半导体材料测试与分析资料讲解
半导体材料检测种类、项目与方法总结
半导体材料检测种类、项目与方法总结半导体材料检测是对半导体材料的特性参数进行分析测试的技术，具体涉及到哪些材料的检测，目前常见的检测技术有哪些？我们不妨一起来看看。
半导体材料检测是对半导体材料的特性参数进行分析测试的技术，由于半导体材料种类繁多，加工工艺复杂，形态各异，技术难度高，这就需要我们通过对半导体材料的特性参数进行测定，真实的反映半导体材料质量情况，掌握其关键参数的生成工艺，从而指导研发技术的更新迭代。
常见半导体材料检测种类
1、湿电子化学品检测种类
（1）酸碱类：高纯盐酸、高纯硫酸、高纯硝酸、高纯氢氟酸、高纯冰Z酸、高纯草酸、电子级复水、电子级过氧化氢、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、电子级磷酸；
（2）蚀刻类：铝腐蚀液、铬鹰蚀液、镍银腐蚀液、硅腐蚀液、金蚀刻液、铜蚀刻液、显影液、剥离液、清洗液、ITO蚀刻液、缓释剂、BOE；
（3）溶剂类：甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四甲基氢氧化铵、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、环已烷、N-甲基吡略烷酮、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯等。
2、光刻胶及配套试剂检测种类
光刻胶、负胶显影液、负胶漂洗液、负胶显影漂洗液、正胶显影液正胶稀释剂、边胶清洗剂、负胶剥离液、正胶剥离液等。
3、电池材料检测种类
（1）负极材料：碳材料、非碳负极材料、石里负极材料、锂电池负极材料、硅负极材料、锂离子负极材料、硅碳负极材料、碳素负极材料、沥青负极材料等；
（2）正极材料：钻酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、镍，钻，锰酸锂、镍锰酸锂、正极材料镍钻锰酸锂等；
（3）电解液：锂离子电池用电解液、锂原电池用电解液、六氟磷酸锂、六氟磷酸锂电解液等；
（4）电池/电解液添加剂：成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、改善低温性能的添加剂、多功能添加剂等；。
半导体材料测试与分析ppt课件
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光致发光光谱PL
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主要内容：
• 光致发光基本原理 • 仪器及测试 • 应用
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一、光致发光的基本原理
• 1. 定义：光致发光(Photoluminescence) 指的是以光作为激励手段，激发材料中的 电子从而实现发光的过程。它是光生额外 载流子对的复合过程中伴随发生的现象。
• 光致发光光谱的测试以其简单、可靠 ，测试过程中对样品无损伤等优点而 得到广泛的应用。
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PL可以应用于：
（1）带隙检测、（2）缺陷检测、（3）复合机 制以及材料品质鉴定、（4）对少子寿命的研究、（ 5）测定半导体固溶体的组分、（6）测定半导体中 浅杂质的浓度、（7）半导体中杂质补偿度的测定、 （8）对半导体理论问题的研究等。
应用领域举例：
LED外延片，太阳能电池材料，半导体晶 片，半导体薄膜材料等检测与研究。
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在IIK温度下,用很弱的激光激发GaN所测量 光致发光的光谱图示如。通过高斯型分峰拟 合得到A、B、C、D四个谱峰。
用MOCVD技术在Al2O3衬底上外延GaN的光致发光研究 中国科学院长春物理研究所 高瑛、缪可国编辑庆课等件人PPT
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不同温度下GaN的光致发光
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• 随温度升高,晶 格振动增强光 谱的半峰宽度 明显地增大， 峰值波长向长 波方向移动。 光谱中的肩峰 逐渐消失。形 成一宽的谱带
• 进而通过拟合 可以得到温度 和半峰宽之和 的关系
实验讲义-半导体材料吸收光谱测试分析2015
半导体材料吸收光谱测试分析一、实验目的1.掌握半导体材料的能带结构与特点、半导体材料禁带宽度的测量原理与方法。
2.掌握紫外可见分光光度计的构造、使用方法和光吸收定律。
二、实验仪器及材料紫外可见分光光度计及其消耗品如氘灯、钨灯，玻璃基ZnO薄膜。
三、实验原理1.紫外可见分光光度计的构造、光吸收定律(1)仪器构造：光源、单色器、吸收池、检测器、显示记录系统。
a．光源：钨灯或卤钨灯——可见光源，350~1000nm；氢灯或氘灯——紫外光源，200~360nm。
b．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件色散元件：棱镜——对不同波长的光折射率不同分出光波长不等距；光栅——衍射和干涉分出光波长等距。
c．吸收池：玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区；石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区。
要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）d．检测器：将光信号转变为电信号的装置。
如：光电池、光电管（红敏和蓝敏）、光电倍增管、二极管阵列检测器。
紫外可见分光光度计的工作流程如下：0.575光源单色器吸收池检测器显示双光束紫外可见分光光度计则为：双光束紫外可见分光光度计的光路图如下：(2)光吸收定律单色光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律：xxeII⋅-=αdteII⋅-=α0(1)I0：入射光强；I x：透过厚度x的光强；I t：透过膜薄的光强；α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。
透射率T为：deIIT⋅-==αt(2)则deT d⋅==⋅ααln)/1ln(透射光I t即半导体薄膜对不同波长λi 单色光的吸收系数为：dT i i )/1ln(=α (3)2.吸收光谱、半导体材料的能带结构和半导体材料禁带宽度的测量 (1) 吸收光谱以不同波长λi 单色光入射半导体ZnO 薄膜（膜厚d 为593 nm ），测量透射率T i ，由式(3)计算吸收系数αi ；由i i hc h E λν/== 计算光子能量E i ，其中，ν是频率，c 是光速(c =3.0×1017nm/s)，λi 是波长(nm)，h 是普朗克常数= 4.136×10－15s eV ⋅。
半导体测试与分析-PPT精选文档
二探针法
用两根探针借助于电位差计量取 样品表面某两点(实际上是某两 个等位面)间的电位差U，并量出 流经样品的电流值I，即可算出 该两个等位面间的长方体的电阻 值R。精确量出探针间距L及样 品截面积S， 则样品的电阻率为
两个改进措施
1. 补偿法来测量电压，以避免探针与半导体之间 高阻接触对测量结果的影响 2. 两个端电极与被测半导体之间为欧姆接触，因 而避免了少数载流子的注入
半导体电阻率的测量与导体的电阻率测量是有区 别的
1、在金属与半导体接触的界面附近也要产生一个耗尽层。因为金属 的电子密度极高，因而这个耗尽层展宽在半导体一边。耗尽层中只有 不能自由运动的电离杂质，它们不能参与导电，因而这是一个高阻层。 同时，任何两种材料的小面积接触都会在接触处产生扩展电阻。尤其 是对金属—半导体点接触，这个扩展电阻会很大，人们常常把这两个 因接触而产生的高电阻统称为接触电阻。因此，当用欧姆表来测量半 导体时，这个巨大的接触电阻就会使结果面目全非，毫不可信。
2、功函数不同的两种金属制品在接触时也要因接触电势差而在界面
上出现一个电荷偶层，但这个空间电荷层极薄，每边只有约一个原于 层厚，远小于电子的扩散长度，因而对载流子没有阻挡作用。同时， 金属与金属的小面积接触的扩展电阻也很小。因此，上述方法对测量 金属导体的电阻率是精确的。
3、由非平衡载流子的电注入效应可以想到，如果被测半 导体是n型，那么测量电流将通过正电极向半导体注入空 穴；若被测半导体是P型则会从负电极向半导体注入电子。 这些注入的少数载流子在外电场的驱使下向另一电极漂移， 参与导电。在注入电极附近的某一范围内，载流子密度因 此而高于载流子的热平衡密度，因而测量结果不能反映材 料电阻率的真正大小。对于热平衡载流子密度较低的高阻 材料，其接触电阻更大，少子注入的影响也更加严重。
半导体测试与表征技术基础[详细讲解]
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半导体测试与表征技术基础第一章概述（编写人陆晓东）第一节半导体测试与表征技术概述主要包括：发展历史、现状和在半导体产业中的作用第二节半导体测试与表征技术分类及特点主要包括：按测试与表征技术的物理效应分类、按芯片生产流程分类及测试对象分类（性能、材料、制备、成分）等。
第三节半导体测试与表征技术的发展趋势主要包括：结合自动化和计算机技术的发展，重点论述在线测试、结果输出和数据处理功能的变化；简要介绍最新出现的各类新型测试技术。
第二章半导体工艺质量测试技术第一节杂质浓度分布测试技术（编写人：吕航）主要介绍探针法，具体包括：PN结结深测量；探针法测量半导体扩散层的薄层电阻（探针法测试电阻率的基本原理、四探针法的测试设备、样品制备及测试过程注意事项、四探针测试的应用和实例）；要介绍扩展电阻测试系统，具体包括：扩展电阻测试的基本原理、扩展电阻的测试原理、扩展电阻测试系统、扩展电阻测试的样品、扩展电阻法样品的磨角、扩展电阻法样品的制备、扩展电阻测试的影响因素、扩展电阻法测量过程中应注意的问题、扩展电阻法测量浅结器件结深和杂质分布时应注意的问题、扩展电阻测试的应用和实例。
第二节少数载流子寿命测试技术（编写人：钟敏）主要介绍直流光电导衰退法、高频光电导衰退法，具体包括：非平衡载流子的产生、非平衡载流子寿命、少数载流子寿命测试的基本原理和技术、少数载流子寿命的测试。
以及其它少子寿命测试方法，如表面光电压法、少子脉冲漂移法。
第三节表面电场和空间电荷区测量（编写人：吕航）主要包括：表面电场和空间电荷区的测量，金属探针法测量PN结表面电场的分布、激光探针法测试空间电荷区的宽度；容压法测量体内空间电荷区展宽。
第四节杂质补偿度的测量（编写人：钟敏）包括：霍尔效应的基本理论、范德堡测试技术、霍尔效应的测试系统、霍尔效应测试仪的结构、霍尔效应仪的灵敏度、霍尔效应的样品和测试、霍尔效应测试的样品结构、霍尔效应测试的测准条件、霍尔效应测试步骤、霍尔效应测试的应用和实例、硅的杂质补偿度测量、znO的载流子浓度、迁移率和补偿度测量、硅超浅结中载流子浓度的深度分布测量第五节氧化物、界面陷阱电荷及氧化物完整性测量（编写人：钟敏）包括：固定氧化物陷阱和可动电荷、界面陷阱电荷、氧化物完整性测试技术等。
半导体材料能带测试及计算
半导体材料能带测试及计算对于半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有一定的带隙(E g)。
通常对半导体材料而言，采用合适的光激发能够激发价带(VB)的电子激发到导带(CB)，产生电子与空穴对。
图1. 半导体的带隙结构示意图。
在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试十分关键。
通过对半导体的结构进行表征，可以通过其电子能带结构对其光电性能进行解析。
对于半导体的能带结构进行测试及分析，通常应用的方法有以下几种(如图2)：1.紫外可见漫反射测试及计算带隙E g；2.VB XPS测得价带位置(E v)；3.SRPES测得E f、E v以及缺陷态位置；4.通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势；5.通过电负性计算得到能带位置.图2. 半导体的带隙结构常见测试方式。
1.紫外可见漫反射测试及计算带隙紫外可见漫反射测试2.制样：背景测试制样：往图3左图所示的样品槽中加入适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末几乎对光没有吸收，可做背景测试），然后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。
样品测试制样：若样品较多足以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并用盖玻片压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成一系列等质量分数的样品，填充样品槽并用盖玻片压平。
图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图。
1.测试：用积分球进行测试紫外可见漫反射（UV-Vis DRS），采用背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放入到样品卡槽中进行测试，得到紫外可见漫反射光谱。
测试完一个样品后，重新制样，继续进行测试。
•测试数据处理数据的处理主要有两种方法：截线法和Tauc plot法。
截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg）决定于禁带宽度E g。
半导体常规电学参数测试分析PPT学习教案
(4)四探针法测量电阻的侧准条件和测试工艺要求：
1）样品表面 a)为了增大表面复合，降低少子寿命，从而减小少子注入
的影响，试样测量表面一般要求经过粗砂研磨或喷砂处理。 b)要求试样表面具有较高的平整度，且样品厚度以及任一
探针距样品边缘的距离必须大于4倍针距，以满足近似无穷 大的测试条件。 c)各测试点厚度与中心厚度的偏差不应大于±1%。
CT----温度修正系数，与样品的材料、导电类型、掺杂元素 有关系（如书中图1-15）（P14)
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方块电阻的测试
1. 方块电阻的定义
如图1所示，方形薄片，截面积为A，长、宽、厚分别用L、 w、d表示，材料的电阻率为ρ，当电流如图示方向流过时， 若单L位=为w，Ω/这□个。薄层的电阻称为方块电阻，一般用R□表示，
电压表
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2）主要参数
可测硅晶体电阻率：0.005-50000Ω•cm 可测硅棒尺寸：最大长度300mm；直径20mm 探针针距：1.59mm；探针直径Φ0.8mm
探针材料：硬质合金（WC）
电阻测量误差：≤0.3%
3）特点
a、测试范围广。 b、测试精度高。 c、即可测单晶硅，也可测多晶硅（硅芯测试）。 d、要求样品形状规则。 e、需焊接电极。
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二、电阻率的测试方法
按照测量仪器分类：
两探针法
1、接触法：
四探针法 扩展电阻法 范德堡法
❖适用于测量硅单晶切、磨等硅片的电阻率
2、无接触法： C-V法
涡旋电流法
❖测量硅抛光、外延片的电阻率
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三、两种典型的测量方法 1、两探针法 （1）一般金属测试电阻率：
半导体材料测试技术
半导体材料测试技术半导体材料测试技术是现代半导体工业中的关键环节，对半导体芯片的质量和性能进行准确的测量和评估，是保证半导体产品质量的重要手段。
本文将从半导体测试的背景与意义、半导体材料测试的基本原理、常用测试方法以及未来发展方向等四个方面进行详细阐述。
一、半导体测试的背景与意义半导体行业是现代高科技产业的基础，其产品广泛应用于电子设备、通信设备、计算机等各个领域。
而半导体芯片作为半导体产品的核心，其性能和质量在很大程度上决定了整个产品的性能和可靠性。
为了保证半导体产品的质量和竞争力，需要对半导体芯片进行全面的测试，以确保其性能指标符合设计要求，且能在各种应用场景下正常工作。
半导体材料测试技术的研究和应用，对于提高半导体产品的质量、降低缺陷率、提高生产效率等方面具有重要意义。
二、半导体材料测试的基本原理1.电学测试电学测试是半导体材料测试的基础，通过测量材料的电阻、电容、电压等参数，来评估材料的性能和特性。
常用的电学测试方法包括四引线测量法、电学参数测试、电流-电压特性测试等。
2.光学测试光学测试是半导体材料测试中的重要手段，通过测量材料对光的吸收、透射、反射等特性，来评估材料的光学性能。
常用的光学测试方法包括透射光谱分析、反射光谱分析、激发发光等。
3.结构测试结构测试是对半导体材料的外形、形态、组成等进行测量和评估的一种方法。
常用的结构测试方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等。
三、常用测试方法1.失效分析失效分析是对半导体芯片进行故障检测和分析的方法，通过对芯片的电学、光学、结构等多个方面进行全面测试，查找故障点和原因，并提供改进和优化建议。
常用的失效分析方法包括故障模式与效应分析(FMEA)、故障定位、芯片切片分析等。
2.可靠性测试可靠性测试主要是对半导体芯片在不同环境条件下的工作稳定性和寿命进行测试和评估。
常用的可靠性测试方法包括高温老化、湿度测试、可靠性模型分析等。
半导体测试与分析
二探针法
用两根探针借助于电位差计量取 样品表面某两点(实际上是某两 个等位面)间的电位差U，并量出 流经样品的电流值I，即可算出 该两个等位面间的长方体的电阻 值R。精确量出探针间距L及样 品截面积S， 则样品的电阻率为
两个改进措施
1. 补偿法来测量电压，以避免探针与半导体之间 高阻接触对测量结果的影响 2. 两个端电极与被测半导体之间为欧姆接触，因 而避免了少数载流子的注入
半导体的特殊性使我们在测量其电阻率时不能使 用测量金属导体电阻率时通常使用的方法，而必 须使用根据其特点设计的一些专用方法。 探针法、C—V测试法、霍尔测试法等等。 在这些方法中，探针法最简便易行，因而使用面 最广。 探针法依其测试原理分为电位探针法、击穿探针 法、扩展电阻探针法
电位探针法
二探针法的优点和缺点
优点：不受样品尺寸大小的影响和电流源少子注 入的影响等 缺点：对样品的形状和电阻率的均匀性要求严格， 而且还需要大面积的欧姆接触电极，在实际应用 中颇不方便
四探针法
用四探针法测量半导体电阻率的基本实 验装置如图。 四根金属探针相互保持一定距离，同被 测半导体的某一平坦表面接触。恒流源 通过两外侧探针向半导体样品输入稳定 电流I，在样品中产生一稳定电流场，然 后借助于两根内探针测量该电流场中某 两点间的电位差U。电流场理论对各种 样品形状提供了I、U与样品材料电阻率 ρ 之间的函数关系。
九、须对电阻率的测试结果进行温度修正
样品温度不仅与环境温度有关，还与测量电流产 生的欧姆热有关。 简便的办法是在测量电阻率的同时测定被测样品 的实际温度，然后用温度系数把该温度下的电阻 率测量值换算成某个规定温度(例如23℃)下的标 称值。
十、测试电路的选择
半导体测试与分析
半导体测试与分析半导体测试与分析是指对半导体器件进行各种测试和分析的过程。
随着半导体技术的不断发展，半导体测试与分析在半导体制造与研发中的重要性也越来越凸显。
本文将从半导体测试与分析的定义、目的、方法和应用等方面进行详细介绍。
一、半导体测试与分析的定义二、半导体测试与分析的目的1.确保器件的质量和性能符合规定的标准。
半导体器件作为电子产品的核心元件，其性能和质量直接影响到电子产品的性能和质量。
通过测试与分析，可以检测出器件中的缺陷和故障，并进行修复和改进，从而提高器件的质量和性能。
2.了解器件的工作原理和性能指标。
对于半导体器件的研发和设计来说，了解器件的工作原理和性能指标是非常重要的。
通过测试与分析，可以获取到器件的电特性曲线、动态响应以及其他关键参数，从而更好地理解器件的工作原理和性能特点。
3.查找和分析器件故障的原因。
半导体器件在使用过程中可能会出现故障，通过测试与分析可以找到故障的原因，并进行相应的修复和改进。
这对于提高半导体器件的可靠性和稳定性非常重要。
三、半导体测试与分析的方法1.物理测试方法。
物理测试方法是通过对器件进行物理观察和测试，如显微镜观察、导电测试、电镜观察等，来了解器件的结构特点和物理性能。
2.电学测试方法。
电学测试方法是通过对器件的电特性进行测量和分析，如电流-电压曲线测量、参数测试、频率特性测试等，来了解器件的电学性能和特点。
3.功能测试方法。
功能测试方法是通过对器件进行功能测试和性能测试，如功耗测试、性能测试、可靠性测试等，来了解器件的功能和性能指标。
4.分析测试方法。
分析测试方法是通过对器件的测试数据进行分析和处理，如概率分布分析、故障分析、可行性分析等，来了解器件的分析结果和可能存在的问题。
四、半导体测试与分析的应用1.半导体器件制造过程中的测试与分析。
在半导体器件制造过程中，需要对加工过程中的各个环节进行测试与分析，以确保每个环节的工艺参数和质量指标符合要求。
半导体测试与分析
半导体测试与分析半导体测试与分析可以分为两个主要方面：器件测试和性能分析。
器件测试是指对半导体器件参数进行测量，以确保其符合设计规格和要求。
性能分析则是对器件的工作性能进行评估，包括信号传输速度、功耗、散热等方面的测试与分析。
在进行半导体器件测试时，需要使用一系列的测试设备和方法。
常用的测试设备包括示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等。
使用这些设备可以测量器件的电压、电流、频率等参数，以确定器件的静态和动态电特性。
同时，还可以通过测试器件的响应时间、调制带宽等参数，来评估其运行速度和带宽。
半导体器件性能分析则是对器件工作情况进行全面的评估。
其中最常见的性能参数包括器件的工作温度、功耗、噪声、线性度等。
这些参数对于电路的设计和系统的性能都具有重要的影响。
例如，高功耗的器件会导致系统的整体效率降低，而高噪声的器件则会干扰其他电路的正常工作。
为了进行半导体器件测试与分析，需要制定一套完整的测试计划和流程。
首先需要确定测试的目标和要求，明确所需测试的参数和标准。
然后，选择适当的测试设备和方法，并进行测试数据的采集和分析。
最后，根据测试结果进行评估和优化，以提高器件的性能和可靠性。
在进行半导体测试与分析时，还需要注意一些常见的问题和挑战。
例如，测试过程中的电磁干扰可能会导致测试结果的失真，需要采取合适的屏蔽和隔离措施。
同时，不同的半导体器件有不同的测试方法和要求，需要针对具体器件的特点进行适当的调整和改进。
总之，半导体测试与分析是确保半导体器件性能和可靠性的重要环节。
通过全面、准确的测试与分析，可以提高器件的性能、可靠性和一致性，确保其符合设计规格和要求。
这对于电子设备的研发、生产和应用都具有非常重要的意义。
半导体材料_实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉半导体材料的性质，掌握半导体材料的制备方法。
2. 学习使用四探针法测量半导体材料的电阻率和薄层电阻。
3. 掌握半导体材料霍尔系数和电导率的测量方法。
4. 了解太阳能电池的工作原理，并进行性能测试。
二、实验原理1. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，其电导率受温度、掺杂浓度等因素影响。
本实验所用的半导体材料为硅（Si）。
2. 四探针法：四探针法是一种测量半导体材料电阻率和薄层电阻的常用方法。
通过测量电流在半导体材料中流过时，电压的变化，可以得到材料的电阻率和薄层电阻。
3. 霍尔效应：霍尔效应是一种测量半导体材料霍尔系数和电导率的方法。
当半导体材料中存在磁场时，载流子在运动过程中会受到洛伦兹力的作用，导致载流子在垂直于电流和磁场的方向上产生横向电场，从而产生霍尔电压。
4. 太阳能电池：太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置。
本实验所用的太阳能电池为硅太阳能电池，其工作原理是光生电子-空穴对在PN结处分离，产生电流。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：四探针测试仪、霍尔效应测试仪、太阳能电池测试仪、数字多用表、温度计等。
2. 实验材料：硅（Si）半导体材料、太阳能电池等。
四、实验步骤1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在四探针测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算电阻率和薄层电阻。
2. 霍尔效应测量半导体材料霍尔系数和电导率（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在霍尔效应测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算霍尔系数和电导率。
3. 太阳能电池性能测试（1）将硅太阳能电池放置在太阳能电池测试仪上。
（2）按照仪器操作步骤进行测试，记录实验数据。
（3）计算太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子等参数。
五、实验结果与分析1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻根据实验数据，计算得到硅半导体材料的电阻率和薄层电阻分别为：ρ =0.3Ω·m，Rt = 0.1Ω。
半导体材料的测试技术
半导体材料的测试技术半导体材料的测试技术是研究和应用半导体材料的重要手段之一、随着半导体技术的飞速发展，半导体材料的测试技术也得到了广泛的应用和发展，为半导体设备的研发和生产提供了可靠的保障。
下面我们将介绍一些常用的半导体材料测试技术。
1.电学测试技术电学测试技术是研究半导体材料电学性质的重要手段。
通过电学测试，可以对半导体材料的电导率、电阻率、电子迁移率等关键参数进行准确测量，从而评估半导体材料的质量和性能。
常用的电学测试技术包括四探针测试、霍尔效应测试、电导率测量等。
2.光学测试技术光学测试技术是研究半导体材料光学性质的重要手段。
通过光学测试，可以对半导体材料的光吸收、发光、光衰减等关键参数进行准确测量，从而评估半导体材料的光学性能。
常用的光学测试技术包括透射率测量、反射率测量、荧光光谱测量等。
3.结构测试技术结构测试技术是研究半导体材料结构特性的重要手段。
通过结构测试，可以对半导体材料的晶体结构、晶格常数、晶体质量等关键参数进行准确测量，从而评估半导体材料的结构性能。
常用的结构测试技术包括X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等。
4.热学测试技术热学测试技术是研究半导体材料热学性质的重要手段。
通过热学测试，可以对半导体材料的热导率、热膨胀系数、热稳定性等关键参数进行准确测量，从而评估半导体材料的热学性能。
常用的热学测试技术包括热电偶测量、热导率测量、热膨胀测量等。
除了上述常用的测试技术外，还有一些先进的测试技术在半导体材料的研究中得到了广泛应用，例如电子自旋共振、拉曼光谱等。
这些先进的测试技术在研究半导体材料的微观结构、电子态结构等方面具有独特的优势，可以提供更加详细和准确的信息。
总之，半导体材料的测试技术对于研究和应用半导体材料起着至关重要的作用。
各种测试技术的综合应用，可以全面了解半导体材料的性质和特征，为半导体器件的设计、制造和应用提供有力支持。
《半导体器件特性的测量与分析》报告
半导体器件特性的测量与分析引言近几十年来，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。
本实验的目的是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。
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实验采用的微机半导体器件特性测试仪，可以用来显示半导体器件的输入特性、输出特性、转移特性曲线；可以测量器件的电流放大系数、跨导、开启电压、夹断电压等一系列参数；具有教学演示模式和普通测量模式。
完整的测量系统，由测量主机和计算机系统组成。
测量主机通过EPP接口与微型计算机系统连接。
实验内容用XJ4810型半导体管特性图示仪测量双极型三极管、结型场效应管和各种类型二极管。
（1）了解图示仪的电路结构框图并掌握面板各旋钮用途。
（2）测量双极型晶体管3DG6C（NPN型硅管）的特性和参数：一般三极管管脚的辨认，把管脚朝向观察者，管脚的位置如图6.2-4所示。
二极管的管脚通常为一长一短，长者为正。
晶体管的管脚与图示仪的C，B，E三个接入端头（或插口）的连接法见图6.2-5。
①测量共射极电路的输出特性图6.2-6是3DG6管的输出和输入特性曲线，供参考。
半导体材料测试技术
半导体材料测试技术半导体材料测试技术是指对半导体材料进行表征和性能测试的一系列技术方法和工具。
半导体材料是电子器件制造与应用的基础，而半导体材料的质量和性能对电子器件的性能和可靠性有着直接的影响。
因此，了解和掌握半导体材料的性能及其测试方法是十分重要的。
1.结构表征技术：通过采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等仪器，对半导体材料的晶体结构、晶格缺陷等进行分析和表征。
同时可以通过X射线衍射(XRD)技术对材料的晶格常数、晶体结构和材料的纯度进行分析。
2.光学特性测试技术：光学特性测试主要包括折射率、透明度、吸收谱、发射谱等光学性质的测试。
通过光学显微镜、紫外可见分光光度计、激光扫描显微镜等设备来进行测试。
3.电学特性测试技术：电学特性测试是对半导体材料的电导率、电介质常数、击穿电压等电学性质进行测试。
常见的测试设备包括电阻测试仪、电容测试仪、电压源/电流源等。
4.磁学特性测试技术：磁学特性测试主要是对半导体材料的磁化强度、磁畴结构等进行测试。
通过霍尔效应测试仪、磁学测试仪等设备来进行测试。
5.热学特性测试技术：热学特性测试主要是对半导体材料的热导率、热膨胀系数等进行测试。
热电测试仪、热膨胀仪等设备可以用来进行这方面的测试。
此外，还有一些特殊的测试技术，如电子能谱、质谱等，可以用来对半导体材料的表面组分和杂质掺杂进行分析。
综上所述，半导体材料测试技术是对半导体材料进行各种性能指标测试的一系列方法和工具的集合。
掌握这些测试技术，可以对半导体材料的质量和性能进行准确分析，为电子器件的研发和生产提供有力的支撑。
半导体器件可靠性与测试和主要研究内容
失效分析和反馈纠正措施可以显著提高器件的成品率和可靠性，减 少系统试验和现场使用期间的失效器件。
系统试验和现场使用期间发生故障的经济损失很大，排除故障的维 修费用颇高，并且这种费用随着可靠性等级的提高而指数地上升。
绪论
半导体可靠性物理学
绪论
主要的失效机理
指器件失效的实质原因。即引起器件失效的物理或化学过程。
设计问题引 起的缺陷
体内退化 机理
氧化层 缺陷
金属化系 统退化
封装退化 机理
•版图 •工艺方案 •电路和结构
•二次击穿 •CMOS闩锁效应 •中子辐射损伤 •重金属沾污 •材料缺陷
•针孔 •厚度不均匀 •接触孔钻蚀 •介质击穿等
半导体器件可靠性与测试和主要 研究内容
课程目的
课程的目的
1. 了解半导体器件可靠性研究的发展过程 2. 熟悉引起半导体电路失效的主要模式 3. 熟悉引起器件退化的主要退化机制 4. 基本掌握器件退化的主要表征技术和检测方法
课程要求
课程的要求
1. 知道引起MOS电路失效的主要几种失效模式 主要的失效规律
设计问题引起的缺陷体内退化机理氧化层缺陷金属化系统退化封装退化机理?版图?工艺方案?电路和结构?二次击穿?cmos闩锁效应?中子辐射损伤?重金属沾污?材料缺陷?针孔?厚度不均匀?接触孔钻蚀?介质击穿等?金铝合金?电迁移?铝腐蚀?铝划伤?铝缺口?台阶断铝?过电应力烧毁?管腿腐蚀?管腿损伤?漏气?外来物引起漏短路?绝缘珠裂缝?标志不清工艺和设计的纠正措施工艺质量控制可靠性试验使用和设计的纠正措施原材料生产工序工艺筛选机器装调和运行工艺规范失效分析产品筛选绪论器件失效分析的作用半导体器件的可靠性两个概念绪论研究领域和任务不同之处
半导体材料能带测试及计算
半导体材料能带测试及计算半导体材料能带测试及计算对于半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有⼀定的带隙(Eg)。
通常对半导体材料⽽⾔，采⽤合适的光激发能够激发价带(VB)的电⼦激发到导带(CB)，产⽣电⼦与空⽳对。
图1. 半导体的带隙结构⽰意图。
在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试⼗分关键。
通过对半导体的结构进⾏表征，可以通过其电⼦能带结构对其光电性能进⾏解析。
对于半导体的能带结构进⾏测试及分析，通常应⽤的⽅法有以下⼏种(如图2)：1.紫外可见漫反射测试及计算带隙Eg；2.VB XPS测得价带位置(Ev)；3.SRPES测得Ef 、Ev以及缺陷态位置；4.通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势；5.通过电负性计算得到能带位置.图2. 半导体的带隙结构常见测试⽅式。
1.紫外可见漫反射测试及计算带隙紫外可见漫反射测试2.制样：背景测试制样：往图3左图所⽰的样品槽中加⼊适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末⼏乎对光没有吸收，可做背景测试），然后⽤盖玻⽚将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成⼀个平⾯，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。
样品测试制样：若样品较多⾜以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并⽤盖玻⽚压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成⼀系列等质量分数的样品，填充样品槽并⽤盖玻⽚压平。
图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图。
1.测试：⽤积分球进⾏测试紫外可见漫反射（UV-Vis DRS），采⽤背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放⼊到样品卡槽中进⾏测试，得到紫外可见漫反射光谱。
测试完⼀个样品后，重新制样，继续进⾏测试。
测试数据处理数据的处理主要有两种⽅法：截线法和Tauc plot法。
截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg ）决定于禁带宽度Eg。
半导体测试技术第五章资料
第五章IV-CV表征(IV（current-voltage）and CV（capacitance－voltage）Characterization)§1. 简介z IV（current-voltage）和CV（capacitance－voltage）测量是测量材料电学性能的重要手段，从广义上说就是通过测量材料或器件的电压－电流或电压－电容之间的内在关系来获得材料的电学性质，例如电阻率、导电类型、载流子浓度等。
IV、CV测试的应用范围很广，在电子元器件、通讯、传感器等领域都发挥着重要的作用。
特别是近年来随着微电子行业的快速发展，半导体元器件的尺寸越来越小，对硅晶片的均匀性、杂质浓度分布、晶体管的参数以及整个集成电路器件的失效性分析的测试显得更加重要。
世界著名的测试设备生产厂商如吉时利(Keithley)和安捷伦(Agilent)都推出了IV和CV测试功能整合在一起的测试设备，用于半导体行业的元器件参数测试和失效性分析，这种仪器统称为半导体参数测试仪，具有功能模块化设计，电脑自动控制，测试快速和结果图形化显示等优点，本章所讨论的IV、CV测试主要就是指使用半导体参数测试仪检测半导体器件的IV和CV特性的方法，这在半导体性能测试中具有非常重要的实用意义¾半导体器件种类很多，应用广泛，例如各种晶体管：二极管、三极管、场效应管、晶闸管等，而由各种晶体管和连线组成的集成电路更加多种多样，功能各异。
¾对于半导体器件，根据不同的功能和需要，所要测试的电学参数也各不相同，一般包含电阻率、导电类型、极性、载流子浓度、迁移率、少子寿命、载流子浓度分布等。
¾半导体材料和器件的电学性能测量有很多种方法，例如扩展电阻、四探针、三探针、IV、CV及Hall测量等。
¾I-V测试的是器件两端在施加不同电压时的电流特性。
得到的是关于器件的输运性质的参数如电阻率、载流子浓度、二极管的整流特性等。
1.半导体材料导电类型的测定
实验1 半导体材料导电类型的测定1．实验目的通过本实验学习判定半导体单晶材料导电类型的几种方法。
2．实验内容用冷热探针法和三探针法测量单晶硅片的导电类型。
3．实验原理3.1半导体的导电类型是半导体材料重要的基本参数之一。
在半导体器件的生产过程中经常要根据需要采用各种方法来测定单晶材料的导电类型。
测定材料导电类型的方法有很多种，这里介绍常用的几种测定导电类型的方法，即冷热探针法、单探针点接触整流法和三探针法。
3.1.1 冷热探针法冷热探针法是利用半导体的温差电效应来测定半导体的导电类型的。
在图1a中，P型半导体主要是靠多数载流子——空穴导电。
在P型半导体未加探针之前，空穴均匀分布，半导体中处处都显示出电中性。
当半导体两端加上冷热探针后，热端激发的载流子浓度高于冷端的载流子浓度，从而形成了一定的浓度梯度。
于是，在浓度梯度的驱使下，热端的空穴就向冷端做扩散运动。
随着空穴不断地扩散，在冷端就有空穴的积累，因而带上了正电荷，同时在热端因为空穴的欠缺(即电离受主的出现)而带上了负电荷。
上述正负电荷的出现便在半导体内部形成了由冷端指向热端的电场。
于是，冷端的电势便高于热端的电势，冷热两端就形成了一定的电势差，这一效应又称为温差电效应，这个电势差又称为温差电势。
如果此时在冷热探针之间接入检流计，那么，在外电路上就会形成由冷端指向热端的电流，检流计的指针就会向一个方向偏转。
从能带的角度来看，在没有接入探针前，半导体处于热平衡状态，体内温度处处相等，主能带是水平的，费米能级也是水平的。
在接入探针以后，由于冷端电势高于热端电势，所以冷端主能带相对于热端主能带向下倾斜，同时由于冷端温度低于热端，故热端的费米能级相对于冷端的费米能级来说，距离价带更远，如图1b所示。
如果我们将上述的P型半导体换成N型半导体，则电子做扩散运动，在冷端形成积累。
由于电子带有负电荷，所以，冷端电势低于热端电势，在外电路形成的电流从热端指向冷端，检流计向另一方向偏转。
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在上述辐射复合机构中，前两种 属于本征机构，后面几种则属于非本 征机构。由此可见，半导体的光致发 光过程蕴含着材料结构与组份的丰富 信息，是多种复杂物理过程的综合反 映，因而利用光致发光光谱可以获得 被研究材料的多种本质信息。
二、仪器及测试
• 测量半导体材料的光致发光光谱的基 本方法是，用紫外、可见或红外辐射 等激发光源产生能量大于被测材料的 禁带宽度Eg、且电流密度足够高的光 子流去入射被测样品，同时用光探测 器接受并识别被测样品发射出来的光 ，分析该材料的光学特性。
不同温度下GaN的光致发光
• 随温度升高,晶 格振动增强光 谱的半峰宽度 明显地增大， 峰值波长向长 波方向移动。 光谱中的肩峰 逐渐消失。形 成一宽的谱带
• 进而通过拟合 可以得到温度 和半峰宽之和 的关系
• 光致发光可以提供有关材料的结构、成分 及环境原子排列的信息，是一种非破坏性 的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更 使这类分析方法深入到微区、选择激发及 瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要 的研究手段，应用到物理学、材料科学、 化学及分子生物学等领域，逐步出现新的 边缘学科。
TRIAX550 PL谱仪
样品架
制冷仪
光致发光光谱测量装置示意图
测试步骤：
1. 放置样品(晶片，粉体，薄膜) 2. 抽真空 3. 降温 4. 激光器使用 5. 光谱仪自检 6. 校准 7. 样品发光光谱测量 8. 变温测量 9. 变功率测量 10.关机
三、PL谱的应用
• 由于PL谱与晶体的电子结构（能带结 构）、缺陷状态、和杂质等密切相关 ，因此，光致发光被广泛用来研究半 导体晶体的物理特性。
A对应自由激子谱区,其峰值能 量为3.57eV,大于体GaN材料的带隙 能量,说明GaN和衬底间大的失配( 晶格失配为13.8,热失配为25.5)虽 经过渡层仍未将其压缩应力完全消 除。13.8meV的半峰宽是谱峰交叠 的结果。无法确定自由激子从导带 到三个不同价带跃迁的精细结构。
B和C对应于束缚激子区。B对 应于束缚于N空位相关的中心施主 [Dº、x],C对应束缚于深受主的[ Aºd、x],其峰值能量分别为 3.476eV和3.467eV。其半峰宽分别 为10.8meV和15.6meV。
应用领域举例：
LED外延片，太阳能电池材料，半导体晶 片，半导体薄膜材料等检测与研究。
在IIK温度下,用很弱的激光激发GaN所测量 光致发光的光谱图示如。通过高斯型分峰拟 合得到A、B、C、D四个谱峰。
用MOCVD技术在Al2O3衬底上外延GaN的光致发光研究 中国科学院长春物理研究所 高瑛、缪国庆等人
D是氧杂质作用于替位受主的 结果,峰值能量为3.419eV,半峰宽 度为500meV。由于深能级与晶格间 较强的耦合会使光谱宽度明显增加 。这与氧产生峰值能量在3.414 ～ 3.422eV光谱的结果一致，B-C确定 了NH3中的氧和离子注入的氧所形 成光谱的峰值能量为 3.424eV(4.2K)。这些数据证实了 在样品中存在着氧的影响。
• 从微观上讲，光致发光可以分为两个 步骤：
第一步是以光对材料进行激励， 将其中电子的能量提高到一个非平衡 态，也就是所谓的“激发态”；
第二步，处于激发态的电子自发 地向低能态跃迁，同时发射光子，实 现发光。
• 光致发光：通过光 照射使系统跃迁到 E6 激发态，再通过非 E5 平衡辐射发光
• 基本原理：设系统 的能级结果如图所 E2 示，E0是基态， E1-E6是激发态， 受到激发后，系统 从低能级被激发到 高能级，再从高能 E0 级跃迁到低能级， 其中，E2 到E1或 E0有可能发光
束
缚
浅
自 由 载 流
e-h 自 e-h 由 声子参与
激 子 复 e-A 合
能 级 与 本 征 带
子激 复子
间 的 载
合复 合
D-h 流
子
复
合
施 主 e-D+ 受 主 对 符 通 过 深
D-A 能
级 的 复 合
(c)
半导体中各种复合过程示意图（a）带间跃迁（b） 带－杂质中心辐射复合跃迁（c）施主－受主对辐射 复合跃迁
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• 光致发光光谱（Photoluminescence,简称 PL)，指物质吸收光子（或电磁波）后重新 辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子 力学理论上，这一过程可以描述为物质吸 收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低 能态，同时放出光子的过程。光致发光是 多种形式的荧光（Fluorescence）中的一 种。
半导体材料测试与分析
一、光致发光的基本原理
• 1. 定义：光致发光(Photoluminescence) 指的是以光作为激励手段，激发材料中的 电子从而实现发光的过程。它是光生额外 载流子对的复合过程中伴随发生的现象。
• 2. 基本原理：由于半导体材料对能量高于 其吸收限的光子有很强的吸收，因此在材 料表面约1μm厚的表层内，由本征吸收产 生了大量的额外电子-空穴对，使样品处于 非平衡态。这些额外载流子对一边向体内 扩散，一边通过各种可能的复合机构复合 。其中，有的复合过程只发射声子，有的 复合过程只发射光子或既发射光子也发射 声子。
• 光致发光光谱的测试以其简单、可靠 ，测试过程中对样品无损伤等优点而 得到广泛的应用。
PL可以应用于：
（1）带隙检测、（2）缺陷检测、（3）复合机 制以及材料品质鉴定、（4）对少子寿命的研究、 （5）测定半导体固溶体的组分、（6）测定半导体 中浅杂质的浓度、（7）半导体中杂质补偿度的测 定、（8）对半导体理论问题的研究等。