半导体光电器件实验指导书
电子科技大学微固学院半导体光电器件实验指导书
电子科技大学微电子与固体电子学院实验指导书（实验）课程名称：半导体光电器件电子科技大学教务处制表一、课程性质和任务1. 课程性质本门课程是本科大四学生在修完《半导体物理》课程基础上的专业选修课。
课程内容涵盖了半导体光电器件物理基础及几种常见半导体光电器件的工作原理、基本结构、工作特性及应用。
因此，本门课程是在《半导体物理》理论基础上的器件的实际应用，具有很强的实用性。
2. 课程任务（1）学生通过本门课程的学习，进一步领会半导体结的原理并了解结的实际应用。
（2）本课程在学生熟练掌握半导体光电器件相关物理知识的基础上，掌握半导体发光二极管、半导体激光器、光电探测器及太阳能电池这些半导体光电器件的工作原理、基本结构及工作特性，了解它们的应用领域并对它们进行正确选用。
（3）课程通过实验项目的开设，使学生拥有能够熟练操作仪器进行独立实验的能力，并从实践中加深对课程中知识点的认知和理解。
引发学生结合所学知识点对实验中的问题进行思考，提高学生解决问题的能力。
（4）让学生了解课程中所涉及的半导体光电器件的发展水平，为学生研究、设计及应用半导体光电器件奠定基础。
二、实验课程的内容本课程实验主要包括以下内容：光源特性测试；半导体激光器光源发散角测试；光敏电阻特性特性测试；硅光电池特性测试。
光源特性测试实验一、基础知识1. 工作原理从激光物理学中我们知道，半导体激光器的粒子数反转分布是指载流子的反转分布。
正常条件下，电子总是从低能态的价带填充起，填满价带后才能填充到高能态的导带；而空穴则相反。
如果我们用电注入等方法，使结附近区域形成大量的非平衡载流子，即在小于复合寿命的时间内，电子在导带，空穴在价带分别达到平衡，如图1所示，那么在此注入区内，这些简并化分布的导带电子和价带空穴就处于相对反转分布，称之为载流子反转分布。
注入区称为载流子分布反转区或作用区。
结型半导体激光器通常用与结平面相垂直的一对相互平行的自然解理面构成平面腔。
半导体材料与器件测试技术实验指导书
《半导体材料与器件测试技术》课程实验指导书光电工程学院2012年8月实验一 半导体电阻率和方阻测量的研究一 、实验意义电阻率是半导体材料的重要电学参数之一, 可以反映出半导体内浅能级替位杂质浓度，薄层电阻是表征半导体掺杂浓度的一个重要工艺参数。
测量电阻率与薄层电阻的方法很多，如二探针法、扩展电阻法等。
而四探针法是目前广泛采用的标准方法，它具有操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等特点。
二、实验目的1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。
三、实验原理测 量 原理：将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在 1、4 探针间通以电流 I(mA)，2、3 探针间就产生一定的电压 V(mV)(如图1)。
测量此电压并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率、方块电阻、电阻： `①. 薄圆片(厚度≤4mm)电阻率：⨯=IVρ F （D/S ）╳ F （W/S ）╳ W ╳ Fsp Ω·cm …(1) 图１.直线四探针法测试原理图↓4↑其中：D —样品直径，单位：cm 或mm ，注意与探针间距S 单位一致；S —平均探针间距，单位：cm 或mm ，注意与样品直径D 单位一致(四探针头合格证上的S 值)； W —样品厚度，单位：cm ，在F(W/S)中注意与S 单位一致； Fsp —探针间距修正系数(四探针头合格证上的F 值)；F(D/S)—样品直径修正因子。
当D →∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B 查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。
W/S<0.4时，F(W/S)=1；W/S>0.4时，F(W/S)值由附表C 查出； I —1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V —2、3探针间取出的电压值，单位mV ；②. 薄层方块电阻Ｒ□：Ｒ□＝⨯IVF （D/S ）╳F （W/S ）╳ Fsp Ω/□ …(2) 其中：D —样品直径，单位：cm 或mm ，注意与探针间距S 单位一致；S —平均探针间距，单位：cm 或mm ，注意与样品直径D 单位一致(四探针头合格证上的S 值)； W —样品厚度，单位：cm ，在F(W/S)中注意与S 单位一致； Fsp —探针间距修正系数(四探针头合格证上的F 值)；F(D/S)—样品直径修正因子。
半导体物理实验指导书(7.3)
半导体物理实验指导书(材料学专业)许德富乐山师范学院物理与电子工程学院实验一、四探针法测量高导电率材料的电导率一．前言在科研和现今社会生活的许多场合，大量使用导电材料和电阻合金。
监测电阻或导电率随外界条件的变化也是材料的相变研究、环境的温度、湿度、气氛等的监测和控制的重要手段。
材料精确的电阻或电阻率数据以及了解不同电场条件下电流在不同尺寸、不同形状的导体中的分布在电子电路以及其它工程设计中也是必不可少的。
因此材料以及电功能器件的电阻或电阻率的精确测量成为了重要的物理实验之一，也是工程技术人员必须掌握的基本技能。
电阻率所针对的对象是导电或电阻材料，一般是通过测定特定形状的材料电阻值后计算得出。
对于功能器件一般只测量其电阻值。
而环境（温度、湿度、气氛）或材料状态对电阻或电阻率的影响测量则一般是将材料或器件放于特定的环境之中，通过改变环境参数测定电阻或电阻率的变化。
上述所有操作归结为一点，即电阻的测量。
由于目前还没有不使用电而间接精确测量电阻的方法，因此电阻与其它物理参数测量相比的最突出特点是必须将被测材料或器件连接在电路之中，电路之中的导线、导线接头或器件触点接触电阻、测量仪表的内阻以及与被测电阻间的连接关系，阻值比例等多种因素都会对影响测量结果的精确度。
在许多情况下，测量误差是不可忽略的。
为了提高电阻测量的精确度，对于不同阻值范围的材料或器件设计了不同的测量方法。
例如采用三电极系统测量MΩ级以上的高电阻，采用电桥法测量Ω和KΩ级的电阻等。
但在高导电率材料或小电阻器件的电阻测量之中，不仅电路中的接触电阻不可以忽略不计，甚至导线的电阻都不是无穷小量。
而在电桥测量方法中也难以找到与被测电阻值相当的小电阻与之相匹配。
有些试样的尺寸很小（薄膜）或很大（大块样品或大尺寸板状样品）又不允许拆剪成合适尺寸时更是如此。
近代物理学中，对于微电阻或小电阻，特别是电阻率的测量，常使用四点探针（Four point probe）来完成。
半导体发光器件-实验
第一章CSY2000G光电传感器实验仪说明CSY2000G光电传感器实验仪主要有主机箱、传感器装置、实验模板、实验桌四大部分组成（一）主机箱：供电电源AC220V，50HZ。
额定功率200W。
1、有实验所需的电源、压力源0-12V连续可调直流稳压电源。
0-5V连续可调直流稳压电源。
±15V、+12V、+5V稳压电源。
2、显示压力源：气压量程4-20KPa（通过调节玻璃转子流量计、旋钮、气压输出大小可调）电流表：DC20μA-20mA(量程三档切换)电压表：DC200mV-20V（量程三档切换)光功率计：1999mW光照度计：1999Lx频率/转速表：f：0-9999Hz、n：0-9999 r/min计时器（秒表）：9999S气压表:4-40 KPa3、温控仪：PID位式调节仪：0-2000C（二）传感器装置光学传感器由底座，升降支架、遮光筒、滑轨等组成，可卸式活动安装各种光电器件探头，光源等。
1、光敏器件及传感器光敏电阻光敏二极管光敏三极管红外光敏二极管（光接受）硅光电池反射式光耦（红外发射与红外光敏三极管组合）红外线热释电探头光照度计探头光功率计探头2、传感器光纤传感器、（位移、压力、温度）PSD位置传感器线阵CCD测径系统（可选）光栅位移传感器（可选）3、光源普通白炽灯、普通发光二极管、红外发射管、半导体激光管、各种滤色镜。
（三）实验模板光电器件实验（一）模板光电器件实验（二）模板光电器件实验（光开关）模板光电器件实验（光调制）模板光电传感器转速测量实验模板光纤传感器实验模板PSD传感器实验模板温度传感器（四）实验桌放置主机箱、实验模板、各种实验器件实验台尺寸为：1600×800×740（mm）·第二章实验指南实验一光电基础知识实验实验目的通过实验使学生对辐射量与光度量、光的不同波长等基本概念有具体的认识。
第一部分光源和光波长实验一、实验原理：以电磁波形式或粒子（光子）形成传输的能量，它们可以用光学条件反射、成像或色散，这样能量传输及其传播过程称为光辐射。
光电子器件物理实验指导书(修改)精品
图2.1-5 棱镜对白光的分光实验装置光电子器件物理实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED （发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。
学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。
实验仪器：① 光电综合实验平台主机系统1台；② 60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③ 焦距f =50mm 的透镜及其支架1只；④ 发白光的LED 平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；⑤ 狭缝及其夹持装置各1个；⑥ 像屏及其夹持装置各1个；⑦ 磁性表座4个；实验内容：1） 棱镜对“白光”的分光特性；2） 掌握分光光谱的分布规律；3） 测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1) 棱镜分光实验① 认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED 远心照明光源、可调狭缝与像屏。
将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。
打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电源上（注意其极性，红插头接VCC ）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。
若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。
分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。
若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L`，观察像屏上彩条的变化。
半导体物理实验指导书 椭偏法
（6）
（7） 式中λ为单色光波长，d 为薄膜厚度。将式（3）代入（6）消去 t1p*及 r1p*得
考虑到|x|<1 时
（8） 成立,求式(8)中级数和,并定义薄膜系统反射率
(9) 可得
式(10)中 Rp,Rs 通常是复数,定义它们的比值
(10)
(11) 其中 tgψ相当于复数的模,Δ相当于幅角.合并式(10),(11)得到椭偏法的基本公 式
实验六 椭偏法测薄膜厚度、折射率 和固体的复折射率
椭圆偏振法，简称椭偏法是一种研究两媒介间界面、表面或薄膜中光学性质 变化的一种技术。其原理是利用偏振光束在分界面上的反射和透射出现的偏振变 换。它的优点是检测手段是非破坏性的；测量的精度极高。
本实验的目的是：掌握椭偏法的基本原理，学会使用传统椭偏仪测硅衬底上 透明膜厚度、折射率以及测量固体材料的光学性质。
2．仪器调整步骤 (l)打开激光电源开关，调节激光电流为 5mA 左右。 (2)将人射光路与反射光路调成一直线(人射角与反射角都为 90o)。检查光点 是否在观察窗中心位置。调整好后，恢复入射角等于反射角(70o)． (3)调节样片台，使激光经样片反射后能进入反射光管到达观察中心位置。 (4)将起偏器 P，λ／4 波片，检偏器 A 都旋到零附近，检查观察窗光点是否 完全消光，微调起偏器，λ／4 波片，检偏器角度，直至观察窗中心光 点最暗为止．记下真正起点的读数作零读数(如仪器零读数确已调好，此 步骤可免)。
手轮（0—180 O，使红窗光点基本消失。 5、把红窗的手柄向左旋转，关闭红窗，此时 μA 表有指示。转动起偏器 P 手
轮和检偏器 A 手轮，使 μA 表指示趋于 0，（或最小），记下检偏器读数 A1 （0＜A1＜90o）和起偏器读数 P1。 6、转动起偏器 P 手轮，使 P=P1＋90O，再转动 A 手轮，使 μA 表指示最小，记
半导体器件物理--实验指导资料
实验四晶体管特征参数的测量及与直流电流-电压的关系的测试分析双极型晶体管(BJT)于1947年由BELL实验室的Batin、Bratain和Schokley 发明，它是三端器件，具有电流放大作用，其高速性能突出。
近二十年来，MOSFET 由于其低功耗、易于集成的特点，使得BJT的突出地位受到了严重挑战，但它在高速计算机、火箭和卫星、现代通信和电力系统方面仍是关键器件。
而且，随着异质结双极晶体管(HBT)的实现，双极晶体管技术也有了突破性进展，这类器件有希望保持其在速度方面的优势。
在制造晶体管和集成电路以及使用晶体管的过程中，都要检测其性能。
晶体管输入、输出及传输特性普遍采用直接显示的方法来获得特性曲线，进而可测量各种直流参数。
本实验的目的是了解半导体I-V测试系统的原理，掌握其使用方法，并用这种仪器进行晶体管直流参数测试及芯片检测，分析晶体管质量，找出失效原因，作为进一步改进器件性能的依据。
一、实验目的了解晶体管特征参数对晶体管的影响。
二、实验原理半导体I-V测试系统如图1所示，图1 半导体I-V测试系统利用半导体I-V 测试系统 (图1) 测试晶体管输出特性曲线的原理如图2所示。
图中BJT 代表被测的晶体管，R B 、E B 构成基极偏流电路。
取E B >>V BE ,可使I B =(E B - V BE )/ R B 基本保持恒定。
在晶体管C-E 之间加入一锯齿波扫描电压，并引入一个小的取样电阻R C ，这样加到示波器波上X 轴和Y 轴的电压分别为：x ce ca ae ca c c cay c c c V =V =V +V =V -I R V V -I R -I ≈=∙∝当I B 恒定时，在显示屏上可以看到一根I c —V ce 的特性曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。
图2 测试输出特性曲线的原理电路为了显示一组在不同I B 的特性曲线簇I ci=Φ(Ici, V ce )应该在锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使I B 也有一个相应的变化，所以应将图2中的E B 改为能随锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。
半导体物理实验指导书 C-V特性测量
C min = C max
1 ε r0 1+ ε rs d OX ⎡ kTε 0 ε rs ⎛ N ⎞⎤ 2 ln⎜ ⎟⎥ ⎢ 2 ⎝ n i ⎠⎦ ⎣ q N
（13）
1
VS=0 时，半导体表面能带平直，称为平带。平带时的 MOS 电容称为平带电容，
C FB = C ox 1 ε r 0 ⎛ kTε 0 ε rs ⎞ 2 ⎟ ⎜ 1+ ε rs d OX ⎝ q 2 N ⎠
b.理想结构等效电路 结构等效电路 图 1.1 MOS 结构示意图和等效电路
c. b.实际
图 1.2 理想 p-Si MOS 结构的高频和低频 C-V 特性
在 MOS 结构上加一个扫描速率很慢的线性斜坡扫描电压
V g = V1 + at
式中 V1 为起始电压，是常数； a = dV g / dt 是扫描速度。当 a 足够低时，反型层的 充放电都能跟的上 V g 变化，系统处于准热平衡状态。在这种状态下测量到的 C-V 特性称为准静态 C-V 特性，它相当于低频 C-V 特性。由准静态 C-V 测量来确定 界面态密度的基本原理，就是通过低频（准静态）C-V 测量得到的 MOS 电容值， 和理论计算得到的相同表面势下无界面态的 MOS 电容值进行比较，提取出界面 态电容值 CSS，再根据
CL C SS =
代入（1）式，即得到
Ci Ci
CC − 1−
Ci Ci
1−
CL
CC
（4）
CC ⎛ CL ⎞ ⎟ 1 ⎜ Ci Ci N SS (VS ) = 2 ⎜ − ⎟ C q ⎜ 1 − CL 1− C ⎟ Ci Ci ⎠ ⎝
（5）
（5）式就是 NSS～Vg 关系式，式中 CL 和 CC 应当对应相同的 VS。实际测量得到 的是 CL～Vg 关系。 通常，界面态分布用 NSS 和禁带中的能量位置 E 的关系来表示；而（5）式给 出的是 NSS 和表面势 VS 的关系，因此还需要将 VS 转换成 E。如图 3 所示，以 Eis 作为能量零点，则禁带上半部，E>0；禁带下半部，E<0。显然，NSS(E)是表面能
《半导体物理》实验指导书(2022年版)
《半导体物理》实验指导书（2022年版）半导体物理实验指导书信息工程学院电子科学与技术教研室2022目录实验一：霍尔效应1实验二：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻6实验三：椭偏法测薄膜厚度和折射率9附录A:《RTS-8型双电测四探针测试仪用户手册》11附录B:《WJZ/WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪使用手册》30I实验一霍尔效应一、实验目的1.了解霍尔器材对材料要求的知识；2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH~IS曲线；3.学会确定试样的导电类型，载流子浓度以及电导率。
二、仪器设备QS-H型霍尔效应实验组合仪三、实验原理1.导体材料霍尔系数的确定由霍尔电压VH与磁感应强度B的关系，VHB和d，可计算出霍尔系数RHISB知，只要测出VH以及知道IS、dRHVHd（1）ISB2.导体材料导电类型的确定若实验中能测出IS、B的方向，就可判断VH的正负，决定霍尔系数的正负，从而判断出半导体的导电类型。
当RH0时，样品属N型（载流子为电子），反之则为P型（载流子为空穴）。
3.导体材料载流子浓度的确定由霍尔系数RH如果知道VH、IS、B，就可确定该材料的载流子浓度。
根据电导率与载流子浓度n以及迁移率之间的关系ne知，通过实验测出值即可求出1VHd，可得neISBIBnS（2）VHdeRH（3）4.霍尔组件对材料的要求根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率亦较高）的材料。
因RH，就金属导体而言，和均很低，而不良导体虽高，但极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔组件。
半导体高，适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔元件都采用N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔组件的输出电压较片状要高得多。
5.实验中的副效应及其消除方法在产生霍尔效应的同时，还存在一些与温度、电极与半导体接触处的接触电阻有关的效应，这些效应也会在霍尔元件的上下侧面产生电位差。
半导体实验指导书
工具单元实验部分实验一低频DDS信号源 (2)实验二频率计 (6)实验三电流表 (9)实验四直流电压表 (12)实验五温度计 (14)模块化实验单元实验一二、三极管图示 (17)实验二二极管测试 (22)实验三三极管测试 (25)实验四红外测试 (29)实验五光耦测试实验 (32)实验六霍尔器件 (35)实验七可控硅基本测试 (38)实验八可控硅声控灯 (43)实验九可控硅调光灯 (45)工具单元实验部分实验一低频DDS信号源一、实验目的1．了解实验箱信号源的使用方法。
2．了解DDS的基本原理。
二、实验器材半导体实验箱一台双踪示波器一台三、实验原理本实验箱信号源部分的输出为模拟信号，其中模拟信号有1K,2K的方波，DDS低频（测试点DDS）信号输出波形由按键W-S控制(波形有阶梯波，锯齿波，方波，正弦波)；LAD测试点输出阶梯波；SAW输出相位可变的锯齿波，锯齿波相位的变化可以通过按键SAW-2和SAW-2控制。
下面就DDS信号源原理作一下详细介绍。
DDS（Direct Digital Synthesis）直接数字频率合成是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术，它将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域。
它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨率以及集成化等一系列性能指标方面已远远超过了传统频率合成技术。
当累加器的Ｎ很大时，最低输出频率可达Hz、mHz甚至μHz。
转换时间最快可达10ns的量级，全数字化结构便于集成、输出相位连续、频率、相位和幅度均可实现程控，这些都是传统频率合成所不能比拟的。
DDS技术的实现完全是高速数字电路D/A变换器集合的产物。
但由于集成电路速度的限制，目前DDS的上限频率还不能做得很高。
在该实验箱的信号源模块单元，采用了32.768MHz晶体振荡器，通过各种分频电路得到电路中所需频率的信号。
DDS 高频信号源原理框图如图1-1所示，从数据线输出的信号通过D/A 转换得到输出波形。
实验指导书
《集成电路EDA》课程实验指导书北京理工大学珠海学院编制2009.10目录目录 (1)实验一半导体器件的工艺仿真 (3)一．实验目的和要求 (3)二．实验内容 (3)三．实验步骤 (3)实验二半导体器件的电学参数提取 (5)一．实验目的和要求 (5)二．实验内容 (5)三．实验步骤 (5)实验三 HSPICE模拟电路仿真 (7)一、目的与要求 (7)二、实验内容 (7)三、实验步骤 (7)实验四、Cadence设计工具包的启动和图形界面的应用 (13)一、实验目的 (13)二、实验内容 (13)三、实验步骤 (13)实验五、Cadence设计工具包模拟集成电路原理图绘制与仿真 (17)一、实验目的 (17)二、实验内容 (17)三、实验步骤 (17)实验六、Cadence设计工具包模拟集成电路版图绘制与设计规则验证 (19)一、实验目的 (19)二、实验内容 (19)三、实验步骤 (19)实验七基于ModelSim的仿真 (21)一、目的与要求 (21)二、实验准备 (21)三、上机步骤 (21)实验八、Synopsys的Design_Vision的启动和图形界面的应用 (25)一、实验目的 (25)二、实验内容 (25)三、实验步骤 (25)实验九、Synopsys工具包的数字集成电路的逻辑综合 (28)一、实验目的 (28)二、实验内容 (28)三、实验步骤 (28)实验十、Synopsys的IC Compiler的启动和图形界面的应用 (32)一、实验目的 (32)二、实验内容 (32)三、实验步骤 (32)实验十一、Synopsys的IC Compiler的数据准备和基本流程之一 (34)一、实验目的 (34)二、实验内容 (34)三、实验步骤 (34)实验十二、Synopsys的IC Compiler的数据准备和基本流程之二 (36)一、实验目的 (36)二、实验内容 (36)三、实验步骤 (36)实验一半导体器件的工艺仿真一．实验目的和要求通过本实验掌握运用TCAD进行半导体工艺的仿真。
半导体工艺实习实验指导书
• 绝缘材料具有绝缘性和耐腐蚀性
• 金属导线材料具有导电性和延展性
⌛️
半导体工艺实习实验的材料选择
• 根据实验要求和目的选择合适的材料
• 考虑材料的性能和经济性
• 注重材料的环保和可持续性
半导体工艺实习实验的技术原理与方法
半导体工艺实习实验的技术创新
• 探索新的制备方法和工艺
• 半导体技术是现代信息技术的基础
• 半导体产业的发展带动相关产业链的进步
半导体工艺实习实验有助于提高学生的就业竞争力
• 增强学生的专业技能
• 拓宽学生的就业领域
• 提高学生的薪资待遇
半导体工艺实习实验的目标与要求
半导体工艺实习实验的目标
半导体工艺实习实验的要求
• 掌握半导体工艺的基本原理和方法
• 严格遵守实验室的安全规定和操作规范
• 了解设备的结构和工作原理
• 熟悉设备的操作面板和按钮功能
• 掌握设备的使用条件和注意事项
02
严格按照操作规程进行设备操作
• 启动设备前进行检查和确认
• 设备的运行过程中进行观察和记录
• 设备使用后进行清洁和维护
03
注意设备的保养和维修
• 定期进行设备的检查和维护
• 发现设备故障及时报告和维修
• 避免设备长时间超负荷运行
• 注重设备的环保和可持续性
04
半导体工艺实习实验实施步骤与案例分
析
半导体工艺实习实验的实施步骤与流程
半导体工艺实习实验的实施步骤
• 实验前预习和相关知识学习
• 实验过程中按照指导书进行操作
• 实验后进行数据分析和结果总结
• 撰写实验报告和进行实验评价
物理实验技术中的半导体物理实验操作指南
物理实验技术中的半导体物理实验操作指南在现代科学研究和工程技术应用中，半导体物理实验起着举足轻重的作用。
半导体材料的电学、光学和热学性质对于电子器件设计和制造至关重要。
本文将为读者提供一份半导体物理实验操作指南，帮助他们进行高质量的实验研究。
第一步：准备工作在进行半导体物理实验之前，准备工作至关重要。
首先要确保实验室的环境整洁、安全。
然后检查实验仪器的状态，确保其正常工作。
如果有任何问题，应该及时更换或修复。
第二步：选择合适的实验材料根据实验目的和需求，选择合适的半导体材料进行研究。
常用的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
根据实验要求，可以选择不同的材料和掺杂方式，以研究其特定的电性、光学性质。
第三步：制备样品在进行半导体物理实验之前，需要制备样品。
对于硅和锗这样的材料，可以通过切割、抛光和清洗等步骤来获得所需的样品。
对于砷化镓这样的复合材料，通常需要使用分子束外延或金属有机气相外延等方法来制备样品。
第四步：测量电学性质半导体物理实验中的一个重要方面是测量材料的电学性质。
可以使用电阻计或霍尔效应测量仪来测量材料的电阻率、载流子浓度和迁移率。
这些测量结果有助于理解材料的导电机制和载流子输运过程。
第五步：研究光学性质光学性质也是半导体物理实验中的关键内容。
通过使用光源和光谱仪，可以测量材料的吸收、发射和透射等光学参数。
这些测量结果对于研究材料的能带结构和光电转换效率非常重要。
第六步：控制温度和外部条件半导体物理实验对温度和外部条件的控制要求非常高。
温度对于半导体材料的导电性能和光学特性具有重要影响。
因此，在实验过程中，需要使用恒温器和温度控制系统来精确控制样品的温度。
此外，外部条件（如湿度和气氛）也需要进行控制，以确保实验结果的准确性和一致性。
第七步：数据处理和分析在实验结束后，需要对实验数据进行处理和分析。
可以使用数据分析软件对测量结果进行统计和计算。
通过绘制图表和曲线拟合，可以找到材料的特定参数和规律。
半导体光电器件实验指导书
半导体光电器件实验指导书实验一半导体光电探测材料的吸收系数和光学禁带宽度的计算1．实验目的1）通过对半导体材料透射光谱的测试，理解半导体材料对入射光子的吸收特性，计算半导体材料的光吸收系数随波长的变化；2）理解如何通过调整材料的组分实现在特定波段对光子的探测，计算半导体材料的光学禁带宽度。
2．实验内容1）测试半导体光电探测材料的透射光谱；2）根据测试数据计算材料的光吸收系数随入射波长的变化，并由此推算材料的光学禁带宽度。
3．实验器材（设备、元器件）1）紫外—可见光分光光度计一台；2）实验样品3个；3）空白基片1个。
4．基于透射光谱的光吸收系数及光学禁带宽度计算原理当物体受到外来光波的照射时，光子会和物体中的微粒发生相互作用。
由于组成物体的分子和分子间的结构不同，使入射光分成几个部分：一部分被物体吸收（吸收），一部分被物体反射（反射），还有一部分穿透物体而继续传播（透射）。
透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。
被透射的物体为透明体或半透明体，若透明体是无色的，除少数光被反射外，大多数光均透过物体。
为了表示透明体透过光的程度，通常用入射光通量与透过后的光通量之比T来表征物体的透光性质，T称为光透射率。
常用的分光光度计能精确测量材料的透射率，测试方法具有简单、操作方便、精度高等突出优点，是研究半导体能带结构及其它性质的最基本、最普遍的光学方法之一。
当一定波长的光照射半导体材料时，电子吸收能量后会从低能级跃迁到能量较高的能级。
对于本征吸收，电子吸收足够能量后将从价带直接跃迁入导带。
发生本征吸收的条件是：光子的能量必须等于或大于材料的禁带宽度E g ，即0g h v h v E ≥= （1）而当光子的频率低于0ν，或波长大于本征吸收的长波限时，不可能发生本证吸收，半导体的光吸收系数迅速下降，这在透射光谱上表现为透射率的迅速增大。
光波透过厚度为d 的样品时，吸收系数同透射率的关系如式（2）：2(1)d T R e α-=- （2） 即：21(1)ln R d Tα-= （3） 其中d 为样品厚度，R 是对应波长的反射率，T 是对应波长的透射率。
半导体物理实验教材
自编经典教材目录一、 半导体物理实验指导书1.实验的地位、作用和目的 (4)2. 实验一单晶硅少子寿命测试 (5)3. 实验二半导体方块电阻的测量 (9)4 .实验三半导体电阻率的测量 (12)二、 微电子器件实验指导书1. 实验的地位、作用和目的 (16)2. 实验一测量双极晶体管的性质 (17)3 实验二晶体管特征频率的测量 (19)4 实验三测量双极晶体管的击穿特性 (22)三、 集成电路工艺实验指导书1 实验的地位、作用和目的 (24)2.实验一氧化工艺实验 (26)3. 实验二光刻工艺实验 (28)4、实验三硼扩散工艺实验 (31)5. 实验四磷扩散工艺实验 (34)6. 集成电路工艺课程设计 (37)四、《PLD原理及应用》实验指导书1 实验一 PLD 开发相关软件和实验开发箱的使用 (40)2 实验二 电路图设计与仿真_半加器原理图输入 (51)3 实验三 PLD 组合逻辑设计BCD 码—七段数码显示译器 (56)4 实验四 PLD 时序逻辑设计——8位移位寄存器.... . (61)5.实验五PLD 混合逻辑设计——跑步计时用的数字跑表 (67)6.实验六 自动售饮料机的设计 (74)7.实验七PLD 混合逻辑设计正弦信号发生器的FPGA实现. 798.实验八 步进电机的FPGA 实现 (84)半导体物理实验指导书微电子技术教学部编写光电工程学院微电子技术教学部2006年2月一．实验的地位、作用和目的：《半导体物理实验》课是微电子学与固体电子学专业本科教学中的重要教学实践环节，通过本实验课使学生掌握实验的基本原理及基本测试方法，加强对半导体物理理论的理解，提高学生的实际动手能力，为将来开展科学试验和产品研制打下基础。
基本原理及课程简介：《半导体物理实验》包括三个实验：Si单晶少子寿命测试，方块电阻测试，电阻率ρ的测试。
二．实验方式及基本要求1.教师在课堂上讲解实验的基本原理、仪器使用、测试内容及实验要求，交代实验注意事项。
半导体照明技术实验指导书
半导体照明技术实验实验1 光源与光度辐射度参数的测量实验目的：通过用棱镜等器件对发白光的LED（发光二极管）发出的光进行分光的测量和对光电综合实验平台上所用光源发出光进行照度测量的实验。
学习光本性的基本常识，巩固“光电技术”教科书中第一章关于光的度量内容，并掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。
实验仪器：①光电综合实验平台主机系统1台；②60°分光棱镜及其夹持装置各1个；③焦距f =50mm的透镜及其支架1只；④发白光的LED平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各1个；⑤狭缝及其夹持装置各1个；⑥像屏及其夹持装置各1个；⑦磁性表座4个；实验内容：1）棱镜对“白光”的分光特性；2）掌握分光光谱的分布规律；3）测量远心照明光源在不同位置上的照度；实验步聚：1)棱镜分光实验①认识实验所用器件从光电综合实验平台备件箱中取出如图2.1-4所示的分光棱镜、棱镜安装调整机构、发白光的LED远心照明光源、可调狭缝与像屏。
将这些器材按如图2.1-5所示的方式安装在光学实验台上。
打开实验平台上的电源开关，将远心照明光源的电源线接到平台的+5V(VCC)电源上（注意其极性，红插头接VCC）,使LED光源发出一束白色平行光，然后，在光路中插入可调宽度的狭缝，使通过狭缝形成的窄条白光投射到分光棱镜的工作面上，调整（旋转）分光棱镜，改变白光的入射角，再移动像屏位置，观察窄条白光被分光的现象，将有彩色条形光带从棱镜的另一个工作面发射出去。
若像屏位置合适，在像屏上将观测到彩色条带。
分析各种彩条带的颜色分布规律，记录各色彩条的排列顺序。
若将50mm焦距的透镜安装在棱镜与像屏之间，并适当调整透镜与棱镜之间的距离L，与透镜与像屏之间的距离L`，观察像屏上彩条的变化。
分析变化的原因。
2）观测发光二极管经光栅分光后的光谱分布将图2.1-6所示的白光LED光源换成发蓝光、绿光和发红光的光源，观察此时像屏上色带变化。
光电原理实验指导书
内容简介本实验系统从了解和熟悉光电系统的角度出发，讨论光电系统中的主要技术问题。
主要知识点包括：光电系统中常用的光源及其特性；常用光电探测器的工作原理、特性参数及光电信号检测的基本线路；光学调制器；光电探测方法及光电信号处理方法；CCD电荷耦合器原理及其应用等。
本实验系统与理论紧密结合，注重实用，可作为测控技术与仪器、物理电子技术、仪器仪表、自动控制、精密仪器及办公自动化等专业本科生、研究生和有关科技人员课堂实验和研究。
目录实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试......................... - 3 -实验二光电探测原理实验 ................................... - 12 -实验三光电探测器直流特性测试............................. - 23 -实验四光纤端面处理、耦合及熔接........................... - 27 -实验五光纤衰减系数的测试 ................................ - 33 -实验六光电倍增管特性参数的测试........................... - 37 -实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试一、实验目的1、通过测量LD 半导体激光器域值电流、LED 发光二极管和LD 半导体激光器的输出功率－电流（P-I ）特性曲线和电压－电流（V-I ）特性曲线，计算阈值电流（Ith ）和外微分量子效率，从而对LED 发光二极管和LD 半导体激光器工作特性有个基本了解。
2、了解温度（T ）对阈值电流（Ith ）和光功率（P ）的影响。
二、实验内容1、测试YSLED3215型LED 发光二极管的电压－电流（V-I ）特性曲线。
2、测试YSLED3215型LED 发光二极管的输出功率与电流（P-I ）特性曲线。
3、测试YSLD3125型半导体激光器电压－电流（V-I ）特性曲线。
实验六 半导体发光器件的电致发光测量1
实验六半导体发光器件的电致发光测量081190088 杨静一．实验内容与目的（1）了解半导体发光材料电致发光的基本概念。
（2）了解并掌握半导体显微探针测试台、光纤光谱仪的使用。
（3）掌握半导体发光材料电致发光特性的测量方法。
二．实验原理概述1．辐射跃迁半导体材料受到某种激发时，电子产生由低能级向高能级的跃迁，形成非平衡载流子。
这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后，又回到较低的能量状态，并发生电子—空穴对的复合。
复合过程中，电子以不同的形式释放出多余的能量。
如跃迁过程伴随着放出光子，这种跃迁成为辐射跃迁。
作为半导体发光材料，必须是辐射跃迁占优势。
导带的电子跃迁到价带，与价带空穴相复合，伴随的光子发射，称为本征跃迁。
显然这种带与带之间的电子跃迁所引起的发光过程，是本征吸收的逆过程。
对于直接带隙半导体，导带与价带极值都在k 空间原点，本征跃迁为直接跃迁。
由于直接跃迁的发光过程只涉及一个电子—空穴对和一个光子，其辐射效率较高。
间接带隙半导体中，导带与价带极值对应于不同的波矢k，这时发生的带与带之间的跃迁是间接跃迁。
在间接跃迁过程中，除了发射光子外，还有声子参与。
因此，这种跃迁比直接跃迁的几率小的多，发光比较微弱。
如果将杂质掺入半导体，则会在带隙中产生施主及受主的能级，因此又可能产生不同的复合而发光。
电子从导带跃迁到杂质能级，或杂质能级上的电子跃迁入价带，或电子在杂质能级间的跃迁都可以引起发光，这类跃迁称为非本征跃迁。
间接带隙半导体本征跃迁几率较小，非本征跃迁起主要作用。
施主与受主之间的跃迁效率较高，多数发光二极管属于这种跃迁机理。
在施主—受主对的复合中，过剩电子、空穴先分别被电离的施主和受主看成点电荷，把晶体看作连续介质，施主与受主之间的库伦作用力使受基态能量增大，其增量与施主—受主杂质间距离r 成正比，所发射的光子能量为：ην＝E g －(E D +E A )＋r πεε402q式中E D 和E A 分别为施主和受主的电离能，ε是晶体的低频介电常数。
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半导体光电器件实验指导书
实验一半导体光电探测材料的吸收系数和光学禁带宽度的计算
1．实验目的
1）通过对半导体材料透射光谱的测试，理解半导体材料对入射光子的吸收特性，计算半导体材料的光吸收系数随波长的变化；
2）理解如何通过调整材料的组分实现在特定波段对光子的探测，计算半导体材料的光学禁带宽度。
2．实验内容
1）测试半导体光电探测材料的透射光谱；
2）根据测试数据计算材料的光吸收系数随入射波长的变化，并由此推算材料的光学禁带宽度。
3．实验器材（设备、元器件）
1）紫外—可见光分光光度计一台；
2）实验样品3个；
3）空白基片1个。
4．基于透射光谱的光吸收系数及光学禁带宽度计算原理
当物体受到外来光波的照射时，光子会和物体中的微粒发生相互作用。
由于组成物体的分子和分子间的结构不同，使入射光分成几个部分：一部分被物体吸收（吸收），一部分被物体反射（反射），还有一部分穿透物体而继续传播（透射）。
透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。
被透射的物体为透明体或半透明体，若透明体是无色的，除少数光被反射外，大多数光均透过物体。
为了表示透明体透过光的程度，通常用入射光通量与透过后的光通量之比T来表征物体的透光性质，T称为光透射率。
常用的分光光度计能精确测量材料的透射率，测试方法具有简单、操作方便、精度高等突出优点，是研究半导体能带结构及其它性质的最基本、最普遍的光学方法之一。
当一定波长的光照射半导体材料时，电子吸收能量后会从低能级跃迁到能量较高的能级。
对于本征吸收，电子吸收足够能量后将从价带直接跃迁入导带。
发生本征吸收的
条件是：光子的能量必须等于或大于材料的禁带宽度E g ，即
0g h v h v E ≥= （1）
而当光子的频率低于0ν，或波长大于本征吸收的长波限时，不可能发生本证吸收，半导
体的光吸收系数迅速下降，这在透射光谱上表现为透射率的迅速增大。
光波透过厚度为d 的样品时，吸收系数同透射率的关系如式（2）：
2(1)d T R e α-=- （2） 即：
2
1(1)ln R d T
α-= （3） 其中d 为样品厚度，R 是对应波长的反射率，T 是对应波长的透射率。
实验中，我们所选样品为ZnO 基薄膜材料，入射光垂直照射在样品表面，且样品表面具有纳米级的平整度，在紫外和可见光波段的反射率很小，所以在估算禁带宽度时，忽略反射率的影响，则吸收系数α可简单表示为：
11ln d T α= （4）
因此，在已知薄膜厚度的情况下，可以通过不同波长的透射率求得样品的吸收系数。
在求得材料的吸收系数情况下，可以通过公式（5）计算半导体材料的禁带宽度：
2
()m h A h Eg αυυ=- （5）
式中，α为吸收系数，hv 是光子能量；E g 为材料的禁带宽度；A 是材料折射率、折合质量和真空中光速的函数；m 是常数，对于直接跃迁来说，m ＝1；如果是间接跃迁，m ＝
4。
ZnO 薄膜是一种直接带隙半导体，在本征吸收过程中产生电子的直接跃迁，因此m 取1，则式（5）可以表示为：
12()h A h Eg αυυ=- （6） 对于禁带宽度的计算，可根据αhv ∝ hv 的函数关系作图，将吸收边陡峭的线性部分外推到（αhv ）2＝0处，与x 轴的交点即为相应的禁带宽度值。
5．实验步骤
1）样品准备：将清洗干净的空白基片放在样品台的1号位（即参考位）；将掺杂浓度不同的ZnO 基薄膜样品分别置于样品台的2号位、3号位和4号位。
2）打开仪器电源；
3）选择仪器的工作模式为波长扫描，并选择透射率测试；
4）依次测试样品的透过率，保存数据；
5）实验测量结束，关闭电源开关。
6．实验报告要求
1）整理实验测试结果，观察半导体材料吸收带边的变化趋势。
2）根据测试数据，任选一个样品计算材料的吸收系数及光学禁带宽度。
7．思考题
1）从吸收系数随波长的变化如何判断半导体材料的能带结构？
2）通过什么技术途径可以实现材料的日盲紫外探测？
实验二半导体光电导探测器I-V特性及响应时间特性测试
1．光电探测器的伏安特性和响应时间特性
光电导探测器的伏安特性：由于光电导探测器其实质为光敏电阻，应符合欧姆定律，对多数半导体，当电场强度超过104伏/厘米（强光时），不遵守欧姆定律。
实验中光电导探测器样品的电极和光电导体之间呈欧姆接触，通过测试其I-V特性，可得其I-V特性曲线大致为一条直线。
响应时间：响应时间是描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个参数。
即当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出上升到稳定值或下降到照射前的值所需时间称为响应时间。
光电导探测器响应较慢，上限频率较小。
其上升时间
t
r 定义为从最小的输出值到峰值的63％的时间，下降时间
t为从峰值下降到峰值的37％
f
的时间。
上升时间和下降时间相加即为探测器的时间常数。
2．实验目的：
1）了解光电导探测器的工作特性；
2）掌握光电探测器I-V特性及其响应时间特性的测量方法；
3）了解光电探测器的简单应用电路。
3．实验内容：
1）光电导探测器的I-V特性测试；
2）光电导探测器的响应时间特性测试。
4．实验器材
1）X－Y记录仪一台；
2）数字示波器一台；
3）半导体光电探测器一只；
4）串联电阻一只；
5）红外光源一台。
5．实验步骤
（1）I-V特性测试
1）实验设备准备好，检查是否齐全。
2）将探测器放置在待测支架上，如图所示连接电路。
X-Y记录仪
图1 探测器I-V特性测试示意图
3）打开微机及X-Y记录仪，启动软件并选择常规方式。
电压输出设置为三角波，范围为-10v至+10v。
4）断开开关k，测试无光I-V特性。
5）打开开关k，测试在光照下的I-V特性。
6）保存结果。
（2）响应时间测试
脉冲法测量光电导探测器的响应时间:因为X－Y记录仪的采样频率较低，无法满足光电探测器的响应时间测试精度。
因此，在探测器响应时间测试中，仅将X－Y记录
仪作为恒压源，而探测器的上升时间和下降时间通过示波器显示并记录。
在打开光源开关时，在示波器上会有一个上升沿,可以算出上升时间；关闭光源开关时, 在示波器上有一个下降沿,可以算出下降时间。
1）将探测器和电阻串联在电路中，X-Y记录仪作为恒压源，以示波器测量探测器两端的电压；
2）打开仪器开关，恒压源提供恒定电压；
3）打开光源开关，测试探测器的上升时间，记录并保存数据；
4）待曲线稳定后，关闭光源开关，测试探测器的下降时间，记录并保存数据；
5）测试结束，关闭电源。
6．实验报告要求
1）根据测试结果，绘出光电导探测器样品的I-V特性曲线并计算2V电压下的光电流值。
2）根据探测器的响应时间曲线计算光电导探测器样品的时间常数。
7.思考题
1）实验中的光电导探测器有哪些工作特性？
2）为什么光电导探测器响应时间较长？。