半导体物理试验-微电子学院微电子试验教学中心-西安电子科技大学

《半导体物理实验》教学大纲

课程编号：MI4221016

课程名称：半导体物理实验英文名称：Experiments of

Semiconductor Physics

学时：8 学分：0.5

课程类别：限选课程性质：专业课

适用专业：集成电路与系统集成先修课程：半导体物理和半导体器件电子学

开课学期：4 开课院系：微电子学院

一、课程的教学目标与任务

目标：培养学生独立完成半导体材料特性测试、分析的实践动手能力，巩固和强化半导体物理知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力，锻炼学生分析、探讨和总结实验结果的能力。

任务：在理论课程的学习基础上，通过大量实验，熟练掌握现代微电子技术中半导体材料特性相关的实验手段和测试技术。课程以教师讲解，学生实际动手操作以及师生讨论的形式实施。

二、本课程与其它课程的联系和分工

本实验要求学生掌握半导体物理效应的测试技术和分析手段，共设置9个实验，要求学生选择完成其中4个实验。

（一）高频光电导衰退法测量非平衡少子寿命（2学时）

具体内容：利用高频光电导衰退法分别测量具有高、中、低电阻率的半导体单晶硅样品的少子寿命，并对测试结果进行分析和探讨。

1.基本要求

（1）掌握高频光电导衰退法测量少子寿命的测试原理和方法；

（2）掌握半导体材料中少子、少子寿命和电阻率等相关概念。

2.重点、难点

重点：高频光电导衰退法测试实验样品的少子寿命；

难点：概念理解和测试结果分析和探讨。

3.说明：学习和掌握非平衡少子寿命的测试原理和测试方法。

（二）恒定表面光电压法测量硅中少子的扩散长度（2学时）

具体内容：利用恒定表面光电压法测试硅样品中少子的扩散长度。

1.基本要求

（1）了解恒定表面光电压法测试硅材料中少子扩散长度的测试原理；

（2）掌握半导体中少子扩散长度的测试方法。

2.重点、难点

重点：对实验样品进行少子扩散长度的测试；

难点：实验仪器的使用和少子扩散长度的准确测量。

3.说明：掌握半导体中少子扩散长度的测试方法。

（三）半导体材料的霍尔效应测试（2学时）

具体内容：利用霍尔效应测试系统分别测定长条、范德堡样品的电阻率、电导率、霍

尔系数、衬底浓度、迁移率等多个电学参数；观察半导体的磁阻现象并分析结果。

1.基本要求

（1）掌握半导体材料的电阻率、电导率、霍尔系数、衬底浓度、迁移率等理论概念；

（2）了解霍尔效应测试系统的工作原理及测试方法。

2.重点、难点

重点：给定材料的电阻率、电导率、霍尔系数、衬底浓度、迁移率等参数测试；

难点：参数测试和磁阻现象分析。

3.说明：通过实验学习和掌握半导体的重要效应－“霍尔效应”的原理与测试方法。（四）高频MOS C-V特性测试（2学时）

具体内容：使用高频C-V特性测试仪、X-Y函数记录仪等测定常温、BT温度、偏置电压处理温度下的MOS C-V特性曲线，并由曲线计算样品的SiO2膜厚、衬底浓度、可动离子、固定电荷、平带电压等参数并分析结果。

1.基本要求

（1）掌握C-V测试仪、X-Y函数记录仪的使用方法；

（2）掌握SiO2膜厚、衬底浓度、可动离子、固定电荷、平带电压等相关概念。

2.重点、难点

重点：MOS C-V特性曲线的测试绘制；

难点：根据测试曲线计算样品的杂质分布。

3.说明：学习、巩固MOS C-V特性相关概念和学习C-V测试方法。

（五）PN结显示与结深测量（2学时）

具体内容：使用金相显微镜，显示采用磨角法处理并染色的PN结，测量其结深，并对实验结果进行分析和理论探讨。

1.基本要求

（1）掌握磨角法测量PN结结深的测试原理和方法；

（2）了解PN结显结方法和金相显微镜的使用规则和测试规范。

2.重点、难点

重点：PN结显结和结深测试；

难点：PN结显结、结深测试。

3.说明：学习并掌握PN结结深显示及其测试方法。

（六）金-半接触势垒高度的测量（2学时）

具体内容：采用正向I～V法和C～V法测试金-半接触势垒高度，并对测得的实验结

果进行分析，加深对势垒高度概念的理解。

1.基本要求

（1）掌握半导体中金属-半导体接触的相关理论；

（2）通过I～V、C～V法测量金属-半导体接触的势垒高度。

2.重点、难点

重点：I～V、C～V法测试实验样品的势垒高度；

难点：测量原理和测量方法。

3.说明：学习半导体器件中金属-半导体接触势垒高度的测量方法。

(七) 深能级瞬态能谱法测量硅中深能级复合中心(2学时)

实验目的及任务是了解深能级瞬态能谱法测量深能级相关参数的原理及方法。掌握深能级瞬态能谱仪的操作过程，作出ΔC L2–T关系曲线，由此计算出N T/N m和Ec-Er等深能级参数。

1.基本要求

（1）掌握深能级瞬态能谱仪的操作流程和深能级参数的测试原理及方法；

（2）掌握深能级复合中心、ΔC L2、N T/N m和Ec-Er等相关参数的意义。

2.重点、难点

重点：使用深能级瞬态能谱仪测量并绘制ΔC L2–T关系曲线；

难点：深能级参数的理解和测试仪器的正确使用。

3.说明：学习半导体材料中深能级复合中心的测试方法。

(八) 半导体材料光学参数的测量(2学时)

利用单色仪采取透射法测量半导体材料样品的光吸收系数和光谱分布，并计算出其折射率和消光系数等。

1.基本要求

（1）掌握使用单色仪透射法测量半导体材料的光学参数的测试原理；

（2）掌握半导体材料光吸收系数、光谱分布、折射率和消光系数等理论概念。

2.重点、难点

重点：给定半导体材料进行样品的光学参数测试；

难点：测量原理与试验技巧。

3.说明：掌握半导体材料光学参数的基本测试原理和测试方法。

(九) 非晶硅薄膜激活能的测量(2学时)

测量给定的N型非晶硅薄膜的激活能。

1.基本要求

（1）掌握辉光放电法制备N型非晶硅薄膜的原理及方法；

（2）掌握激活能的测试方法并进行结果分析。

2.重点、难点

重点：半导体非晶硅薄膜激活能的测试；

难点：样品激活能的测试方法。

3.说明：学习并理解非晶硅薄膜激活能的意义与测量方法。

四、教学安排及方式