电磁铁和霍尔元件二维移动装置是否松动。
3、记录数据时，为了不使电磁铁过热，不能长时间闭合励磁电源的换向开关4、仪器不宜在强光照射下、高温下或有腐蚀性气体的场合中使用，不宜在强磁场中存放。
5、实验完毕，请务必切断电源，避免线圈过热造成仪器烧毁，否则后果自负。
三、实验方法步骤
（1）对于电磁铁的磁化电流Im为定值（相应有一个确定的磁场b，参见仪器上标签），取10种不同的工作电流Is（0~10mA），测量相应的霍尔电压Vh，共测量5个工作点（bi，i=1，2，3，4，5），具体如下：
（2）对于每个bi，横坐标取工作电流Is，纵坐标取霍尔电压Vh，理论上得到一条通过坐标原点“0”的倾斜直线，计算其斜率Rhb／d，求其平均值
Rhb
4
?
?
Rhb1
；根据己知的b和d（0.2mm），求得其霍尔系数Rhi。
篇二：
半导体实验
半导体物理与器件
实
验
报
告
姓名：
刘秦华学号：
1228402046
半导体物理与器件实验报告
学号：
1228402046姓名：
刘秦华
实验内容：
（1）光学显微镜下观察mos，并测量其面积（A）；
（2）四探针法测量金属的方块电阻（R□）；
（3）测量金属氧化层的厚度tox；
（4）探针法测量mos的高频cV曲线，判断半导体导电类型。
实验仪器：
（1）xZT-2A四探针测量仪
（2）Agilente4980AprecisionLcRmeter测量仪
（3）高倍光学显微镜
（4）分析用电脑2台
实验原理：
（1）用光学显微镜观察，用软件计算测量mos的面积
（2）四探针法测量金属的方块电阻
四探针法是一种简便的测量电阻率的方法。
对于一般的线性材料，我们常常用电阻来表征某一段传输电流的能力，其满足以下关系式：
lR?
?
?
（式1-1）s
其中ρ、l和s分别表示材料本身的电阻率、长度和横截面积。
对于某种材料ρ满足关系式：
?
?
（neq?
n?
nhq?
h）?
1（式1-2）
ne、nh、un、uh和q分别为电子浓度、空穴浓度、电子迁移率、空穴迁移率和基本电荷量。
对于具有一定导电性能的薄膜材料，其沿着平面方向的电荷传输性能一般用方块电阻来表示，对于边长为l、厚度为xj方形薄膜，其方块电阻可表示为：
R?
?
ll?
?
?
?
slxjxj（式1-3）
即方块电阻与电阻率ρ成正比，与膜层厚度xj成反比，而与正方形边长l无关。
方块电阻一般采用双电测电四探针来测量，测量装置如图3-4所示。
四根由钨丝制成的探针等间距地排成直线，彼此相距为s（一般为几个mm）。
测量时将针尖压在薄膜样品的表面上，外面两根探针通电流I（一般选取0.5~2mA），里面的两探针用来测量电压V，通常利用电位差计测量。
图3-4双电测电四探针测量薄膜方块电阻结构简图
当被测样品的长度和宽度远远大于探针间距，薄膜方块电阻具体表达式为：
R□?
cV（式1-4）I
即薄膜的方块电阻和外侧探针通电流后在内探针处产生的电位差大小有关。
如果样品的线度相对探针间距大不多时，上式中的系数c必须加以适当的修正，修正值与被测样品的形状和大小有关。
（3）根据高频下cV特性曲线判断半导体类型
根据其曲线形状判断
半导体c-V测量基础
c-V测量为人们提供了有关器件和材料特征的大量信息
通用测试
电容-电压（c-V）测试广泛用于测量半导体参数，尤其是moscAp和mosFeT结构。
此外，利用c-V测量还可以对其他类型的半导体器件和工艺进行特征分析，包括双极结型晶体管（bJT）、JFeT、III-V族化合物器件、光伏电池、mems器件、有机TFT显示器、光电二极管、碳纳米管（cnT）和多种其他半导体器件。
这类测量的基本特征非常适用于各种应用和培训。
大学的研究实验室和半导体厂商利用这类测量评测新材料、新工艺、新器件和新电路。
c-V测量对于产品和良率增强工程师也是极其重要的，他们负责提高工艺和器件的性能。
可靠性工程师利用这类测量评估材料供货，监测工艺参数，分析失效机制。
采用一定的方法、仪器和软件，可以得到多种半导体器件和材料的参数。
从评测外延生长的多晶
开始，这些信息在整个生产链中都会用到，包括诸如平均掺杂浓度、掺杂分布和载流子寿命等参数。
在圆片工艺中，c-V测量可用于分析栅氧厚度、栅氧电荷、游离子（杂质）和界面阱密度。
在后续的工艺步骤中也会用到这类测量，例如光刻、刻蚀、清洗、电介质和多晶硅沉积、金属化等。
当在圆片上完全制造出器件之后，在可靠性和基本器件测试过程中可以利用c-V测量对阈值电压和其他一些参数进行特征分析，对器件性能进行建模。
半导体电容的物理特性
moscAp结构是在半导体制造过程中形成的一种基本器件结构（如图1所示）。
尽管这类器件可以用于真实电路中，但是人们通常将其作为一种测试结构集成在制造工艺中。
由于这种结构比较简单而且制造过程容易控制，因此它们是评测底层工艺的一种方便的方法。
图1.p型衬底上形成的moscAp结构的c-V测量电路
图1中的金属/多晶层是电容的一极，二氧化硅是绝缘层。
由于绝缘层下面的衬底是一种半导体材料，因此它本身并不是电容的另一极。
实际上，其中的多数载流子是电容的另一极。
物理上而言，电容c可以通过下列公式中的变量计算出来：
c=A（κ/d）,
其中：
A是电容的面积，
κ是绝缘体的介电常数
d是两极的间距
因此，A和κ越大，绝缘体厚度越薄，电容值就越高。
通常而言，半导体电容的大小范围从几纳法到几皮法，甚至更小。
进行c-V测量时要在电容的两极加载直流偏压同时利用一个交流信号进行测量（如图1所示）。
通常情况下，这类测量使用的交流频率范围从10khz到10mhz。
所加载的偏压作为直流电压扫描驱动moscAp结构从累积区进入耗尽区，然后进入反型区（如图2所示）。
图2.c-V测试中获得的moscAp结构的直流偏压扫描
强大的直流偏压导致衬底中的多数载流子在绝缘层界面附近累积。
由于它们无法穿透绝缘层，因此当电荷积累在界面附近（即d为最小值）时电容在累积区达到最大值。
如图1所示。
从c-V累积测量可以得到的一个基本参数就是二氧化硅的厚度tox。
当偏压降低时，多数载流子从氧化层界面被排斥开，耗尽区形成。
当偏压反相时，电荷载流子远离氧化层达到最大距离，电容达到最小值（即d为最大值）。
根据这时的反型区电容，可以推算出多数载流子的数量。
这一基本原理同样适用于mosFeT晶体管，只是它们的物理结构和掺杂更加复杂。
在偏压扫过这三个区的过程中还可以得到多种其他参数，如图2所示。
利用不同的交流信号频率可以得到其他细节信息。
低频可以揭示所谓的准静态特征，而高频测试则可以表现出动态性能。
这两类c-V测试通常都是需要的。
实验数据处理
（1）测量mos面积
根据软件得到的mos的长宽为560.188微米和568.715微米
A=560.188*568.715=3.18*10μm25
具体数据详见图
3
篇三：
半导体实验报告3126110020-副本
半导体实验报告
电子科学与技术
（1）班3126110020陈俊旭
一．实验目的
1.熟悉和掌握ITo镀膜的方法和步骤：
2.熟悉和掌握利用sZT-2A四探针测试仪测量样品电阻率的原理和方法；
3.熟悉和掌握利用紫外可见分光光度计测量样品透光率的方法步骤；
二．实验仪器
sZT-2A型数字式四探针测试仪，紫外可见分光光度计
三．实验原理
四．实验方法及步骤
1.薄膜的制备
2.电阻率的测量
3.（:
半导体基础实验报告）透光率的测量；
五．实验数据及分析
1.经过origin制图所得到的透光率与波长关系图如下：
分析：
横坐标为波长单位nm纵坐标为相应的透光率
五．实验总结
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