半导体特性分析实验
《半导体器件》mos输出特性测试适实验
《半导体器件》mos输出特性测试适实验
一、实验目的
1.通过实验对mos管输出特性深入了解。
2.知道如何绘制mos管输出特性曲线。
二、实验仪器设备
1.一台计算机
2.测试设备：Agilent4155C阻抗分析仪
3.一个SD214n型增强型MOS管
三、测试参数设置
1.我们先讲器件选择为cmos，曲线选择输出特性曲线，按照图中将参数设置好。
2.得出mos管的输出特性曲线
四、器件测试结果
Mos管输出特性曲线
五、结果分析
1.Mos管萨之唐方程：
这是线性工作区的直流线性方程，当Vds很小时，Ids与Vds呈线性关系。
Vds稍大时，Ids上升变慢，特性曲线弯曲。
半导体热电特性综合实验报告
半导体热电特性综合实验报告半导体热电特性综合实验报告引言：热电效应是指材料在温度梯度下产生电势差的现象，是热与电之间的耦合效应。
半导体材料由于其特殊的电子结构和导电机制，具有较高的热电效应，因此在能源转换和热管理领域具有广泛的应用前景。
本实验旨在通过测量和分析半导体材料的热电特性，深入了解其基本原理和性能。
实验一：热电效应测量在本实验中，我们选择了常见的半导体材料硅和锗作为研究对象，通过热电效应测量装置，测量了它们在不同温度梯度下的热电压输出。
实验过程中，我们将样品加热至一定温度，然后通过热电偶将样品的温度差转化为电压信号。
实验结果表明，硅和锗的热电压随温度梯度的增加而增加，且两者的热电压符号相反，符合热电效应的基本规律。
实验二：材料选择与优化在实际应用中，选择合适的半导体材料对于实现高效能源转换至关重要。
本实验通过对不同材料的热电性能测量和分析，评估了它们的热电特性和适用范围。
实验结果显示，不同材料的热电性能存在明显差异，例如锗具有较高的热电效应系数，但导热性能较差；而硅的热电效应系数较低，但具有较好的导热性能。
因此，在实际应用中需要综合考虑材料的热电性能和导热性能，选择合适的材料以达到最佳的能量转换效率。
实验三：热电材料的应用半导体热电材料在能源转换和热管理领域具有广泛的应用前景。
本实验通过设计和制备热电模块，将热电材料应用于实际设备中，探索其在能源转换中的潜力。
实验结果显示，通过合理设计和优化热电模块的结构和参数，可以实现较高的能量转换效率。
热电材料的应用不仅可以将废热转化为电能，提高能源利用效率，还可以用于温度传感器、热电制冷等领域，具有重要的应用价值。
结论：通过本次实验，我们深入了解了半导体材料的热电特性和应用。
热电效应的测量和分析为我们提供了评估材料性能和选择合适材料的依据。
热电材料的应用在能源转换和热管理领域具有重要的意义，可以提高能源利用效率和降低能源消耗。
未来的研究方向包括进一步优化热电材料的性能和结构设计，提高能量转换效率，推动热电技术的发展和应用。
mosfet的实验报告
mosfet的实验报告《实验报告：探索mosfet的特性与应用》摘要：本实验报告旨在探索mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管）的特性和应用。
通过实验，我们对mosfet的工作原理、特性曲线以及在电子电路中的应用进行了深入研究。
实验结果表明，mosfet作为一种重要的半导体器件，在放大、开关和调节等方面具有重要的应用价值。
引言：mosfet是一种常见的半导体器件，其在电子电路中具有重要的应用价值。
本实验旨在通过实际操作，深入了解mosfet的特性和应用，为进一步的学习和研究打下基础。
实验一：mosfet的基本特性在本实验中，我们首先搭建了一个简单的mosfet电路，通过测量电压和电流的变化，绘制了mosfet的特性曲线。
实验结果显示，mosfet的特性曲线呈现出明显的非线性特性，且具有一定的开启电压和饱和电流。
通过分析特性曲线，我们对mosfet的工作原理有了更深入的理解。
实验二：mosfet在放大电路中的应用在本实验中，我们将mosfet应用于放大电路中，通过调节mosfet的工作点，实现了对输入信号的放大。
实验结果表明，mosfet在放大电路中具有良好的线性特性，能够有效地放大输入信号，为电子设备的放大功能提供了重要支持。
实验三：mosfet在开关电路中的应用在本实验中，我们将mosfet应用于开关电路中，通过控制mosfet的导通和截止，实现了对电路的开关功能。
实验结果表明，mosfet在开关电路中具有快速响应的特性，能够实现高效的开关控制，为电子设备的开关功能提供了重要支持。
结论：通过本次实验，我们深入了解了mosfet的特性和应用。
mosfet作为一种重要的半导体器件，在放大、开关和调节等方面具有重要的应用价值。
我们相信，通过不断的学习和研究，mosfet将会在电子领域发挥更加重要的作用。
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：2010033040008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V H 表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场E y 。
实验表明，在弱磁场下，E y 同J （电流密度）和B 成正比E y =R H JB（1）式中R H 为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，R H 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0pq1R H >=（2） 式中q 为电子电量。
对电子浓度为n 的N 型样品0nq1R H <-=（3）当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为nq 1R pq 1R nH H p H H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ=（4）式中μH 为霍尔迁移率。
半导体热电特性实验报告
半导体热电特性实验报告半导体热电特性实验报告一、实验目的1.掌握半导体热电特性的基本原理和实验方法；2.分析不同类型半导体的热电性能差异；3.通过实验数据比较理论模型，提高对半导体热电特性的理解。
二、实验原理热电效应是指热能与电能之间的相互转换。
在半导体中，热电效应主要表现为Seebeck效应和Peltier效应。
1.Seebeck效应：在存在温度梯度的半导体两端之间会产生电动势，这种现象称为Seebeck效应。
电动势的大小与温度梯度和半导体的类型有关。
2.Peltier效应：当电流通过存在温度梯度的半导体时，热量会从低温端转移到高温端，这种现象称为Peltier效应。
热量转移量与电流和半导体的类型有关。
三、实验步骤1.准备实验器材：半导体材料（如硅、锗等）、加热器、温度传感器、电源、电阻等；2.搭建实验电路：将半导体材料连接成电桥电路，一端加热，另一端测量温度；3.加热与测量：开启加热器，将加热器的温度设为预定值，等待一段时间使半导体两端达到稳定温度；4.测量电动势：记录加热器两端的电动势；5.改变加热器温度，重复步骤3和4；6.数据处理与分析：根据实验数据计算半导体的热电系数、热电优值等。
四、实验结果与分析1.实验数据记录：2.数据处理：根据实验数据计算热电系数与热电优值。
热电系数是电动势与温度差的比值，表示单位温度差所产生的电动势。
热电优值是热电系数的平方与电阻的乘积，表示单位电阻所产生的热流量。
3.结果分析：比较不同类型半导体的热电系数和热电优值，可以发现不同类型半导体的热电性能存在差异。
例如，硅的热电系数为负值，而锗的热电系数为正值。
这说明在相同条件下，锗能将更多的热能转化为电能，而硅则能将更多的电能转化为热能。
此外，对于同一种半导体，随着温度的升高，热电系数和热电优值都会减小。
这可能是因为随着温度的升高，晶格振动加剧，导致载流子迁移率降低和电阻增加。
五、结论通过本次实验，我们深入了解了半导体热电特性的基本原理和实验方法。
半导体热电特性综合实验（参考讲义）
半导体热电特性综合实验(参考讲义)热电特性是材料的物理性质中的一个重要方面。
本实验学习测量半导体材料热电综合特性的实验方法及其实验装置，研究了不同材料的热电特性，并学习智能化的综合测量和数据处理方法。
本实验所用方法可用于生产实践，比如家用电器的温度测量与控制、车用半导体冰箱、航天器上的温差发电等方面。
本实验体现了在一个实际的工程应用中，电学、半导体物理和热学知识的综合作用。
1．实验目的了解半导体热敏电阻、pn 结的电输运的微观机制及其与温度的关系；了解半导体制冷电堆制冷的原理；了解半导体热电偶的测温原理；了解计算机实时采集、处理实验数据；测量半导体热敏电阻的电压-温度曲线；测量半导体pn 结的电压-温度曲线；测量制冷电堆的制冷系数和导热系数（或制冷半导体的塞贝克系数）；掌握直接或间接用最小二乘法做一元线性回归，拟合得到热敏电阻的温度系数（热敏指数）和pn 结的禁带宽度。
2．实验原理：2.1．半导体材料的热电特性最为显著，因此，也最常用作温度传感器。
一般而言，在较大的温度范围内，半导体都具有负的电阻温度系数。
半导体的导电机制比较复杂，起电输运作用的载流子为电子或空穴。
载流子的浓度受温度的影响很大，因此半导体的电阻率受温度影响也很大。
随着温度的升高，热激发的载流子数量增加，导致电阻率减小，因此呈现负的温度系数的关系。
但是实际应用的半导体往往通过搀杂工艺来提高半导体的性质，这些杂质原子的激发，同样对半导体的电输运性能产生很大的影响。
同时在半导体中还存在晶格散射、电离杂质散射等多种散射机制存在，因此半导体具有非常复杂的电阻温度关系，往往不能用一些简单的函数概括，但在某些温度区间，其电阻温度关系可以用经验公式来概括，如本实验中用的半导体热敏电阻，它的阻值与温度关系近似满足下式：)11(00T T B e R R −= （1）式中为时的电阻（初值），0R 0T R 是温度为 T 时的电阻，T 为绝对温度，B 为温度系数（热敏指数）。
半导体热敏电阻特性研究实验报告
半导体热敏电阻特性研究实验报告《半导体热敏电阻特性研究实验报告》摘要：本实验旨在研究半导体热敏电阻的特性，通过实验测量不同温度下热敏电阻的电阻值，并分析其特性曲线。
实验结果表明，半导体热敏电阻的电阻值随温度的变化呈现出指数关系，具有良好的温度敏感性。
1. 引言半导体热敏电阻是一种温度敏感的电阻器件，其电阻值随温度的变化而变化。
在实际应用中，半导体热敏电阻常用于温度测量、温度补偿和温度控制等领域。
因此，研究半导体热敏电阻的特性对于提高其应用性能具有重要意义。
2. 实验目的通过实验测量不同温度下热敏电阻的电阻值，并绘制电阻-温度特性曲线，分析半导体热敏电阻的特性。
3. 实验原理半导体热敏电阻的电阻值与温度的关系可用指数函数表示：R = R0 * exp(B*(1/T-1/T0))其中，R为电阻值，R0为标定温度下的电阻值，B为常数，T为温度，T0为标定温度。
4. 实验装置和方法实验装置包括半导体热敏电阻、温度控制装置、数字万用表等。
首先将半导体热敏电阻与数字万用表连接，然后通过温度控制装置控制热敏电阻所处的温度，测量不同温度下热敏电阻的电阻值。
5. 实验结果与分析通过实验测量得到不同温度下热敏电阻的电阻值，并绘制电阻-温度特性曲线。
实验结果表明，半导体热敏电阻的电阻值随温度的升高而减小，且呈现出指数关系。
这说明半导体热敏电阻具有良好的温度敏感性，适用于温度测量和控制。
6. 结论通过本实验，我们研究了半导体热敏电阻的特性，得出了其电阻值与温度呈指数关系的结论。
这为半导体热敏电阻在温度测量和控制领域的应用提供了重要的参考。
综上所述，本实验为研究半导体热敏电阻的特性提供了重要的实验数据和分析结果，对于深入理解半导体热敏电阻的工作原理和应用具有重要意义。
半导体材料的特性实验报告
半导体材料的特性实验报告实验目的：通过对半导体材料进行一系列实验，研究其特性，探索其在电子器件中的潜在应用。
实验材料：1. 硅(Si)片2. 砷化镓(GaAs)片3. 导线4. 电流表5. 电压表6. 热电偶7. 镭射光源8. 实验台实验步骤：实验一：半导体材料的禁带宽度测量1. 将硅片和砷化镓片分别放在实验台上，并连接相应的电路。
2. 打开实验台上的镭射光源，照射到半导体材料上。
3. 通过电压表和电流表测量半导体材料的电流-电压特性曲线，并记录相关数据。
实验二：半导体材料的载流子浓度测量1. 将硅片和砷化镓片置于恒温环境中，并使用热电偶测量温度。
2. 通过电子注入或光照的方式，在半导体材料中产生载流子，并记录相应的电流值。
3. 根据已知的电流-电压特性曲线和温度，计算出载流子的浓度。
实验三：半导体材料的电子迁移率测量1. 将硅片和砷化镓片连接到电流表和电压表，并设置一定的电压。
2. 通过电流值和电压值，计算出半导体材料中的电子迁移率。
实验结果与讨论：实验一：半导体材料的禁带宽度测量结果表明，硅片的禁带宽度为0.7 eV，而砷化镓片的禁带宽度为1.4 eV。
这说明砷化镓具有较高的导电性能，适用于高频高功率电子器件的制造。
实验二：半导体材料的载流子浓度测量结果显示，在相同的条件下，硅片的载流子浓度更低，而砷化镓片的载流子浓度较高。
这与其禁带宽度的差异相符，说明载流子浓度与禁带宽度有一定的关联。
实验三：半导体材料的电子迁移率测量结果表明，硅片的电子迁移率约为1400 cm^2/Vs，而砷化镓片的电子迁移率约为8000 cm^2/Vs。
这说明砷化镓具有较高的电子迁移率，适用于高速电子器件的制造。
实验结论：通过对半导体材料进行多个实验，我们得到了关于硅片和砷化镓片的禁带宽度、载流子浓度和电子迁移率等特性的数据。
这些实验结果为我们进一步探索半导体材料在电子器件中的应用提供了基础。
在未来的研究中，我们可以通过调控半导体材料的特性，以实现更高效、更先进的电子器件的发展。
pn结特性实验报告
pn结特性实验报告PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型和N型两种半导体材料组成。
通过合理的掺杂工艺，P型材料中掺入三价掺杂剂，N型材料中掺入五价掺杂剂，使得PN结具有独特的电学特性和器件功能。
而本次实验旨在研究PN结的特性，并通过实验数据验证PN结的一些基本特性。
实验步骤如下：1. 准备实验器材与元件：我们需要准备的实验器材包括电流源、电压源、台式电压表、数字万用表和示波器等。
而元件方面，可选择硅（Si）或锗（Ge）为半导体材料，并分别制备P型和N型材料单晶体。
2. 制备PN结：首先，将P型和N型材料片分别放入刻有浅浩深度的腐蚀液中进行腐蚀，以去除表面的氧化层。
然后，分别用净化液进行洗涤，使片面维持清洁无杂质状态。
接下来，将两片材料通过高温扩散或涂覆方式粘接在一起，形成PN结结构。
3. 测量I-V特性曲线：使用电流源和电压源连接到PN结，依次改变电流和电压的大小，测量不同电压下的电流值。
将实验得到的I-V数据记录下来，并绘制出I-V特性曲线。
4. 测量C-V特性曲线：切换到电容模式，依然使用电压源和电流源连接到PN结，逐渐增加电压的大小，并测量得到不同电压下的电容值。
将实验得到的C-V数据记录下来，并绘制出C-V特性曲线。
实验结果与数据分析：从实验数据可以得知，PN结的I-V特性曲线通常呈现出非线性的特点。
在低于开启电压的情况下，PN结的电流非常微弱，近似于零电流。
一旦开启电压达到一定阈值，PN结将出现快速增加的电流。
而在反向电压下，PN结的电流保持较小的值。
通过对I-V曲线的分析，我们可以得知PN结的整流特性。
具体来说，当PN结正向偏置时，导通电流会迅速增加，这意味着PN结可以作为半导体整流器件使用。
而反向偏置时，可以发现PN结具有一定的阻断能力，可作为保护电路使用。
同时，C-V曲线也能提供有关PN结的一些信息。
当电压的振幅增加时，PN结的电容值将增大。
这是因为在高反向电压下，空穴和电子会被强烈地吸引到PN结中，从而增加了电容。
实验四金属_半导体接触特性分析
实验四 金属/半导体接触特性分析实验名称：金属/半导体接触特性分析实验项目性质： 综合训练所涉及课程：半导体物理，微电子器件物理，半导体材料，微电子器件工艺 计划学时：3学时一、实验目的1. 加深对金属/半导体接触的表面势垒的认识；2. 掌握整流接触和欧姆接触的特性；3. 学会分析金属/半导体接触是整流接触还是欧姆接触。
二、实验原理金属-半导体接触在所有的固态器件中都起着非常重要的作用。
处于欧姆接触形式的金属-半导体接触是半导体和外界连接的关键，而整流接触在许多器件结构中都有应用，并且它自身就是一个重要的器件-肖特基二极管。
1．金属和半导体的接触势垒真空能级E 0:电子完全脱离材料本身的束缚所需的最小能量功函数：从费米能级到真空能级的能量电子亲和势：真空能级到价带底的能量差金属的功函数： FM M E E -=0φ 半导体的亲和势：表面）（C E E -=0χ 半导体的功函数：平带）（F C S E E -+=χφ 如下图所示图1 金属和半导体的能带图不同金属具有不同功函数，φM的数值范围可以从 3.66eV(镁) 到5.15eV(镍)，例如，铝的功函数4.32eV, 钛的功函数3.98eV, 钽的功函数4.10eV。
对于一定的半导体材料亲和势χ是一个恒定的基本参数，Si, Ge, GaAs的亲和势分别为4.03eV, 4.0eV, 4.07eV, 但半导体的功函数随掺杂浓度的不同而改变.金属和半导体接触后形成的表面势垒的情况可以概括如下：φM>φSφM<φS（a）整流接触 (b) 欧姆接触图2 金属和n型半导体之间理想的MS接触能带图φM <φSφM>φS（a）整流接触 (b) 欧姆接触图3 金属和p型半导体之间理想的MS接触能带图2．外加电压对两种MS结构的影响以金属与n型半导体的接触为例分析。
金属一边的势垒不随外加电压而变，半导体一边，加正偏，势垒降低，反偏势垒变高。
半导体材料光电特性实验分析
半导体材料光电特性实验分析随着科学技术的发展，半导体材料在电子行业中发挥着重要的作用。
半导体材料的光电特性（具有光电效应的材料特性）是其性能和应用的关键因素之一。
本文将通过对半导体材料光电特性实验分析，探讨半导体材料在光电器件中的应用和研究进展。
首先，光电效应是半导体材料的关键特性之一。
在半导体光电器件中，光电效应是将光能转化为电能的基础。
常见的光电效应有光电导、内光电效应等。
在光电导实验中，我们可以通过将光线照射在半导体材料上，观察电流的变化来研究半导体材料的光电导特性。
内光电效应则利用光照射在半导体材料内部，产生光生载流子，从而改变材料的电导率。
其次，通过实验分析半导体材料的光电特性，我们能够了解其在光电器件中的应用。
例如，半导体光电传感器是一种应用了半导体材料光电特性的设备，能够将光信号转化为电信号。
这种传感器常用于光电测量、光通信等领域。
另外，太阳能电池也是一种光电器件，通过利用半导体材料的光电特性，将太阳光转化为电能，实现可再生能源的利用。
实验分析半导体材料的光电特性，有助于深入了解这些光电器件的工作原理和性能优化。
在实验分析半导体材料的光电特性时，我们可以采用一系列的实验方法和工具。
例如，在光电导实验中，我们可以使用光源和光探测器，通过控制光源的强度和波长，以及测量光探测器的输出电流来得到半导体材料的光电导特性。
通过改变光源的强度，我们可以研究光电流与光照强度之间的关系；通过改变光源的波长，我们可以研究光电流与光照波长之间的关系。
类似地，在研究半导体材料的内光电效应时，我们可以通过改变光照射强度和波长，以及测量电导率的变化来分析实验结果。
值得注意的是，半导体材料的光电特性受多种因素的影响。
首先是半导体材料本身的特性，如能带结构、载流子迁移率等。
不同的半导体材料具有不同的能带结构和载流子迁移率，因此其光电特性也会有所不同。
此外，材料的掺杂浓度和杂质含量也会影响光电特性。
实验分析时，我们可以对不同类型和掺杂浓度的半导体材料进行比较，研究其光电特性的差异和变化规律。
半导体热电特性实验报告
半导体热电特性实验报告摘要：本实验通过测量半导体材料的热电势和电阻，研究了其热电特性。
实验结果表明，随着温度的变化，半导体材料的热电势和电阻发生了明显的变化。
实验中还设计并建立了一个半导体热电特性测量电路，使用PID控制方法保持温度恒定，并采用示波器和万用表等仪器设备进行测量与分析。
通过本实验的学习，加深了对半导体材料热电特性的理解，为半导体材料的应用提供了一定的参考价值。
关键词：半导体；热电势；电阻；PID控制；测量1.引言半导体材料因其特殊的电学性质和热学性质广泛应用于电子器件、温度传感器等领域。
热电相互作用是指材料在温差作用下产生的电势差，其大小与材料的热电常数有关。
本实验旨在通过测量半导体材料的热电势和电阻，研究和了解其热电特性。
2.实验原理2.1热电效应当半导体材料的两个端口存在温度差时，会产生一个由热能转换为电能的电势差，即热电势。
半导体材料的热电效应有三种类型：Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
其中，Seebeck效应是最常见和最重要的一种效应。
2.2 Seebeck效应Seebeck效应是指当两个不同温度的导体连接成闭合电路时，在温度差作用下会产生一个自感应电动势。
该电动势与温差成正比，与导体的热电常数和材料特性有关。
3.实验设计实验中我们设计并建立了一个半导体热电特性测量电路。
该电路包括一个PID控制器、一个恒温箱，一个半导体样品和一对测量电极。
PID控制器通过反馈控制的方式保持温度的恒定。
4.实验步骤4.1检查仪器设备是否正常工作。
4.2将半导体样品连接到电路中，注意电极的正确接触。
4.3将半导体样品放入恒温箱中，并设置所需的温度。
4.4开始测量热电势和电阻。
通过示波器和万用表等仪器设备记录测量数据。
4.5将温度逐渐提高，重复步骤4.4，直至达到所需温度范围。
5.实验结果与分析通过实验测量数据，并进行相关分析，得出如下结论：5.1热电势随温度的变化呈现出一定的规律性。
6.2半导体器件特性的测量与分析
实验6.2半导体器件特性的测量与分析【摘要】这次实验主要是为了熟悉了解双极、场效应晶体管，发光、光敏二极管等半导体单元器件的基本原理、特性和主要参数。
同时学会使用“半导体管特性图示仪”测量各类半导体器件的特性曲线和直流参数。
了解“微机半导体器件特性测试仪”的优越性，并学会使用。
【引言】近几十年来，半导体材料和器件的发展很快。
半导体器件的种类很多，典型的放大器件有双极型晶体管和场效应晶体管，部分光电子器件的工作原理在先行课程中已有介绍。
近年来，半导体光电子器件的发展和应用更为迅速，它们的基本原理在本实验的附录中作了介绍。
了解这些器件的工作原理及掌握其主要参数的测量有重要的实用价值。
半导体器件主要参数的测量仪器有“半导体管特性图示仪”，本实验的目的是让学生了解并学会使用这些仪器，通过几种典型半导体管的测量，对半导体双极、场效应晶体管，发光、光敏二极管等单元器件工作原理及特性参数有进一步了解。
【关键词】半导体特性晶体管【正文】一、实验仪器1、“半导体管特性图示仪”是一种用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，并可测量其重要参数的测试仪器。
电路结构：该仪器主要由阶梯信号发生器、集电极扫描电压、X轴和Y轴放大器、二簇电子开关、低压电源、高频高压电源及示波器控制电路等部分组成。
电路原理框图见图6.2-1。
该仪器最主要的电路是提供一个50Hz市电经全波整流后成为100Hz正弦波的集电极扫描电压和一个提供给基极的阶梯波电压（或电流），见图6.2-2。
2、“微机半导体器件特性测试仪”性能简介和使用说明微机半导体器件特性测试仪，是传统的半导体特性图示仪的升级替代产品。
全新的数字化设计，使得测量系统工作更为稳定、控制更加可靠；用计算机屏幕替代示波管显示器件的特性曲线，使得显示质量大为改善，并且方便器件性能比较；软件主导测量系统，不仅使测量的数据能够更方便地进行交换，而且可以对数据和图形进行诸如保存、输出等一系列的处理。
《半导体光电子学》PN结特性的研究实验
《半导体光电子学》PN结特性的研究实验一、实验目的及内容（10分）实验目的：1.学习与熟悉Sentaurous软件2.了解PN结的基本结构3.理解PN结IV特性实验内容：1.安装与学习Sentaurous软件2.基于Tcad软件建立PN结结构模型3.PN结IV特性的仿真曲线4.N区掺杂浓度与厚度对PN结特性的影响5.PN结IV特性曲线二、实验原理（20分）p-n结：把一块p型半导体和一块n型半导体结合在一起，在二者的交界面处就形成了所谓的p-n结。
突变结：在交界面处，杂质浓度由NA（p型）突变为ND（n型），具有这种杂质分布的p-n 结称为突变结。
缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结。
p-n结的形成过程 :当本征半导体的两边分别掺杂不同类型的杂质时，由于浓度差的作用，n区的多数载流子电子和p区的多数载流子空穴分别向p区和n 区扩散。
这样在p区和n区的分界面附近，n区由于电子扩散到p区而留下不能移动的正离子，p区由于空穴扩散到n区而留下不能移动的负离子。
这些不能移动的正负离子在分界面附近形成一个电场E0，称为内置电场。
内置电场的方向是从n区指向p区，阻碍着电子和空穴的扩散，它使n区的少数载流子空穴和p区的少数载流子电子分别向p区和n区作漂移运动，三、实验过程及结果（60分）1、建立project及仿真过程参数设置：建立肖特基结模型：2、仿真条件及对应的仿真结果（1）五组不同N区掺杂浓度下PN结的特性曲线：较高的N区掺杂浓度可以降低开启电压、降低正向电阻、增加导通电流和饱和电流。
而较低的N区掺杂浓度则会有相反的效果。
（2）五组不同N区厚度下PN结的反向特性曲线：当N区厚度减小时，PN结的峰值反向电压会增加，反向电流会增加，反向电容会减小，反向击穿电压会减小。
（3）选取合适的N区掺杂浓度与厚度，给出PN结IV特性曲线pn结的正向导通伏安特性曲线与反向截止伏安特性曲线分别包含了各曲线类型的特点。
半导体的电压特性分析
半导体的电压特性分析在现代科技的舞台上，半导体无疑是一颗璀璨的明星。
从我们日常使用的智能手机、电脑，到各种先进的医疗设备、交通工具，半导体都在其中发挥着至关重要的作用。
而半导体的电压特性，更是理解其工作原理和性能的关键所在。
要深入探究半导体的电压特性，首先得了解什么是半导体。
半导体，顾名思义，其导电性能介于导体和绝缘体之间。
常见的半导体材料如硅、锗等，它们的原子结构和电子分布特点决定了其独特的电学性质。
当我们给半导体施加电压时，会引发一系列有趣的现象。
在半导体中，存在着两种主要的载流子：电子和空穴。
电子带负电，空穴则可以看作是带正电的“虚拟粒子”。
在没有外加电压的情况下，电子和空穴的运动是无序的，不会形成电流。
但一旦施加电压，情况就大不相同了。
对于 N 型半导体，其中多数载流子是电子。
当在其两端加上正向电压时，电子会在电场的作用下向正极移动，从而形成电流。
而且，随着电压的增加，电流也会相应增大。
然而，这种增大并不是无限制的。
当电压达到一定值后，电流的增长速度会逐渐放缓，这是因为半导体内部的电阻等因素开始起作用，限制了电流的进一步增大。
与之相对的是 P 型半导体，其多数载流子是空穴。
在正向电压的作用下，空穴向负极移动，也能产生电流。
半导体的电压特性还表现在其反向电压下的行为。
当对半导体施加反向电压时，一开始只有极小的反向电流通过。
这是因为少数载流子在反向电场的作用下移动所导致的。
但当反向电压增大到一定程度时，会发生反向击穿现象。
此时，反向电流急剧增大，可能会导致半导体器件的损坏。
半导体的电压特性在实际应用中具有重要意义。
以二极管为例，它就是利用半导体的单向导电性来实现整流功能的。
当正向偏置时，二极管导通，电流可以顺利通过；而反向偏置时，二极管截止，几乎没有电流通过。
这种特性使得二极管在电源电路中得到了广泛的应用。
再比如晶体管，它是现代电子电路中的核心元件之一。
通过控制基极与发射极之间的电压，可以调节集电极与发射极之间的电流，从而实现信号放大、开关等功能。
半导体的电流特性分析
半导体的电流特性分析在现代科技的舞台上，半导体无疑是一位耀眼的明星。
从智能手机到超级计算机，从新能源汽车到航空航天，半导体的身影无处不在。
而理解半导体的电流特性，对于深入掌握其工作原理和应用至关重要。
要探究半导体的电流特性，首先得搞清楚什么是半导体。
半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗等。
与导体相比，半导体中的自由电子数量相对较少；而相较于绝缘体，半导体在一定条件下又能允许电流通过。
半导体的电流特性主要包括电导特性和电流电压特性。
电导特性反映了半导体材料传导电流的能力。
半导体的电导并非恒定不变，而是会受到多种因素的影响。
其中，温度就是一个关键因素。
一般来说，随着温度的升高，半导体的电导会增大。
这是因为温度升高会提供更多的能量，使更多的电子能够跃迁至导带，从而参与导电。
再来看看半导体的电流电压特性。
这一特性对于半导体器件的设计和应用具有重要意义。
以二极管为例，当给二极管施加正向电压时，电流会迅速增加；而当施加反向电压时，只有极小的反向饱和电流流过，直到反向电压达到一定值时，二极管会被击穿，电流急剧增大。
在半导体中，还有一种重要的电流现象——漂移电流和扩散电流。
漂移电流是指在电场作用下，载流子（如电子和空穴）的定向移动所形成的电流。
而扩散电流则是由于载流子的浓度差导致的载流子扩散运动所产生的电流。
半导体的电流特性还与杂质的掺入密切相关。
通过向纯净的半导体中掺入特定的杂质，可以改变其导电性能。
例如，掺入施主杂质可以形成 N 型半导体，增加电子浓度；掺入受主杂质则形成 P 型半导体，增加空穴浓度。
这种通过杂质掺入来控制半导体导电性能的方法，为制造各种半导体器件提供了基础。
在实际应用中，半导体的电流特性被广泛用于制造各种电子器件。
比如晶体管，它是现代集成电路的基本组成单元。
晶体管的工作原理就依赖于对半导体电流特性的精确控制。
通过控制基极电流，可以调节集电极和发射极之间的电流，从而实现信号放大和开关等功能。
半导体pn结的物理特性及弱电流测量实验
半导体pn结的物理特性及弱电流测量实验半导体pn结是常见的半导体器件之一，由p型半导体和n型半导体构成。
与其它半导体器件相比，它有很多特殊的物理特性。
首先，当p型半导体和n型半导体结合时，两种材料的掺杂离子会互相扩散，导致接触面区域形成一个空间电荷区。
这个区域中没有载流子，因此是不导电的。
在pn结正侧和负侧形成了电位差，负侧形成了减小电位相对于正侧，就形成了内建电场。
这个电场会阻止载流子（即电荷）通过pn结。
当向pn结外加电压时，如果外加电压与内建电场方向相反，则内部电场减弱，载流子的移动就更容易了，流动性能增强；反之外部电场增强内部电场，丝毫不利指导电流的流动，参极熑阻挡作用，这就是pn结的整流特性，即所谓的势垒效应。
由于pn结的势垒效应，它可以将电流的方向限制在一个方向上，使其变成单向导电，即只有在正向电压下才能导通，反向电压下是不导通的。
这个特性非常有用，例如在电子电路中可以用它来作为整流器、稳压器、放大器等器件。
此外，由于pn结的导通特性，其本身也可以被用来制造发光二极管、太阳能电池等器件。
在弱电流测量实验中，pn结也被广泛应用。
由于pn结在反向偏置时具有可靠的硬特性，可以被用来作为电流表的电压比较器，在电流表中起到非常重要的作用。
这种电压比较器又称为伏安电路，可以将电流转换成电压，测量微弱电流。
具体而言，电流I进入测量电路，经过一个电阻R后进入远端的伏安电路（即pn结），由于其反向偏置，只有微小的正向漏电流I流经伏安电路，并引起一个微小的电压降U，这个电压降就是I通过伏安电路时所产生的电势差，按照欧姆定律，U/R=I，即可转化为电流的大小。
通过这种方法，研究者可以测量非常微小的电流，比如常常需要测量光电器件、二极管、甚至可以用来研究生物体内的电流等。
总之，半导体pn结的物理特性和其在弱电流测量实验中的应用对于电子学研究和工程实践具有非常重要的意义。
半导体材料的光电特性分析
半导体材料的光电特性分析随着科技的不断进步，半导体材料在现代电子技术中的应用越来越广泛。
半导体材料的光电特性分析成为了研究和开发新型器件和材料的重要一环。
本文将围绕半导体材料的光电特性，从材料的能带结构、电子能级、吸收和发射光谱等方面进行探讨。
半导体材料的光电特性与其能带结构密切相关。
在半导体中，存在着价带和导带两个主要能带。
价带中电子能级较低，且填满电子的可能性较高；而导带中电子能级较高，处于导电状态的电子较多。
这两个能带之间的能隙称为禁带宽度。
半导体的电子能级分布对材料的光电性能产生重要影响。
半导体材料的光电特性分析中，吸收光谱是一个重要的参数。
吸收光谱可以描述材料对不同波长光的吸收情况，通过分析吸收光谱可以了解半导体材料在不同波长光照射下的表现。
在可见光范围内，半导体材料对光的吸收与其能带结构中的能隙相关。
材料的吸收光谱通常呈现出吸收峰，吸收峰的位置对应着能带结构中的能隙。
除了吸收光谱，发射光谱也是分析半导体材料光电特性的重要手段。
发射光谱可以考察材料在受到激发后释放出的光的特性。
在半导体材料中，当电子从导带跃迁到价带时，会产生光。
这种光的特性对应了材料的能带结构中的能隙。
通过分析发射光谱，可以研究半导体材料的能带结构和载流子的行为。
光电特性分析还可以通过测量材料的电导率来实现。
半导体材料的电导率与其载流子浓度和移动性相关。
当光照射到材料表面时，可以通过光电导效应改变材料的电导率。
这种现象被广泛应用于光电器件中，如光电二极管和光电传感器。
通过测量材料的电导率可以得到关于载流子浓度和移动性的重要信息。
另外，光学参数也在光电特性分析中起到关键作用。
例如，折射率和透射率是描述材料对光的传播和折射情况的重要参数。
通过测量材料的折射率和透射率，可以研究材料的光学特性和介电性质。
这种信息对于光学器件设计和材料选择具有指导意义。
总之，半导体材料的光电特性分析对于研究和发展新型器件和材料具有重要意义。
通过从能带结构、电子能级、吸收和发射光谱、电导率以及光学参数等方面进行分析，可以深入了解材料的光电特性。
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半导体特性分析实验（PN结I-V特性测试）
在微电子和固态电子学领域，半导体PN结几乎是构成一切有源器件以及像二极管一些无源器件的最基本单元。
本实验的目的是了解PN结的基本I-V特性，包括有非线性、整流性质，学习曲线拟合方法，求出波尔兹曼常数。
一、实验目的
了解PN结的基本特性，掌握PN结的伏安特性，学习曲线拟合方法，求出波尔兹曼常数。
二、实验内容
测试未封装PN结的I-V特性曲线，进行曲线拟合，求出波尔兹曼常数。
三、仪器设备
4200-SCS半导体特性测试系统，二极管，探针台
四、实验原理
1、PN结的伏安特性
在半导体材料中，P型区域与N型区域的交界处附近会形成一个特殊的区域，这个区域叫PN结。
PN结是半导体器件的核心，检测半导体器件实际上就是通过外部引脚测量内部PN结。
PN结具有三个重要参数：单向导电；正向导通压降；反向击穿电压，它们是判断PN结好坏、识别无标识的半导体器件类型和各引脚电极的主要依据。
二极管就是一个单独封装的PN结。
在未封装前检测PN结，进行实时监控，可以更及时迅速发现质量问题，减少浪费。
单向导电：当给PN结施加正向电压时，即正极（连接到P区）接正、负极接负（联结到N区）接负。
PN结呈现为导通状态，有正向电流流过，并且该电流将随着正向电压的增加，急剧增大。
当给PN结施加相反的电压时，二极管呈现为截止状态，只有少量的穿透电流I BO（µA级以下）流过。
正向导通压降：PN结上加上正向电压导通后，会保持一个相对固定的端电压VF，VF称为“正向导通压降”，其数值依选用的半导体基材不同而有别，锗半导体约为0.3V；硅半导体约为0.7V。
反向击穿电压：当给PN 结施加的反向电压值达到其所能承受的极限值（反向击穿电压VZ ，大小因不同的PN 结有别）时，二极管呈现为导通状态，且在允许的反向电流范围内，其端电压会基本保持为VZ ，即PN 结反向击穿后具有“稳压特性”。
这些参数都可以在伏安特性曲线也就是PN 结的I-V 特性曲线上可以得到。
在直角坐标系中，如果以PN 结的端电压V 为横坐标，电流I 为纵坐标，得到一条曲线，该曲线就被称为PN 结的伏安特性曲线，见图1。
从图中可以看到，在给二极管加上的正向电压数值必须大于Vr 时才可以导通，Vr 称为死区电压。
图 1
2、由PN 结的伏安特性拟合波尔兹曼常数
从固体理论可知，理想的PN 结的正向电流-电压关系满足下式
1T k eU exp [I I B 0−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝⎛= （1） 其中，I 是通过PN 结的正向电流，I 0是反向饱和电流（与半导体的性质和掺杂有关），U 是加在PN 结上的正向电压，T 为绝对温度，k B 为波尔兹曼常数，e 为基本电荷。
常温下，38T k /e B ≈，()1T k /eU exp B >>，则（1）式可以近似写成
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝⎛=T k eU exp I I B 0 （2） 在常温下，PN 结的正向电流随正向电压按e 指数规律变化。
测量得到了PN 结的伏安特性以及温度T 后，可以利用基本电荷值，求得波尔兹曼常数k B 。
将式
（2）两边取对数，即可得到
T
k eU lnI lnI B 0+= （3） 分别以U 和lnI 为变量，作线性最小二乘法拟合，得到e/k B T ，可以得到k B 。
但是在实验中，往往得不到好的结果，因为（1）存在耗尽层电流其值正比于()T k 2/eU exp B ；（2）存在表面电流，其值正比于()T k /eU exp B m ，m>2。
五、实验步骤
1、打开各种仪器的电源，预热10分钟。
2、启动4200-SCS 半导体特性测试系统。
3、打开PN 结I-V 测试程序。
4、设定两个端口分别为“SMU1”和“SMU2”。
5、设置测试电压范围。
6、进行I-V 特性测试。
7、进行图表分析、文件存档。
六、思考题
为了更精确的拟合波尔兹曼常数kB ，应该如何对实验进行改进？
七、参考资料
[1] 半导体特性测试仪使用说明书
[2] 刘恩科，半导体物理学，上海科学技术出版社，P．397，1984.
[3] 陆申龙等，半导体PN 结I-V 关系曲线拟合以及e/k B 的测定。
物理实验 （1），1992.
七、实验仪器
1、Keithley 4200SCS 半导体参数测试系统介绍
美国吉时利仪器公司(KeithleyInstruments,Inc.)在设计生产高精度精密测量仪器方面一直处于世界领先地位，尤其在极弱电学量测量仪器方面享有很高的声誉。
Keithley 公司的半导体参数测试系统为半导体器件和测试结构的直流参数分析提供了一套完整的方案。
它将测量精度和速度与高性能交互式测试环境完美结合在一起。
其目前广泛用于办导体行业也被用于单电子器件,纳米器件,MEMS 等新器件的研究.
系统IV 测量核心仪器是源测量单元（SMU ）和前置放大器（PREAMP ）。
每个SMU可以实现电压源、电压表、电流源和电流表4种功能。
SMU的最大量程为100mA（21V）、210V（10mA），大功率SMU选件可以达到1A（21V）；SMU的最小量程可以分辨到0.1pA，1µV。
SMU安装在4200-SCS的主机箱内。
4200-PA前置放大器与SMU连接在一起。
使用这一选件时，SMU可以分辨到0.1fA的极微弱电流并解决长电缆噪声问题。
系统的最小配置含2个SMU，您还可以根据需要多达8个SMU，其中允许4 个大功率SMU。
4200-SCS具有单独的接地端，所有的SMU都是完全独立的。
所有的SMU都是完全保护的四线测量结构。
该系统本身含一台计算机，内置Windows XP操作系统，并具有GPIB接口，既能够作为主控计算机，又可以作为普通的程控仪器使用。
标准配置里还包含RS-232串口、打印机并行接口、外显示器接口、以太网卡、键盘和鼠标、以及软盘驱动器和DVD 驱动器, USB接口。
该系统提供一套完整的IV&CV测试软件(KITE），在这个环境下，只须拖放鼠标，就可以轻松自如地设置测试条件，执行测试，获取参数结果及图形显示，在内嵌Excel中和图形上对参数进行分析。
KITE还允许自己编写计算公式，并提供了常数表和科学运算、曲线拟合、数组分析等多种函数。
2、4200SCS操作步骤
现以NMOS为例进行说明。
在将待测的MOSFET在探针台上放好后，就可以按照下述步骤进行测试。
(1) 打开4200SCS的电源开关，启动计算机，按Ctrl+Alt+Del登录系统，用户名为kiuser，密码为空。
(2) 双击桌面上的KITE图标，启动KITE(Keithley Interactive Test Environment)，并使用File菜单下的Open Project（见图4）载入default project （位于“C:\S4200\ kiuser\projects\default\default.kpr”）。
Project 图5：使能Project Navigation
图4 ：Open
(1) 显示Project Navigation。
正常情况下载入project后，就会显示。
如果没有显示，可在View菜单中选择Project Navigation（见图5）。
(2) 测量输出特性。
在Project Navigation中选择Default->Subsite-> 4Teminal-n-fet下的vds-id（见图6左侧），双击打开这个测试。
在“Definition”页（见图6右侧）中根据实际的探针连接以及测试电压范围；双击相应端口处的“Force Measure”按钮对测试定义进行调整。
然后单击“Graph”，使Graph页显示在最前面，在测试过程中以图形化的方式实时地显示测试结果。
最后在Project Navigation中单击绿色地“”(Run)按钮执行测试。
此时Run按钮变成灰色，4200SCS前面板上的MEASURE指示灯亮起，指示正在执行测试。
当测试完成后，Run按钮又重新变绿，前面板上的MEASURE指示灯熄灭。
图6 KITE界面。
左侧为Project Navigation，右侧为工作区（图中显示
的是Definition页，可切换到Graph页或Sheet页）
(3) 保存测试结果。
测试的数据可以作为Excel工作薄或以Tab分割的文本文件输出。
在工作区中单击Sheet页即可显示vds-id测试的数据结果。
然后单击Sheet页右上角的Save As按钮，弹出一文件保存界面，即可选择适当的文件类型和文件名保存测试数据。
测量NMOS的转移特性使用的是4Teminal-n-fet下的“vgs-id”模块，过程是一样的。
而测量PMOS时，则需要使用工具栏上的“”按钮在Subsite下添加4terminal-p-fet器件，再添加相应的测试模块。