材料与器件性能表征实验教材
材料与器件性能表征实验教材要点
第二部分材料与器件性能表征(36学时)实验要求通过完成以下九个实验，掌握半导体材料和器件性能的表征方法及基本的实验技能，培养分析问题和解决问题的能力。
目录实验一. 双极型晶体管特性的测量与分析实验二. 场效应晶体管特性的测量与分析实验三. 硅光电器件管芯特性的测量与分析实验四. 硅材料电阻率及扩散薄层电阻的测量实验五. 硅光电池光照特性的测量与分析实验六. 功率晶体管热参数的测量实验七. 硅光电器件光谱响应特性的测量实验八. 单晶体的激光定向及材料缺陷的显示与观察实验九. 用椭偏仪测量透明介质薄膜的厚度和折射率实验卡片实验一双极型晶体管特性的测量与分析实验要求1．弄清双极型晶体管主要参数的物理意义和使用Keithley4200半导体参数分析仪的基本方法。
2．测试样品为3AX31和3DG6，弄清这两类器件的类型和引脚，任选一只按共发射极接法进行测量。
3．测量该晶体管的输入特性曲线，并根据曲线求晶体管输入阻抗(V CE = 10V时)；4．测量该晶体管的输出特性曲线，在V CE为10V、第六级曲线处求电流放大倍数β(交流)、H FE(直流)。
用转移特性曲线再次测量这两个参数，将两次结果进行对比。
5．测量晶体管的极限参数BVebo、BVceo、BVcbo。
6. 将测试结果和测试条件列表表示并与标准参数进行比较,看看所测的器件是否合格。
习题1．分析小注入和大注入时晶体管β变小的物理原因。
2．为什么硅管的漏电流较锗管小?3．如何用B2902A双通道源测量单元区分硅npn和pnp管？4．分析晶体管出现软击穿和管道型击穿的原因以及饱和压降V CES过大的原因5．分析用图示仪测试晶体管的优缺点。
实验一 双极型晶体管特性的测量与分析一 前言双极晶体管是最重要的分立器件，是双极集成电路的基础，其特性的测量与分析是基本的实验技能。
通常用半导体管特性图示仪来完成这一工作。
B2902A 双通道源测量单元是能直接测量半导体各种特性曲线和直接读出被测管各项参数的测试仪器。
材料测试表征书籍
材料测试表征书籍一、前言材料测试表征在材料科学领域中非常重要，它可以帮助科学家快速而准确地了解材料的性质、特性和结构，从而优化材料的设计和应用。
因此，一本好的材料测试表征书籍可以帮助我们更好地掌握这项技术，并取得更好的研究成果。
本篇文档将会推荐几本材料测试表征方面的书籍，希望对读者有所帮助。
二、书籍推荐1. 《材料测试表征方法与应用》这本书由曲春阳等人编写，是一本系统而全面的材料测试表征方面的教材。
该书首先介绍了材料测试表征的基本原理和方法，然后详细介绍了常见的测试方法和仪器，包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等。
此外，该书还介绍了材料表面和界面的测量方法、材料疲劳和断裂的测试方法以及纳米材料测试方法等。
该书非常适合材料科学相关专业的学生、工程师和科学家阅读。
2. 《物质性质参数测定手册》该书由徐成铭等著，是一本非常实用的材料测试表征手册。
该手册主要介绍了各种材料的性质参数测定方法以及测试结果的分析和判断方法。
该手册包含了多个章节，涵盖了热物性、物理性、结构特征、热力学、动力学等方面的测定方法。
该书适用于需要进行材料测试表征工作的工程师和科学家使用。
3. 《高分辨透射电镜材料表征》该书由赵长松等著，主要介绍了高分辨透射电镜在材料测试表征中的应用。
该书包含多个章节，介绍了高分辨透射电镜的基本原理和仪器构成，以及在材料表面、界面、晶体结构和化学成分等方面的应用。
该书适用于需要进行高分辨透射电镜测试的材料科学专业学生、工程师和科学家阅读。
三、总结材料测试表征在材料科学领域中具有重要作用，因此选择一本好的材料测试表征书籍是非常必要的。
本文推荐了三本优秀的材料测试表征书籍，分别适用于不同领域的人士。
希望本文能对读者的材料测试表征学习有所帮助。
材料的性能与表征课程教学大纲
材料的性能与表征课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：材料的性能与表征所属专业：材料化学课程性质：专业基础课学分：2（二）课程简介、目标与任务：材料的物理性能是材料的重要性能之一。
外接因素（温度、电场、磁场等）作用于材料，引起材料内部原子、分子、电子的微观运动状态的改变，在宏观上表现为一定的感应物理量，即呈现某一物理性能。
具体地讲，最常见的材料物理性能有材料的电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能以及弹性性能，每一种物理性能对应一定的物理基础。
而材料的物理性能强烈依赖于物质不同层次的结构组成，同时也受环境因素的强烈影响。
每一种材料物理性能都具有一定的分子和测试方法，而物理性能分析也是材料研究的重要手段。
通过本课程的学习，对材料的电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能以及弹性性能的物理本质和表征参量、影响因素、分析测试方法有较全面地认识，并了解物理性能分析在材料研究中的应用。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：先修课程：力学，热学，电磁学，普通物理(光学与原子物理)，材料科学基础（四）教材与主要参考书。
教材：刘勇，陈国钦编著. 材料物理性能. 北京：北京航空航天大学出版社, 2015.09主要参考书：吴雪梅主编；诸葛兰剑等编著. 材料物理性能与检测. 北京：科学出版社, 2012.01.关振铎，龚江宏，唐子龙著. 无机材料物理性能第2版. 北京：清华大学出版社, 2011.06.高智勇，隋解和，孟祥龙编著. 材料物理性能及其分析测试方法. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 2015.11.二、课程内容与安排第1章绪论（一）教学方法与学时分配课堂授课，1学时（二）内容及基本要求主要内容：简要介绍本课程的主要内容，学习本课程的意义和目的，以本课程的学习方法。
【了解】：本课程的主要内容，本课程的学习方法。
【一般了解】：学习本课程的意义和目的第2章材料的电性能2.1 电导率和载流子2.2 电子类载流子导电2.3 离子类载流子导电2.4 半导体2.5 超导体2.6 导电性的测量2.7 电阻分析的应用2.8 延伸阅读（一）教学方法与学时分配课堂授课，5学时（二）内容及基本要求主要内容：主要讲述电子类载流子导电、离子类载流子导电、半导体、超导体的导电机制及影响因素，导电性的测量方法及电阻分析的应用。
材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲
材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲一、课程介绍《材料性能与表征》是材料类专业学生的学科基础课程。
本课程主要介绍材料的力学、热学、光学、磁学、电学的特性和表征方法，目的是使学生充分认识材料的物理性能以及这些性能在人类物质生活中的意义，学会利用这些知识解释有关材料的许多现象，认识材料的宏观性能与微观机制的联系，为材料的合成、制备、加工和应用指明方向。
主要内容包括：材料的受力变形、材料的脆性断裂与强度，材料的热学性能，材料的光学性能，材料的磁学性能，材料的电学性能等。
教学部分共含32个理论学时，16个实践环节学时。
Introduction“Properties and Characterization of Materials” is the main professional fundamental course for materials science and engineering students. This course mainly introduces the mechanical, thermal, optical, electrical and magnetic properties and characterization method of materials. The main purpose of this course is to make students fully understand the physical properties of materials and theirs significance in human materials life, learn to explain many phenomena of the materials by these knowledge, to understand the relationship between the macroscopic properties and microscopic mechanisms of materials, and to point out the directions for the synthesis, preparation, processing and application of the materials. The main contents of this course are listed as follows: stress deformation of materials, brittle fracture and strength of materials, thermal properties of materials, optical properties of materials, magnetic properties of materials, electrical properties of materials. The teaching part of this course includes 32 theoretical credit hours and 16 practical credit hours.课程基本信息二、教学大纲1、课程目标1）掌握材料性能的基本理论及其主要影响因素，培养学生对抽象问题的认识，使学生能够针对具体的材料工程问题，建立数学模型并求解。
材料科学中的材料性能表征技术应用教程
材料科学中的材料性能表征技术应用教程一、引言材料性能表征是材料科学中的重要环节，它帮助科学家们深入了解材料的物理、化学和机械性质，从而推动材料科学的发展。
随着科技的进步，材料性能表征技术也得到了迅速的发展和应用。
本篇文章将重点介绍材料科学中常用的材料性能表征技术及其应用，以帮助读者更好地了解和应用这些技术。
二、常用的材料性能表征技术1. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种高分辨率的显微镜技术，可被用于观察材料的微观结构。
通过透射电子显微镜，科学家们可以观察到材料的晶体结构、晶界、缺陷等微观特征。
此外，透射电子显微镜还可以通过选区电子衍射技术测定材料的晶体结构。
2. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是另一种常用的显微镜技术，它通过扫描材料表面并观察所产生的二次电子或背散射电子来提供材料的表面形貌和微观结构。
扫描电子显微镜广泛应用于材料的结构、形貌和成分等方面的研究。
3. 能谱仪能谱仪是一种常用的材料分析技术，常见的有X射线能谱仪和电子能谱仪。
能谱仪通过分析材料中特定元素的能谱，可以确定材料中元素的种类和含量。
这对于材料的组成分析和元素追溯非常重要。
4. X射线衍射仪（XRD）X射线衍射仪是一种用于材料结构表征的技术。
通过照射材料样品，衍射仪可以测量到X射线的衍射图案，从而确定材料的晶体结构、晶格常数等信息。
X射线衍射仪可以广泛应用于材料的结构分析、相变研究等方面。
5. 热重分析仪（TGA）热重分析仪是一种常用的热分析技术。
它通过测量材料在不同温度下的质量变化，可以分析材料的热稳定性、热分解性等热性能参数。
热重分析仪可用于材料的热性能研究、陶瓷材料的配方优化等方面。
6. 傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）傅立叶变换红外光谱仪是一种常用的光谱分析技术。
它通过测量材料在红外光波段的吸收谱线，可以分析材料的化学结构、功能基团等化学性质。
傅立叶变换红外光谱仪广泛应用于聚合物材料、有机材料等的研究中。
锂离子电池制作、表征和性能测试综合实验指导书
锂离子电池制作、表征和性能测试综合实验一、实验目的1、掌握锂离子电池正负极电极片的制备技术。
2、了解纽扣式锂离子电池的装配技术。
3、了解并掌握纽扣式锂离子电池的测试表征技术（充放电测试、CV测试及交流阻抗测试等）并会处理分析测试数据。
4、了解锂离子电池正极和负极材料种类，掌握区别锂离子电池材料的方法（例如SEM、XRD、电池充放电特性等）。
5、掌握成品电池的测试方法，会分析成品电池的测试数据。
二、实验原理锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等几个部分组成。
目前商用的锂离子电池正极材料主要是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元材料；负极是碳材料组成，如MCMB，天然石墨等；隔膜采用具有微细孔的有机高分子隔膜，如美国Celgard隔膜；电解液由有机溶剂和导电盐组成，有机溶剂采用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，导电盐采用LiC104、LiPF6、LiAsF6、LiBF4等。
负极的集流体为铜箔，正极的集流体铝箔。
通常使用的粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF）等。
使用粘结剂把石墨、钛酸锂等负极材料粘附在铜箔上做成薄膜作为负极。
由于正极材料导电性不好，故必须加入导电炭黑材料。
按照一定的配比，把活性料、炭黑和PVDF混合均匀，加入适量溶剂制成具有一定流动性的胶状混合物，在铝箔上均匀涂布，经真空干燥后即可作为正极。
正负极都必须采用可以使Li+嵌入/脱出的活性物质，其结构示意图如图1所示：图1二次锂离子电池结构示意图由于扣式锂离子电池（CLIB）质量轻、体积小，更能满足现代社会用电设备的小型化和轻量化的要求，目前CLIB已商品化，主要用作小型电子产品电源，如：电脑主板、MP3手表、计算器、礼品、钟表、玩具、蓝牙耳机、PDA、电子匙、IC卡、手摇充电手电筒等产品中，寿命可达5~10年。
另外,CLIB较圆柱形和方形锂离子电池成本低，封口容易，设备要求简单，因此，近年来很多电池公司、大专院校和科研院所的研发部门对开发CLIB越来越重视。
材料科学基础实验教材
材料科学基础实验教材一、材料性能与结构本实验教材将首先介绍材料的基本性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。
这些性能对于材料的制备、加工和使用有着至关重要的影响。
通过实验，学生将了解和掌握如何测定材料的各种性能，以及如何通过调整材料的结构来改善材料的性能。
二、晶体结构分析晶体结构是决定材料性能的重要因素。
本实验教材将介绍晶体结构的基本知识，包括晶格结构、晶体对称性等。
学生将通过实验掌握如何分析晶体的结构，以及如何利用晶体结构分析结果来预测材料的物理和化学性能。
三、相图与相变相图是研究材料相变的重要工具。
本实验教材将介绍相图的基本原理和应用，包括二元相图、三元相图等。
学生将通过实验了解和掌握如何利用相图来预测材料的相变行为，以及如何通过调整材料的成分和温度来控制材料的相变过程。
四、材料的力学性能材料的力学性能是衡量材料性能的重要指标之一。
本实验教材将介绍各种力学性能的测试方法，包括拉伸、压缩、弯曲、冲击等。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的各种力学性能，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的力学性能。
五、材料的物理性能材料的物理性能包括电学性能、光学性能、热学性能等。
本实验教材将介绍这些性能的测试方法，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的物理性能。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的各种物理性能，以及如何在实际应用中合理选用材料。
六、材料的化学性能材料的化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等。
本实验教材将介绍这些性能的测试方法，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的化学性能。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的化学性能，以及如何在化学腐蚀环境下正确选用材料。
七、材料的制备技术材料的制备技术是材料科学的重要分支之一。
本实验教材将介绍一些常用的材料制备技术，包括熔炼法、沉积法、热压法等。
学生将通过实验了解和掌握如何制备各种材料，以及如何通过优化制备工艺来提高材料的性能。
材料性能实验课程设计
材料性能实验课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解材料性能的基本概念，掌握影响材料性能的主要因素；2. 学生能够描述常见材料的性能特点，并能运用相关知识解释实际现象；3. 学生掌握实验原理，能运用实验方法对材料性能进行初步测试和评估。
技能目标：1. 学生具备运用实验仪器进行材料性能测试的能力，能正确操作实验设备，处理实验数据；2. 学生能够设计简单的实验方案，对材料性能进行探究和分析；3. 学生能够通过实验结果，分析问题，提出改进措施，提高解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生养成科学、严谨、客观的实验态度，对实验结果负责任；2. 学生培养对材料科学的兴趣和好奇心，激发创新精神和实践能力；3. 学生能够关注材料科学在生活中的应用，认识到材料性能对科技发展和环境保护的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生通过实验学习，深入理解材料性能知识，培养实验操作和数据分析能力，同时激发学生对材料科学的兴趣和责任感。
课程目标具体、可衡量，为后续教学设计和评估提供明确方向。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材第二章“材料性能与测试方法”展开，主要包括以下三个方面：1. 材料性能基本概念与影响因素：讲解材料性能的定义、分类及常用性能指标；分析影响材料性能的主要因素，如化学成分、微观结构、工艺过程等。
2. 常见材料性能特点与测试方法：介绍金属、陶瓷、塑料和复合材料等常见材料的性能特点；结合教材实验案例，讲解硬度、抗拉强度、抗压强度、弯曲强度、冲击韧性等性能测试方法。
3. 实验操作与数据处理：根据教材实验案例，制定详细的教学大纲，安排以下教学内容：a. 实验原理与实验步骤：讲解实验原理，明确实验目的，示范实验操作步骤；b. 实验设备与操作技巧：介绍实验设备的使用方法，强调操作注意事项；c. 数据处理与分析：教授实验数据记录、处理和分析的方法，培养学生严谨的科学态度。
《材料制备与表征》课程教学大纲
《材料制备与表征》课程教学大纲课程编号：20821308总学时数：48总学分数：3课程性质：方向选修适用专业：应用物理学一、课程的任务和基本要求：本课程包括材料制备技术和材料表征技术，是应用物理学专业光电材料与器件方向的模块课程。
学生通过学习要掌握以下基本内容：材料制备技术内容包括晶体结构、晶体缺陷、成核理论、界面的平衡结构、晶体生长动力学、单晶材料的制备、薄膜材料的制备、陶瓷材料的制备、复合材料的制备和材料工程新技术，重点是先进人工晶体的材料制备科学与技术。
材料表征技术主要包括X射线衍射分析、电子显微分析、热分析、振动光谱、光电子能谱、穆斯堡尔谱、色谱等各种测试方法的物理原理、仪器的功能和应用范围。
学生通过学习可以掌握材料制备技术和常用测试方法，为以后的学习工作和进一步研究打下基础。
该课程有部分内容在其他课程中出现过，在此只作简单介绍。
二、基本内容和要求：上部分：材料制备技术第一章晶体结构和晶体缺陷1.1晶体学基础1.2空间点阵1.3米勒指标1.4密堆积与配位数1.5晶体结合键型1.6元素晶体结构1.7几种典型晶体结构1.8点缺陷1.9线缺陷1.10面缺陷目的和要求：掌握晶体结构基本知识和晶体中存在的缺陷，分析晶体中缺陷来源种类。
第二章成核理论2.1相变驱动力2.2弯曲界面的平衡与相变位垒2.3均匀成核2.4非均匀成核2.5再结晶成核2.6单相固溶体的凝固目的和要求：掌握材料中原子如何结合和生长成核的知识点。
第三章界面的平衡结构3.1晶体的平衡形状3.2生长界面结构的基本类型3.3柯塞尔模型3.4杰克逊模型3.5特姆金模型目的和要求：了解掌握界面的基本种类，不同描述形式之间的区别和特点。
第四章晶体生长动力学4.1邻位面的生长——台阶动力学与运动学4.2光滑界面的生长4.3粗糙界面的生长4.4晶体生长动力学统一理论4.5晶体生长形态学目的和要求：掌握晶体生长的基本理论，晶体界面核动力研究。
第五章单晶材料的制备5.1气相生长法5.2水溶液生长法5.3水热生长法5.4熔盐生长法5.5熔体生长法目的和要求：掌握单晶材料制备方法，了解不同制备方法的优缺点。
《材料表征技术》实验指导201405要点
《材料表征技术》课程实验指导书汕头大学中心实验室2014年5月前言随着21世纪科学技术的飞速发展，要求材料不仅要有较好的力学性能，还要求具备特殊的物理和化学性能。
这给材料检测提出了新的任务，它不仅要精确测定材料的各种性能和组织以满足不同的需求，而且还通过材料的组织结构和成分研究，找出材料各种性能产生的机理和失效的原因，为研制开发新材料和研究构件失效机理提供便捷的手段。
《材料表征技术》课程介绍了几种主要的材料实验研究方法，根据本中心的实验条件，我们选择4个方向的实验，希望学生能熟悉材料研究仪器设备和实验技术，理解选择仪器设备的重要性，以及实验方法在材料研究的重要地位。
目录实验一SEM的构造、图像观察和试样制备实验实验二SPM的构造、图像观察和试样制备实验实验三X-射线粉末衍射物相分析实验实验四DTA金属熔点测试实验实验一扫描电镜的构造、图像观察和试样制备实验一、实验目的1、熟悉JEOL JSM6360LA钨灯丝扫描电镜的基本构造及工作原理2、了解主要性能指标3、了解样品的制备知识4、了解操作规范并进行图像观察二、实验原理扫描电镜的工作原理入图1所示。
由电子枪发射出来的电子束（直径50um）在加速电压的作用下经过磁透镜系统会聚，形成直径为2nm 的电子束，聚焦在样品表面上，在第二聚光镜和物镜之间的偏转线圈作用下，电子束在样品上做光栅状扫描，电子和样品相互作用，产生信号电子。
这些信号电子经探测器收集并转换为光子，再通过电信号放大器加以放大处理，最终成像在显示系统上。
三、仪器设备图1JSM-6360LA钨灯丝扫描电镜结构及工作原理示意图实验的仪器设备是JSM-6360LA钨灯丝扫描电镜、JFC 1600 Atuo Fine Conter。
JSM-6360LA钨灯丝扫描电镜，是日本电子株式会社推出的新型号数字化扫描电镜。
主要特点为全数字化控制系统，高分辨率、高精度的变焦聚光镜系统、全对中样品台及高灵敏度半导体背散射探头；用于各种材料的形貌组织观察、金属材料断口分析和失效分析。
材料的性能与表征
《材料性能与表征》教学大纲课程代码：023155P1英文名称：Materials properties and characterization学时：32学分：2先修课程：大学物理、高等数学、金属学与热处理、模具材料与热处理、金工实习等适用专业：材料成型及其控制开课院系：材料成型及其控制系教材：《工程材料力学性能》，束德林主编，机械工业出版社，2011年5月（第2版）《材料现代分析测试方法》，王富耻主编，北京理工大学出版社，2006年1月（第1版）参考书：《分析电子显微学导论》，戎咏华主编，高等教育出版社，2006年09月（第1版）《材料性能学》，张帆主编，上海交通大学出版社，2009年1月（第1版）一、课程的性质、地位和任务（黑体小四号）《材料性能与表征》是理工科高等院校材料类专业的一门选修专业课程。
在掌握材料科学理论知识的基础上，与材料工程实践和材料科学理论研究相结合，通过《材料性能与表征》课程的学习，进一步深化掌握材料各种性能性能指标的理论和工程意义以及影响材料性能指标的各种因素，并全面介绍有关材料成分、结构及组织形貌的现代分析方法、测试技术，内容涉及X射线衍射学、电子显微学、电子能谱学、有机波谱学等方法了解或熟悉各种材料的现代分析。
培养学生掌握材料性能指标的测试原理，并初步具有分析材料性能影响因素的能力，最终达到使学生学会研究材料的晶体结构、微观组织、化学成分、物相组成与材料制备工艺、材料性能间相互作用关系的理论知识和研究方法。
二、课程内容和基本要求（黑体小四号）1．绪论（2学时）介绍《材料性能与表征课程》的性质、意义、内容及学习本课程的要求等。
2. 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能（2学时）熟悉力—拉伸曲线和应力—应变曲线的测试方法；掌握弹性变形的实质、熟悉弹性极限、比例极限、弹性比功的物理意义、工程意义；熟悉影响弹性摸量的主要因素；掌握几种理想弹性行为的定义、物理意义以及工程上的利弊；了解内耗基本概念；掌握塑性变形的机理；掌握塑性变形指标（屈服强度、延伸率、伸长率）的测试方法，了解影响屈服强度的主要因素；了解断裂的基本概念、断裂基本方式；掌握断裂的机理。
材料性能实验课程设计
材料性能实验课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握材料的性能实验的基本原理和方法，了解不同材料的性能特点及其应用。
技能目标要求学生能够运用所学知识进行实验操作，分析实验数据，并能够撰写实验报告。
情感态度价值观目标在于培养学生对科学实验的兴趣和热情，增强其创新意识和实践能力。
通过分析课程性质、学生特点和教学要求，我们将目标分解为具体的学习成果。
课程目标旨在帮助学生建立扎实的材料科学基础，提高实验技能，培养解决实际问题的能力。
这些目标将指导我们进行后续的教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，我们选择和了以下教学内容。
首先，介绍材料的性能实验的基本原理和方法，包括实验操作步骤和注意事项。
其次，分析不同材料的性能特点，如力学性能、热性能、电性能等，并结合实际案例进行讲解。
接着，引导学生进行实验操作，培养其实验技能。
最后，通过实验报告的撰写，提高学生的表达和分析能力。
教学大纲将详细列出每个教学内容的教学安排和进度，确保内容的科学性和系统性。
教材的章节将包括材料的性能实验基本原理、不同材料的性能特点及实验方法等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，我们将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生传授基本原理和方法。
其次，利用讨论法，引导学生进行思考和交流，培养其问题解决能力。
此外，通过案例分析法，结合实际案例，帮助学生更好地理解材料性能实验的应用。
最后，采用实验法，让学生亲自动手进行实验操作，提高其实验技能。
四、教学资源我们将选择和准备适当的教学资源，以支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
教材将提供基本的学习材料，包括实验原理、方法和实验报告撰写指南。
参考书将为学生提供更多的学习资料和案例。
多媒体资料将用于辅助教学，帮助学生更好地理解抽象概念。
实验设备将是进行实验操作的重要工具，确保学生能够亲身体验实验过程。
五、教学评估为了全面反映学生的学习成果，我们将设计合理的评估方式。
材料性能及分析测试技术实验教学
《材料性能及分析测试技术》实验课程一、学生人数4个班，共计90位学生。
二、试验内容试验内容：如下表：实验一静载拉伸一、实验目的掌握材料基本力学性能测试和分析的方法，具体包括：1）熟悉液压万能试验机的操作；2）掌握拉伸试样尺寸的测量方法；3）掌握建立材料工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线的方法；4）观察对比低碳钢和硬铝两种材料的变形特点（弹性阶段、屈服、塑性阶段、加工硬化、颈缩和断裂）；5）测定两种材料的基本力学性能（强度、塑性）；6）加深对材料拉伸性能物理意义的理解。
二、实验器材及材料设备（器材）：万能试验机、游标卡尺；材料：45号钢（退火）、L Y12(2A12)硬铝三、实验步骤1）对低碳钢圆棒试样进行单向静载单向拉伸试验，拉断为止，获得拉伸曲线；2）对硬铝圆棒试样进行单向静载单向拉伸试验，拉断为止，获得拉伸曲线；3）分别绘制两种材料的名义和真实应力-应变曲线；4）分别测定以上两种材料的基本力学性能（屈服强度、强度极限、延伸率、截面收缩率）。
5）撰写实验报告。
实验二硬度试验一、实验目的掌握硬度测定的基本原理及常用硬度试样方法及其应用范围；学会使用硬度计。
二、实验器材设备：不同型号硬度计；材料：不同材料三、实验步骤1）了解各种硬度计的构造原理、操作方法和注意事项；2）按照各种硬度试验的选用原则，采用不同状态的金属，分别在布氏、洛氏、维氏硬度计上进行硬度测试；3）观察压痕大小和形状，正确测定硬度值；4）对比分析不同硬度测试方法间的不同；5）分析硬度值与金属成分和组织的关系；6）撰写实验报告。
四、实验指导1、布氏硬度测定的原理和方法测定布氏硬度是用一定的压力将淬火钢球和硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力。
于是，在试样表面留下压痕（见图），单位压痕表面积A上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值。
已知施加的压力P，压头直径D，只要测出试件表面上的压痕深度h或直径d，即可按下式求出布氏硬度值，单位为kgf/mm2，但一般不标注单位。
材料结构及性能表征实验 教学大纲
材料结构及性能表征实验一、课程说明课程编号：070221Z11课程名称：材料结构及性能表征实验/Experiments of Analysis for Materials properties and structure课程类别：专业教育课程（集中实践环节）学时/学分：32学时/1先修课程：材料科学基础、材料性能学、材料分析测试技术适用专业：材料化学教材、教学参考书：自编实验指导书二、课程设置的目的意义《材料结构与性能表征实验》是材料化学专业学生提升基本实验技能和理论的一个重要的教学环节，通过实践可引导学生了解材料的结构和性能的基本内涵，掌握材料结构和性能分析表征的基本方法，了解各实验的原理，熟悉实验设备，运用所学原理对实验结果进行分析，培养学生的动手能力，观察实验现象，理论联系实际，分析实验结果，提高解决实际问题的能力，有助于学生专业综合素质的提高，有利于是把课堂教授的理论知识与材料性能指标、结构表征有机地结合起来，为今后从事材料性能的检测和失效分析研究奠定基础。
三、课程的基本要求知识：了解现代主要分析测试仪器的结构、基本组成、工作原理和主要操作方法；熟悉分析测试对样品的要求，掌握一般的制样方法，了解特殊的制样方法；学会实验结果的数据处理与分析方法；学会主要分析方法的计算机检索方法；掌握实验的分析测试技术的主要用途。
能力：具有正确选择材料分析方法、测试方法的能力；具备专业从事材料分析测试工作的初步基础；具备通过继续学习掌握材料分析新方法、新技术的自学能力，培养学生正确选用现代分析技术开展材料组成、结构与性能关系的科学研究能力。
素质：掌握材料结构与性能表征的基础知识、基本理论和基本技能，提升充实专业素质；培养学生微观结构和宏观性能相互联系的科学思维；培养学生的工程意识、价值效益意识和创新精神。
四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求实践教学内容具体见上表。
六、考核方式及成绩评定考核方式多样化，采取笔试、实际操作等考核方式。
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第二部分材料与器件性能表征(36学时)实验要求通过完成以下九个实验，掌握半导体材料和器件性能的表征方法及基本的实验技能，培养分析问题和解决问题的能力。
目录实验一. 双极型晶体管特性的测量与分析实验二. 场效应晶体管特性的测量与分析实验三. 硅光电器件管芯特性的测量与分析实验四. 硅材料电阻率及扩散薄层电阻的测量实验五. 硅光电池光照特性的测量与分析实验六. 功率晶体管热参数的测量实验七. 硅光电器件光谱响应特性的测量实验八. 单晶体的激光定向及材料缺陷的显示与观察实验九. 用椭偏仪测量透明介质薄膜的厚度和折射率实验卡片实验一双极型晶体管特性的测量与分析实验要求1．弄清双极型晶体管主要参数的物理意义和使用Keithley4200半导体参数分析仪的基本方法。
2．测试样品为3AX31和3DG6，弄清这两类器件的类型和引脚，任选一只按共发射极接法进行测量。
3．测量该晶体管的输入特性曲线，并根据曲线求晶体管输入阻抗(V CE = 10V时)；4．测量该晶体管的输出特性曲线，在V CE为10V、第六级曲线处求电流放大倍数β(交流)、H FE(直流)。
用转移特性曲线再次测量这两个参数，将两次结果进行对比。
5．测量晶体管的极限参数BVebo、BVceo、BVcbo。
6. 将测试结果和测试条件列表表示并与标准参数进行比较,看看所测的器件是否合格。
习题1．分析小注入和大注入时晶体管β变小的物理原因。
2．为什么硅管的漏电流较锗管小?3．如何用B2902A双通道源测量单元区分硅npn和pnp管？4．分析晶体管出现软击穿和管道型击穿的原因以及饱和压降V CES过大的原因5．分析用图示仪测试晶体管的优缺点。
实验一 双极型晶体管特性的测量与分析一 前言双极晶体管是最重要的分立器件，是双极集成电路的基础，其特性的测量与分析是基本的实验技能。
通常用半导体管特性图示仪来完成这一工作。
B2902A 双通道源测量单元是能直接测量半导体各种特性曲线和直接读出被测管各项参数的测试仪器。
它还能显示和测量多种半导体和集成电路的特性和参数，可以直接显示数据，输出特性曲线等优点。
要测定共射晶体管的输出特性，其基本测试原理电路如图1-1所示，测试时通过Keithley4200半导体参数分析仪直接测量出共射晶体管输出特性曲线图1-1 共射晶体管接法 图1-2 共射晶体管输出特性曲线B2902A 双通道源测量单元既能较全面地检测半导体管的各种参数，又能显示半导体管的特征曲线。
本实验要求：（1）了解B2902A 双通道源测量单元的基本原理方框图及源测量单元的作用。
（2）了解被测管各项参数的定义及读测方法。
（3）掌握晶体管特性常见缺陷及其产生原因。
二 实验原理1．B2902A 双通道源测量单元的测试基本原理 源测量单元是电压源，电流源，电压表，电流表合成一起的仪器，简单原理如下图：测量晶体管特性曲线原理图如下： 通过基极加电流驱动，集电极加电压扫描测量电流的方法既可描绘出晶体管的输出特性曲线V Meter I Source DUT IN/OUT HIIN/OUT LO IMeterVSource DUT IN/OUT HI IN/OUT LO2．B2902A quick IV软件设置1）定义源测量单元，针对npn型晶体管，直接在QUICK IV软件内进行设置如图所示SMU2，SMU1,GND单元分别接到晶体管的b,c,e 三极，设置SM2位电流源模式，SMU1为扫描电压模式SM2设置step 模式，电流步进，从1uA扫描到10uA，步进为1uASMU1设置为电压扫描模式,电压从0扫描到2V,步进为0.05VSMU3设置为0V电压，作为共地点2．测量结果分析点击运行按钮，系统会自动运行，并测出输出数据和特性曲线。
输出特性曲线2．放大倍数测量1)定义源测量单元，针对npn型晶体管，直接在QUICK IV软件内找到gummel测试项目进行设置，如下图2) 按照软件界对SMU进行设置，运行分析结果3）结果曲线Ic,Ib,通过公式计算器，计算B=Ic/Ib ,得出B的数值，见数据表。
3．反向击穿电压BV CBO、BV CEO和BV EBO外延片制作的双极晶体管的反向击穿电压V B（一般指BV CEO或BV CBO）既与外延层电阻率ρc有关，也与结的曲率半径和表面状况等因素有关。
当高阻集电区厚度Wc小于BV CBO 所对应的势垒宽度x mB时，V B还与W C有关。
所以提高晶体管反向耐压可采取提高ρc、W C，减小二氧化硅中表面电荷密度，采用圆角基区图形，深结扩散、甚至采用台面结构、扩展电极或加电场限制环等措施。
BV CBO 是共基晶体管在发射极开路时输出端C —B 间的反向击穿电压。
BV CEO 是共射晶体管在基极开路时输出端C —E 间的反向击穿电压。
晶体管手册中（或实际测试中）的规定为：BV CBO ——发射极开路，集电极电流为规定值时，C —B 间的反向电压值。
BV CEO ——基极开路， 集电极电流为规定值时，C —E 间的反向电压值。
BV EBO ——集电极开路，发射极电流为规定值时，E —B 间的反向电压值。
理论上可推导出n o CBO CEO BV BV β+=1/对硅npn 管，n = 4。
硅双扩散管的基区平均杂质浓度＞＞Nc N B ，所以，一般BV CBO ＞BV CEO ＞BV EBO ，而锗合金管C B ＜＜N N ，所以，一般BV CBO ≈BV EBO ＞BV CEO 。
图1-10 测击穿电压时晶体管的接法图1-11 晶体管击穿电压测量值的示意图（5）反向电流I CBO 、I CEO 和I EBO晶体管的反向电流I CBO 、I CEO 和I EBO 也叫反向截止电流或反向漏电流。
其中I CEO 又叫反向穿透电流。
反向电流对晶体管的放大作用没有贡献，白白消耗一部分电源功率，影响晶体管工作的稳定性。
因此，反向电流愈小愈好。
晶体管的反向电流通常包括反向扩散电流I D 、势垒区产生电流I G 和表面漏电流I S 。
在室温下，硅管的I G ＞＞I D ，锗管则I D ＞I G 。
一般硅管的反向电流远小于锗管的反向电流。
由于XJ4810图示仪的测试精度所限，绝大部分中小功率硅管的反向电流不能用XJ4810图示仪读测，而只能用专用仪器（如JS 2B 晶体三极管反向截止电流测试仪）测量。
电流I CBO ，I CEO 、I EBO 的定义如下：I CBO ——发射极开路，C —B 间反压为规定值时的反向电流； I CEO ——基极开路， C —E 间反压为规定值时的反向电流；I EBO——集电极开路，E—B间反压为规定值时的反向电流。
3．晶体管特性常见现象及其原因这里只列出其主要原因，详细解释可参阅相关资料。
（1）β线性不好β线性不好有以下几方面：①小注入时β过小，图1-13。
此时的特点是小注入时特性曲线密集。
它的产生原因是基区表面复合严重、发射结势垒复合较强、发射结表面漏电大。
②大注入时β过小，图1-14。
此时的特点是大注入时特性曲线密集。
它的产生原因是基区电导调制效应和有效基区扩展效应。
（2）特性曲线分散倾斜图1-15 此时的特点是零线较平坦，其它曲线分散倾斜。
产生原因是基区掺杂浓度过低，宽度过窄，导致基区宽（调）变效应严重。
（3）反向漏电流大反向漏电流大有两方面：①沟道漏电如图1-16。
沟通漏电的特点是起始电流大，零注入曲线升高。
它产生的原因是二氧化硅中正电荷密度过大，导致晶体管P区表面反型，出现n型沟道。
②反向漏电大图1-17。
反向漏电大的特点是特性曲线全部倾斜。
产生的原因是表面吸附有大量杂质离子、原材料缺陷多、势垒区附近有大量杂质沉积和大量重金属杂质沾污。
（4）击穿特性差击穿特性差有如下表现。
①管道型击穿图1-18。
管道型击穿的特点是击穿曲线像折线或近似折线。
它产生的原因是形成的基区光刻小岛，有p—n结尖峰、材料中有位错集中点或表面有破坏点等形成的基区局部穿通，硼扩前表面有n型杂质和灰尘沾污形成的基区反型杂质管道等。
②硬低击穿图1-19。
硬低击穿的特点是击空特性硬，击穿电压低。
产生的原因与管道型击穿类似。
如集电结有缺陷集中点或局部损伤以至断裂；基区大面积穿通或存在大的反型杂质管道。
③软击穿图1-20。
软击穿的特点是反向漏电大，没有明显的击穿点。
产生原因与反向漏电大相同。
（5）饱和压降大图1-21（a）、（b）饱和压降大分两图说明。
图1-21（a）特点：曲线上升部分不陡或浅饱和区宽。
原因：ρc、W c过大，导致r cs过大或在低压下集电结势垒区载流子达不到极限散射速度；基区掺杂浓度很低时也会导致V CES增大。
图1-21（b）特点：低电压下曲线上升很缓慢，其它部分较正常，俗称“有小尾巴”。
原因：烧结条件掌握不好，管芯与管座接触电阻r cbn过大。
图1-13 小注入时特性曲线密集图1-14 大注入时β过小图1-15 基区宽（调）变效应图1-16 沟道漏电 图1-17 反向漏电大图1-18 管道型击穿 1.19 硬低击穿图 图1.20 软击穿图1.21（a ） 饱和压降大 图1.21（b ） 饱和压降大三 实验步骤与要求1．实验器材（1）Keithley4200半导体参数分析仪一台及使用说明书一份。
（2）半导体器件 3DG6C 和3AX 31B 各若干。
其中3AX 31B 的参数规定见表1—1，3DG6的参数规定见表1—2。
参数P CM （mW ） I CM (mA) T jm (℃)BV CBO （V ） BV CEO （V ） BV EBO （V ） I CBO (цA) I CEO (цA) I EBO (цA) h FE 125125 75 301810126001240~130 测试 条件I C =ImA Ic=2mA I E =1mA V CB =6V V CE =6V V EB =6VV CE =1V I C =100mA表1—2 3DG6C 的参数规定实验卡片实验二场效应晶体管特性的测量与分析实验要求1．弄清场效应晶体管主要参数的物理意义及Keithley4200半导体参数分析仪的使用方法。
2．所给样管为N沟结型场效应晶体管3DJ6，测量其输出特性曲线，根据有关曲线计算样管的跨导值、I DSS及BV GS。
3．测量器件的转移特性曲线，并再次计算样管的跨导值、I DSS，并和上述结果进行比较。
4．将测试结果和测试条件列表表示，并与标准参数进行比较。
习题1．比较双极型器件和场效应器件输出特性的异同。
2．结型场效应管和MOSFET工作原理有何不同?3．如何判断MOSFET是增强型还是耗尽型?4．根据所测出的器件输出特性曲线，作出当V DS=10V时，V GS——I DS 关系曲线，并求出其斜率，定出V P，与仪器所测的转移特性曲线进行比较。