半导体物理实验报告..
半导体物理实践报告(2篇)
第1篇一、实验背景随着科技的飞速发展，半导体材料在电子、光电子和微电子等领域扮演着至关重要的角色。
半导体物理作为研究半导体材料基本性质和器件原理的学科，对于理解和设计新型半导体器件具有重要意义。
本实验旨在通过一系列实践操作，加深对半导体物理基本概念的理解，并掌握相关实验技能。
二、实验目的1. 理解半导体材料的能带结构及其与载流子浓度的关系。
2. 掌握半导体物理实验的基本操作和数据处理方法。
3. 通过实验验证半导体物理的基本理论。
4. 培养学生的科学实验能力和团队合作精神。
三、实验原理1. 能带结构：半导体材料的能带结构是其基本性质之一。
本实验通过测量半导体的导电性，分析其能带结构，并探讨载流子浓度与温度的关系。
2. 载流子浓度：载流子浓度是描述半导体导电性的重要参数。
本实验通过测量不同温度下的载流子浓度，分析其与温度的关系。
3. PN结：PN结是半导体器件中最基本的结构之一。
本实验通过测量PN结的正向和反向电流，分析其特性。
四、实验器材与步骤1. 实验器材：- 半导体样品（如硅、锗等）- 数字万用表- 温度控制器- 电源- 接地线- 连接线2. 实验步骤：（1）将半导体样品连接到数字万用表上，设置测量模式为电阻测量。
（2）逐渐改变温度，记录不同温度下的电阻值。
（3）绘制电阻-温度曲线，分析半导体材料的能带结构。
（4）通过公式计算载流子浓度，分析其与温度的关系。
（5）搭建PN结电路，测量正向和反向电流。
（6）分析PN结的特性，如正向导通和反向截止等。
五、实验结果与分析1. 能带结构分析：通过实验测得的电阻-温度曲线，可以观察到半导体材料的电阻随温度的升高而减小。
这表明半导体材料的能带结构在温度升高时发生变化，载流子浓度增加。
2. 载流子浓度分析：根据实验数据，通过公式计算得出载流子浓度随温度的升高而增加。
这符合半导体物理理论，即温度升高，电子和空穴的激发能量增加，导致载流子浓度增加。
3. PN结特性分析：通过测量PN结的正向和反向电流，观察到PN结在正向偏置时导通，反向偏置时截止。
半导体物理实验报告1
学号 姓名 实验室 实验时间：第 11 周 星期 三 第 9-11 节 指导老师 实验名称半导体电阻率的测量实验目的1．掌握电阻率的概念和意义。
2．掌握四探针法测量电阻率的原理。
3．熟悉SDY —4型四探针测试仪的操作。
实验设备 及型号 SDY —4型四探针测试仪软件硬件 原理：1． 电阻率对任意薄层半导体，有R wρ=□，其中ρ为半导体的电阻率，单位为cm Ω⋅。
有1ρσ=，σ即半导体的电导率，单位为/S cm 。
有n p nq pq σμμ=+。
∴1n pnq pq ρμμ=+。
电阻率取决于载流子浓度和载流子迁移率。
其中，载流子在半导体中运动受到电离杂质、晶格振动（声学波散射、光学波散射）散射。
有1111isoμμμμ=++。
（i μ、s μ、o μ分别表示只有一种散射机制（电离杂质、声学波、光学波）存在时的迁移率。
）迁移率与杂质浓度和温度有关，同时，载流子浓度也与杂质浓度和温度密切相关。
所以电阻率随杂志浓度和温度而异。
轻掺杂时，电阻率与杂质浓度成简单的反比关系；杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。
温度较低时，电阻率随温度升高而下降；室温下，电阻率随温度升高而增大；高温时，电阻率随温度升高而急剧下降。
2．四探针法测电阻率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探针间通过电流I （mA ），2、3探针间就产生一定的电压V(mV)。
按下列公式计算样品的方块电阻：()()V W D F F W Fsp I S S ρ=⨯⨯⨯⨯ cm Ω⋅其中，D:样品直径；S ：平均探针间距；W ：样品厚度； Fsp ：探针修正系数；F(W/S)：样品厚度修正系数； F(D/S)：样品直径修正系数； I ：1、4探针流过的电流值； V ：2、3探针间取出的电压值。
3. SDY —4型四探针测试仪的使用设计思想及流程图实 验原 理及 实 验 步骤源代码及注释实验步骤面板介绍：K7：电流换向按键K6：测量/电流方式选择按键（开机时自动在电流位）K5：/Rρ□测量选择按键（开机时自动设置在R□）K4、K3、K2、K1：测量电流量程选择按键W1：电流粗调电位器W2：电流细调电位器L：主机数字及状态显示器实验内容及步骤：1．开启主机电源，预热5分钟。
半导体物理与器件实验报告..
课程实习报告HUNAN UNIVERSITY题目：半导体物理与器件学生姓名：周强强学生学号：20100820225专业班级：通信二班完成日期：2012.12.22运行结果截图：2.2 函数(),cos(2/)Vx t x t πλω=-也是经典波动方程的解。
令03x λ≤≤，请在同一坐标中绘出x 的函数(),Vx t 在不同情况下的图形。
(1)0;(2)0.25;(3)0.5;(4)0.75;(5)t t t t t ωωπωπωπωπ=====。
3.27根据式（3.79），绘制出0.2()0.2F E E eV -≤-≤范围内，不同温度条件下的费米-狄拉克概率函数：()200,()300,()400a T K b T K c T K ===。
4.3 画出a （）硅，b （）锗，c （）砷化镓在温度范围200600K T K ≤≤内的本征载流子浓度曲线（采用对数坐标）。
4.46 已知锗的掺杂浓度为153a =310cm N -⨯，d =0N 。
画出费米能级相对于本征费米能级的位置随温度变化200600)K T K ≤≤（的曲线。
5.20硅中有效状态密度为 193/2c 2.810()300T N =⨯ 193/21..0410()300TN ν=⨯ 设迁移率为 3/2n =1350300T μ-⎛⎫⎪⎝⎭3/2=480300T ρμ-⎛⎫⎪⎝⎭设禁带宽带为g =1.12V E e ，且不随温度变化。
画出200600K T K ≤≤范围内，本征电导率随绝对温度T 变化的关系曲线。
6.34 n 型硅样品的掺杂浓度为16310dN cm -=，产生的过剩载流子的浓度为()1443()10exp /10p x x cm δ--=-。
在140410x ≤≤⨯范围内，绘出Fi FpE E -随x 变化的函数。
7.4均匀掺杂的GaAspn 结，其掺杂浓度为183163510,510a d N cm N cm --=⨯=⨯。
PN结的物理特性—实验报告
半导体PN 结的物理特性实验报告姓名：陈晨 学号：12307110123 专业：物理学系 日期：2013年12月16日 一、引言半导体PN 结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN 结的伏安特性是半导体物理学的重要内容。
本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测量弱电流，研究PN 结的正向电流I ，正向电压U ，温度T 之间的关系。
本实验桶过处理实验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k 与0K 时材料的禁带宽度E ，加深了对半导体PN 节的理解。
二、实验原理 1、 PN 结的物理特性（1）PN 结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P 型半导体，即有多余电子的半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN 结。
（2）PN 结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN 结的正向电流I 与正向电压U 之间存在关系 ①，其中I S 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，e 为电子电量。
在常温（T=300K ）下和实验所取电压U的范围内， 故①可化为 ②，两边取对数可得 。
（3）当温度T 不变时作lnI-U 图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT ，带入已知常数e 和T ，便得玻尔兹曼常数k 。
2、反向饱和电流I s（1）禁带宽度E ：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。
对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。
（2）根据半导体物理学的理论，理想PN 结的反向饱和电流Is 可以表示为③，代入②得 ，其中I 0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度．E 为0K时材料的禁带宽度。
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告
半导体霍尔系数与电导率测量实验报告实验目的：1.了解半导体材料的霍尔效应原理及其在物理中的应用；2.学习使用霍尔测量仪器测量半导体样品的霍尔系数和电导率。
实验仪器和材料：1.霍尔效应实验装置2.N型半导体样品3.针对净电荷携带型的霍尔探头4.模拟多用表5.直流电源实验原理：霍尔效应是指在电流通过垂直于磁场和电流方向的导体时，引起的横向电场现象。
在半导体材料中，载流子（电子或空穴）在外加磁场下发生漂移运动，从而在横向形成一电场，这个现象称为霍尔效应。
霍尔效应与材料的类型（N型或P型）、载流子类型（电子或空穴）、载流子浓度和电导率等因素有关。
霍尔系数与电导率有着密切的关系。
霍尔系数RH的定义为，当载流子在单位尺寸、单位载流密度和单位磁感应强度下受到的洛伦兹力，与单位电场大小的比值。
电导率σ与半导体样品的电阻率ρ之间有如下关系：σ=1/ρ。
因此，通过测量霍尔系数和电阻率，可以确定半导体材料的电导率。
实验步骤：1.将霍尔样品插入霍尔探头中，确保霍尔探头正面与样品接触良好。
2.将多用表调至电压测量模式并连接至霍尔探头，用以测量霍尔电压。
将直流电源连接至样品和导线，调整电压和电流的大小。
3.调节磁场大小，将霍尔探头放置于磁场中，使其垂直于电流方向。
记录多用表上的霍尔电压和电流读数。
4.重复步骤3，分别调整电流方向为正和负，记录相应的霍尔电压和电流读数。
5.根据测量得到的数据，计算霍尔系数和电导率。
实验结果：根据实验测得的数据，计算得到霍尔系数和电导率。
实验讨论与分析：1.对实验结果进行合理性分析，比较不同试样的霍尔系数和电导率。
结论：通过实验测量分析，得到了半导体样品的霍尔系数和电导率。
同时，对实验结果进行分析和讨论，深入理解了霍尔效应在半导体材料中的应用。
半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验报告
引言： 导电性介于绝缘体和导体之间的物质称为半导体，半导体分为 P 型半导体和 N 型半导
体。当 P 型半导体和 N 型半导体相互接触时，形成 PN 结。半导体 PN 结电流—电压关系特 性是半导体器件的基础。
本实验通过一个简单电路测量通过 PN 结的扩散电流与 PN 结电压之间的关系，并证实 PN 结的电流与电压遵循指数关系。同时通过实验数据求得波尔兹曼常数。 实验原理 1、 弱电流的测量。
������0
������������
与1的拟合曲线：
������
图
5
������0������������~
1图
������
拟合公式：y = A������−������������ + ������0
式中：A = (1.5 ± 0.6) × 1014，t = （7.0 ± 0.1) × 10−5 ，������0 = （ − 5.2 ± 0.4） × 10−7 R-Square=0.99931 , R-Square 接近于 1， 数据点线性关系很好。
拟合结果：������0������������ = 1.5 × 1014 × ������−7.0×110−5������ − 5.2 × 10−7
拟合结果和（6）对比可得−
������������ ������������
=
−
1 t������
,
所以
0k
时的禁带宽度
E0
=
������ ������
实验结果 1、 PN 结正向电流与电压的关系。
表 1 PN 结正向电压 U1 与正向电流对应电压 U2 的关系
实验序号
半导体实验报告
半导体物理实验报告
班级：
学号：
姓名：
实验一 MOS结构C—V特性测试一、实验目的
二、实验器材
三、实验说明
四、实验内容和步骤
五、实验结果整理
六、实验心得体会
七、回答思考题
当栅压在形成反型层之前迅速突变时，高频C-V特性将发生怎样的变化？
实验二霍尔效应测量载流子浓度实验一、实验目的
二、实验器材
三、实验说明
四、实验内容和步骤
五、实验结果整理
六、实验心得体会
七、回答思考题
如何通过洛仑兹力方向和输出霍尔电压的正负来判断半导体样品的极性？
实验三霍尔效应测量载流子迁移率实验一、实验目的
二、实验器材
三、实验说明
四、实验内容和步骤
五、实验结果整理
六、实验心得体会
七、回答思考题
思考样品尺寸参数误差会给霍尔效应测试实验带来怎样的误差？
实验四太阳能电池光伏效应实验
实验四太阳能电池光伏效应实验一、实验目的
二、实验器材
三、实验说明
四、实验内容和步骤
五、实验结果整理
六、实验心得体会
七、回答思考题
为什么要把PN结串联起来用作太阳能电池？串联数目多少是由那些因素决定？。
半导体实验报告
半导体实验报告一、实验目的本次半导体实验旨在深入了解半导体材料的特性和相关器件的工作原理，通过实验操作和数据测量，掌握半导体物理性能的测试方法，以及分析和解决实验中遇到的问题。
二、实验原理（一）半导体的导电特性半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电导率会随着温度、杂质浓度等因素的变化而发生显著改变。
这是由于半导体中的载流子（电子和空穴）浓度受到这些因素的影响。
（二）PN 结的形成与特性当 P 型半导体和 N 型半导体接触时，会在接触面形成 PN 结。
PN 结具有单向导电性，即在正向偏置时导通，反向偏置时截止。
（三）半导体器件的工作原理以二极管为例，其核心就是 PN 结。
当二极管正向偏置时，电流容易通过；反向偏置时，只有极小的反向饱和电流。
三、实验设备与材料（一）实验设备1、半导体特性测试仪2、数字示波器3、电源4、恒温箱（二）实验材料1、硅二极管若干2、锗二极管若干3、不同掺杂浓度的半导体样品四、实验步骤（一）测量二极管的伏安特性1、将二极管接入测试电路，缓慢改变施加在二极管两端的电压，从正向 0V 开始，逐步增加到较大的正向电压，然后再从 0V 开始，逐步增加到较大的反向电压。
2、记录不同电压下通过二极管的电流值。
（二）研究温度对二极管特性的影响1、将二极管放入恒温箱，设置不同的温度（如 20℃、50℃、80℃等）。
2、在每个温度下，重复测量二极管的伏安特性。
（三）测量半导体样品的电阻随温度的变化1、用四探针法测量半导体样品在不同温度下的电阻值。
2、记录温度和对应的电阻值。
五、实验数据与结果（一）二极管伏安特性1、硅二极管正向特性：在较低的正向电压下，电流增长缓慢；当电压超过一定阈值后，电流迅速增加。
反向特性：反向电流很小，且随着反向电压的增加基本保持不变，直到达到反向击穿电压。
2、锗二极管正向特性：与硅二极管相比，正向导通电压较低。
反向特性：反向饱和电流较大。
（二）温度对二极管特性的影响随着温度升高，二极管的正向导通电压降低，反向饱和电流增大。
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。
半导体教学实验报告
一、实验目的1. 了解半导体材料的基本特性。
2. 学习半导体器件的基本原理和结构。
3. 掌握半导体器件的测试方法。
4. 培养学生的动手能力和实验技能。
二、实验原理半导体材料是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。
本实验主要研究半导体二极管和晶体管的特性。
1. 半导体二极管：二极管是一种具有单向导电特性的半导体器件。
其正向导通时，正向电压达到一定值后，电流迅速增大；反向截止时，反向电压增加，电流几乎为零。
2. 晶体管：晶体管是一种放大器件，具有电流放大作用。
本实验主要研究晶体管的电流放大特性。
三、实验仪器与材料1. 仪器：万用表、信号发生器、示波器、半导体二极管、晶体管（NPN和PNP 型）、电阻、电容等。
2. 材料：实验电路图、实验数据记录表等。
四、实验步骤1. 半导体二极管特性测试（1）搭建实验电路，如图1所示。
（2）使用万用表测量二极管的正向电压和反向电压。
（3）观察并记录二极管的正向导通和反向截止特性。
2. 晶体管放大特性测试（1）搭建实验电路，如图2所示。
（2）使用信号发生器产生一定频率和幅值的正弦波信号。
（3）使用示波器观察输入信号和输出信号的变化。
（4）调节电阻值，观察晶体管的电流放大特性。
五、实验数据与分析1. 半导体二极管特性测试（1）正向电压：Vf = 0.7V（2）反向电压：Vr = 20V（3）二极管导通和截止特性符合理论分析。
2. 晶体管放大特性测试（1）输入信号：频率f = 1kHz，幅值Vp-p = 1V（2）输出信号：频率f = 1kHz，幅值Vp-p = 10V（3）晶体管放大倍数：A = Vp-p_out / Vp-p_in = 10六、实验结论1. 本实验成功验证了半导体二极管和晶体管的基本特性和工作原理。
2. 通过实验，加深了对半导体器件的理解，提高了动手能力和实验技能。
七、实验反思1. 在实验过程中，需要注意实验仪器的使用方法和注意事项。
2. 在搭建实验电路时，要严格按照电路图进行，确保电路连接正确。
【精品】半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验报告
【精品】半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验报告
一、实验目的
本实验的目的是要了解半导体PN结的物理特征，并通过相关实验来考察和测量PN结
的特性。
二、实验原理
PN结是半导体电子器件的最基本结构，由掺杂的德勒普及层组成，它们具有非常重要的物理和化学特性，被广泛用在微电子器件中。
它由半导体表面凹凸不平、绝缘体或金属
覆盖层、P型和N型掺杂层组成，当它处于正向偏置时，在P掺杂表面之间就会形成可以
用于传输电子的“及P全”，可以传输能量的“及N层”，成功实现一定电压后形成电流
流动，因而功能实现。
因此，熟悉和理解N插头所具有的物理特性，对于设计和制作微电
子器件有着重要的意义。
三、实验结果与分析
实验表明，本次实验通过测量PN结的电压-电流特性和功耗特性，获得了精确的数据。
发现当电压由零改变时，当电压较低时，流过PN结的电流较小，对结的功耗也较低，但
随着电压的增加，电流和功耗也随之增大，这说明具有较强的正序特性，而电压超过一定
限值后，电流和功耗就不再增加，这说明其具有稳定的拐点，可以有效的控制PN结的特性。
四、结论
本次实验通过测量PN结的电压-电流特性和功耗特性，获得了精确的数据，得出了相
应的结论：PN结具有较强的正序特性，具有稳定的拐点，可以有效控制其特性。
通过本次实验，我们不仅能够深入理解半导体PN结的物理特性，还可以更好地应用于微电子器件中。
半导体物理实验报告
时间
13:51:31 13:54:49 13:55:41 13:56:28 13:57:19 13:58:11 13:58:58 13:59:37 14:00:13
平均百分变化
7
经过计算，R̿ = 44.154kΩ/□ 最大值 Rmax=44.59 kΩ/□ 最小值 Rmin=44.07 kΩ/□ 最大百分变化=1.18% 方块电阻波动图为
反向电 压(mV)
22.03 22.06 22.3 22.07 22.03 22.07 22.07 22.01 22.02
电阻率 k
Ω·cm 2.203 2.206 2.23 2.207 2.203 2.207 2.207 2.202 2.202
电导率 (s/cm)
4.54E-04 4.53E-04 4.48E-04 4.53E-04 4.54E-04 4.53E-04 4.53E-04 4.54E-04 4.54E-04
10
三、 实验设备
如图 2.2，霍尔效应试验箱
接线方式如图 2.3
四、 实验数据及处理分析
1、 当 IM=400mA 不变时，改变 ICH，得到 11 组实验数据
ICH(mA) 1
1.5 2
2.5 3
3.5 4
4.5 5
5.5 6
V1 73.6 110.2 146.2 183.2 219.7 256.2 292.6 329.5 365.4 402.4 438.5
为什么？ 不能进行较为准确的测量。其一、接触电阻的影响严重。探针与半导体接触产生一定厚 度的耗尽层，耗尽层是高阻的。另外探针和半导体之间不像与金属之间一样很好的接触, 还 会产生一个额外的电阻, 称为扩展电阻，两者都是接触电阻，通常都很大. 半导体的实际电 阻相对于它们越小, 测量结果就越不准确。其二、存在少子电注入。
实验报告---半导体PN结的物理特性及弱电流测量(精)
成都信息工程学院物理实验报告姓名： 石朝阳 专业： 班级： 学号： 实验日期： 2009-9-15下午 实验教室： 5102-1 指导教师： 【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】1. 在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流4. 测量PN 结电压与温度关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度5. 计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号：××××，型号：×××（必须填写） 【实验原理】1．PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足：]1)/[ex p(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有：0exp(/)I I eU kT = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。
若测得PN 结I U -关系值，则利用(1)式可以求出/e kT 。
在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。
实验线路如图1所示。
2、弱电流测量LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。
其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。
运算放大器的输入电压0U 为：00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。
因而有：00(1)i i s f fU U U K I R R -+== (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为001i f f x s U R R Z I K K ==≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即：图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流－电压变换器i s fr U U I Z R ==- (6) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值，即可求得s I 值。
复旦大学 物理实验(上) 半导体PN结的物理特性实验报告
半导体PN结的物理特性实验目的与要求1、学会用运算放大器组成电流-电压变换器的方法测量弱电流。
2、研究PN结的正向电流与电压之间的关系。
3、学习通过实验数据处理求得经验公式的方法。
实验原理PN 结的物理特性测量由半导体物理学中有关PN 结的研究，可以得出PN 结的正向电流一电压关系满足（1）式中I是通过PN 结的正向电流，I0是不随电压变化的常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降. 由于在常温(300 K)下，KT/e =0,026 V，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则e eU/kT>>l，(1)式括号内-1 项完全可以忽略，于是有(2)即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化. 若测得PN 结I-U关系值，则利用(2)式可以求出e/kT. 在测得温度T 后，就可以得到e/k 常数，然后将电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k。
在实际测量中，为了提高测量玻尔兹曼常数的正确性，利用集成运算放大器组成的电流-电压变换器输人阻抗极小的特点，常用半导体三极管的集电极c与基极b短接(共基极)来代替PN结进行测量. 具体线路如图下实验仪器PN结实验仪、TIP31型三极管、恒温装置1 、直流电源和数字电压表，包括—15 V——0——+ 15V直流电源、1.5 V直流电源、0——2 V三位半数字电压表、四位半数字电压表.2、LF356 集成运算放大器，它的各引线脚如2脚、3 脚、4 脚、6 脚、7 脚由学生用棒针引线连接;待测样品TIP31型三极管的e、b、c 三电极可以从机壳右面接线柱接入3、不诱钢保温杯組合，它包括保温杯、内盛少量油的玻璃试管、搅拌器水银温度计等. (实验时，开始保温杯内为适量室温水，然后根据实验需要加一些热水，以改变槽内水的温度; 测量时应搅拌水，待槽内水温恒定时，进行测量）实验内容一、必做部分：1、在室温（保温杯加入适量的自来水，为什么？）下，测量PN结正向电流与电压的关系。
半导体器件物理实验报告格式[5篇模版]
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半导体器件物理实验报告格式[5篇模版]第一篇：半导体器件物理实验报告格式微电子学院《半导体器件实验》实验报告实验名称：作者姓名：作者学号：同作者：实验日期：实验报告应包含以下相关内容：实验名称：一、实验目的二、实验原理三、实验内容四、实验方法五、实验器材及注意事项六、实验数据与结果七、数据分析八、回答问题实验报告要求：1.使用实验报告用纸；2.每份报告不少于3页手写体，不含封皮和签字后的实验原始数据部分；3.必须加装实验报告封皮，本文中第一页内容，打印后填写相关信息。
4.实验报告格式为：封皮、内容和实验原始数据。
第二篇：半导体器件物理教学内容和要点教学内容和要点第一章半导体物理基础第二节载流子的统计分布一、能带中的电子和空穴浓度二、本征半导体三、只有一种杂质的半导体四、杂质补偿半导体第三节简并半导体一、载流子浓度二、发生简并化的条件第四节载流子的散射一、格波与声子二、载流子散射三、平均自由时间与弛豫时间四、散射机构第五节载流子的输运一、漂移运动迁移率电导率二、扩散运动和扩散电流三、流密度和电流密度四、非均匀半导体中的自建场第六节非平衡载流子一、非平衡载流子的产生与复合二、准费米能级和修正欧姆定律三、复合机制四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程第二章 PN结第一节热平衡PN结一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结突变结、缓变结、线性缓变结二、硅PN结平面工艺流程（多媒体演示图2.1）三、空间电荷区、内建电场与电势四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势及PN结空间电荷区两侧的内建电势差六、解poisson’s Eq 求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、内建电势差和空间电荷区宽度（利用耗尽近似）第二节加偏压的P-N结一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单向导电性二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向抽取现象第三节理想P-N结的直流电流-电压特性一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式，电流－电压关系二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流）第四节空间电荷区的复合电流和产生电流一、复合电流二、产生电流第五节隧道电流一、隧道电流产生的条件二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示 Fig2.12）第六节 I-V特性的温度依赖关系一、反向饱和电流和温度的关系二、I-V特性的温度依赖关系第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管一、PN结C-V特性二、过渡电容的概念及相关公式推导求杂质分布的程序（多媒体演示 Fig2.19）三、变容二极管第八节小讯号交流分析一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总电流公式二、扩散电容与交流导纳三、交流小信号等效电路第九节电荷贮存和反响瞬变一、反向瞬变及电荷贮存效应二、利用电荷控制方程求解τs三、阶跃恢复二极管基本理论第十节 P-Ｎ结击穿一、PN结击穿二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题第三章双极结型晶体管第一节双极结型晶体管的结构一、了解晶体管发展的历史过程二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体图3.1）概述第二节基本工作原理一、理想BJT的基本工作原理二、四种工作模式三、放大作用（多媒体Fig3.6）四、电流分量（多媒体Fig3.7）五、电流增益（多媒体Fig3.8 3.9）第三节理想双极结型晶体管中的电流传输一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布二、正向有源模式三、电流增益～集电极电流关系第四节爱拜耳斯-莫尔（Ebers-Moll）方程一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布二、E-M模型等效电路三、E-M方程推导第五节缓变基区晶体管一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用二、少子浓度推导三、电流推导四、基区输运因子推导第六节基区扩展电阻和电流集聚一、基区扩展电阻二、电流集聚效应第七节基区宽度调变效应一、基区宽度调变效应（EARLY效应）二、hFE和ICE0的改变第八节晶体管的频率响应一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（α，hfe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ ,Wß）,增益－频率带宽或称为特征频率（WT），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导三、影响截止频率的四个主要因素：τB、τE、τC、τD及相关推导四、Kirk效应第九节混接π型等效电路一、参数：gm、gbe、CD 的推导二、等效电路图（图3－23）三、证明公式（3－85）、（3－86）第十节晶体管的开关特性一、开关作用二、影响开关时间的四个主要因素：td、tr、tf、ts三、解电荷控制方程求贮存时间ts第十一节击穿电压一、两种击穿机制二、计算机辅助计算：习题阅读§3.12、§3.13、§3.14第四章金属—半导体结第一节肖特基势垒一、肖特基势垒的形成二、加偏压的肖特基势垒三、M－S结构的C-V特性及其应用第二节界面态对势垒高度的影响一、界面态二、被界面态钳制的费米能级第三节镜像力对势垒高度的影响一、镜像力二、肖特基势垒高度降低第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性一、热电子发射二、理查德-杜师曼方程第五节肖特基势垒二极管的结构一、简单结构二、金属搭接结构三、保护环结构第六节金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管一、基本结构二、工作原理第七节肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较一、开启电压二、反向电流三、温度特性第八节肖特基势垒二极管的应用一、肖特基势垒检波器或混频器二、肖特基势垒钳位晶体管第九节欧姆接触一、欧姆接触的定义和应用二、形成欧姆接触的两种方法第五章结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管第一节JFET的基本结构和工作过程一、两种N沟道JFET二、工作原理第二节理想JFET的I-V特性一、基本假设二、夹断电压三、I-V特性第三节静态特性一、线性区二、饱和区第四节小信号参数和等效电路一、参数：gl gml gm CG二、JFET小信号等效电路图第五节JFET的截止频率一、输入电流和输出电流二、截止频率第六节夹断后的JFET性能一、沟道长度调制效应二、漏极电阻第七节金属-半导体场效应晶体管一、基本结构二、阈值电压和夹断电压三、I-V特性第八节 JFET和MESFET的类型一、N—沟增强型 N—沟耗尽型二、P—沟增强型 P—沟耗尽型阅读§5.8 §5.9 第六章金属-氧化物-场效应晶体管第一节理想MOS结构的表面空间电荷区一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）二、半导体表面空间电荷区的形成三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）四、载流子的积累、耗尽和反型五、载流子浓度表达式六、三种情况下MOS结构能带图七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础第二节理想MOS电容器一、基本假设二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区三、沟道电导与阈值电压：定义公式（6－53）和（6－55）的推导第三节沟道电导与阈值电压一、定义二、公式（6－53）和（6－55）的推导第四节实际MOS的电容—电压特性一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法二、平带电压的概念三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线第五节 MOS场效应晶体管一、基本结构和工作原理二、静态特性第六节等效电路和频率响应一、参数：gd gm rd二、等效电路三、截止频率第七节亚阈值区一、亚阈值概念二、MOSFET的亚阈值概念第九节 MOS场效应晶体管的类型一、N—沟增强型 N—沟耗尽型二、P—沟增强型 P—沟耗尽型第十节器件尺寸比例MOSFET制造工艺一、P沟道工艺二、N沟道工艺三、硅栅工艺四、离子注入工艺第七章太阳电池和光电二极管第一节半导体中光吸收一、两种光吸收过程二、吸收系数三、吸收限第二节 PN结的光生伏打效应一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）第三节太阳电池的I-V特性一、理想太阳电池的等效电路二、根据等效电路写出I-V公式，I-V曲线图（比较：根据电流分量写出I-V公式）三、实际太阳能电池的等效电路四、根据实际电池的等效电路写出I-V公式五、RS对I-V特性的影响第四节太阳电池的效率一、计算 Vmp Imp Pm二、效率的概念η=FFVOCIL⨯100% Pin第五节光产生电流和收集效率一、“P在N上”结构，光照，GL=αΦOe-αx少子满足的扩散方程二、例1－1，求少子分布，电流分布三、计算光子收集效率：ηcol=JptJnGΦO讨论：波长长短对吸收系数的影响少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义第六节提高太阳能电池效率的考虑一、光谱考虑(多媒体演示)二、最大功率考虑三、串联电阻考虑四、表面反射的影响五、聚光作用第七节肖特基势垒和MIS太阳电池一、基本结构和能带图二、工作原理和特点阅读§7.8 第九节光电二极管一、基本工作原理二、P-I-N光电二极管三、雪崩光电二极管四、金属－半导体光电二极管第十节光电二极管的特性参数一、量子效率和响应度二、响应速度三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）四、探测率（D）、比探测率（D*）第八章发光二极管与半导体激光器第一节辐射复合与非辐射复合一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A 对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合第二节 LED的基本结构和工作过程一、基本结构二、工作原理（能带图）第三节 LED的特性参数一、I-V特性二：量子效率：注射效率γ、辐射效率ηr、内量子效率ηi，逸出概率ηo、外量子效率三、提高外量子效率的途径，光学窗口四、光谱分布，峰值半高宽 FWHM,峰值波长，主波长，亮度第四节可见光LED一、GaP LED二、GaAs1-xPx LED三、GaN LED 第五节红外 LED 一、性能特点二、应用光隔离器阅读§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作业和考试要求)第九章集成器件第十章电荷转移器件第一节电荷转移一、CCD基本结构和工作过程二、电荷转移第二节深耗尽状态和表面势阱一、深耗尽状态—非热平衡状态二、公式（10-8）的导出第三节 MOS电容的瞬态特性深耗尽状态的能带图一、热弛豫时间二、信号电荷的影响第四节信息电荷的输运转换效率一、电荷转移的三个因素二、转移效率、填充速率和排空率第五节电极排列和CCD制造工艺一、三相CCD二、二相CCD 第六节体内（埋入）沟道CCD一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理第七节电荷的注入、检测和再生一、电注入与光注入二、电荷检测电荷读出法三、电荷束的周期性再生或刷新第八节集成斗链器件一、BBD的基本结构二、工作原理三、性能第九节电荷耦合图象器件一、行图象器二、面图象器三、工作原理和应用主要参考书目孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著《半导体器件物理》，科学出版社，2005第二次印刷。
半导体实验报告1
半导体物理实验报告物理学院 12级电子3班 郭旭洪学号：3112008307合作者：冯嘉进实验一 半导体的霍尔效应实验目的1、了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。
2、学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH-IS 和VH-IM 曲线。
3、确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
实验仪器霍尔效应实验组合仪实验步骤⑴ 开关机前，测试仪的“IS 调节”和“IM 调节”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。
⑵ 按图1.2 连接测试仪与实验仪之间各组连线。
注意：①样品各电极引线与对应的双刀开关之间的连线已由制造厂家连接好，请勿再动！②严禁将测试仪的励磁电源“IM 输出”误接到实验仪的 “IS 输入”或“ＶＨ、V 输出”处，否则，一旦通电，霍尔样品即遭损坏！样品共有三对电极，其中A 、A/或C 、C/用于测量霍尔电压H V ，A 、C 或A/、C/用于测量电导，D 、E 为样品工作电流电极。
样品的几何尺寸为：d=0.5mm ,b=4.0mm ,A 、C 电极间距l=3.0mm 。
仪器出产前，霍尔片已调至中心位置。
霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严防撞击，或用手去摸，否则，即遭损坏! 霍尔片放置在电磁铁空隙中间，在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变y 轴方向的高度，以免霍尔片与磁极面磨擦而受损。
⑶ 接通电源，预热数分钟，电流表显示“.000”( 当按下“测量选择”键时 )或“0.00”（放开“测量选择”键时），电压表显示为“0.00”。
⑷ 置“测量选择”于IS 挡（放键），电流表所示的值即随“IS 调节”旋钮顺时针转动而增大，其变化范围为0-10mA ，此时电压表所示读数为“不等势”电压值，它随IS 增大而增大，IS 换向，ＶＨ极性改号（此乃“不等势”电压值，可通过“对称测量法”予以消除）。
图1.2 实验线路连接装置图⑸ 置“测量选择”于IM 挡（按键），顺时针转动“IM 调节” 旋钮，电流表变化范围为0-1A 。
半导体物理-实验报告
实验 P-N结势垒电容的测量9141160Ｄ0524 柯亮一、实验目的：1. 测量硅P-N结势垒电容与外加偏压的关系；2. 从势垒电容与负偏压系式中求出势垒厚度、杂质浓度或杂质浓度梯度。
二、实验内容测量P-N结势垒电容与外加电压的关系三、实验仪器设备和材料数字电压表，测试电路，表面势垒二极管等四、实验原理当加在结两端的电压发生变化时，一方面使结势垒度发生变化，引起了势垒区内空间电荷的变化，这相当于对电容的充放电，因为它是势垒度的变化引起电容量的变化的，所以我们用势垒电容CT来表示这种作用；另一方面也使注入到p区的电子和注入到n区空穴数目发生变化，引起p区和n区的载流子浓度梯度的变化。
为维持电中性条件，多数载流子也要作相应的变化，相当于载流子在扩散区中的“充”和“放”，就如同电容的充放电一样。
因为它是在扩散区内载流自变化引起的，故称为扩散电容，用CD表示。
P-N结电容包括势垒电容和扩散电容两部分：C=CT +CD当结两端的外加电压为负（即N区接正，P区接负）时，由于P区、N区的少数载流子很少，负电压的变化并不引起P区、N区中电荷有多大的变化，所以扩散电容很小，相对势垒电容来讲，扩算电容可以忽略。
即：C=CT +CD≈CT（4-1）所以，在外加负偏压的条件下测得的P-N结电容认为是P-N结势垒电容。
势垒电容CT与势垒区厚度δ的关系同平行板电容器一样：δεεAC T 0=（4-2） 式中硅的相对介电常数ε=12（Ge 的相对介电常数ε=16）；ε0是真空介电常数ε0=8.85×10-12 F/m ；A 是P-n 结的结面积，用cm 2作单位，A=5×10-3cm 2；δ是势垒厚度，用μm 作单位。
P-N 结势垒区的厚度δ是随外加电压的变化而变化的,它的变化规律与P-N 结两边的杂质浓度的大小及杂质的分布状况有关。
下面介绍比较理想的P-N 突变结的势垒电容随外加电压的变化规律。
突变结：在P 区和N 区的杂质浓度是均匀的，而且P 区和N 区的界面上杂质浓度有一个突变，这样的P-N 结叫做突变结，它的杂质分布情况如图4-1所示。
半导体实验
半导体物理与器件实验报告学号：1228402046姓名：刘秦华半导体物理与器件实验报告学号：1228402046 姓名：刘秦华 实验内容：(1) 光学显微镜下观察MOS ，并测量其面积（A ）； (2) 四探针法测量金属的方块电阻（R □）； (3) 测量金属氧化层的厚度t ox ；(4) 探针法测量MOS 的高频CV 曲线，判断半导体导电类型。
实验仪器：（1） XZT-2A 四探针测量仪（2） Agilent E4980A Precision LCR Meter 测量仪 （3） 高倍光学显微镜 （4） 分析用电脑2台 实验原理：（1）用光学显微镜观察，用软件计算测量MOS 的面积 （2）四探针法测量金属的方块电阻四探针法是一种简便的测量电阻率的方法。
对于一般的线性材料，我们常常用电阻来表征某一段传输电流的能力，其满足以下关系式：slR ⋅=ρ (式1-1)其中ρ、l 和s 分别表示材料本身的电阻率、长度和横截面积。
对于某种材料ρ满足关系式：1)(-+=h h n e q n q n μμρ (式1-2)n e 、n h 、u n 、u h 和q 分别为电子浓度、空穴浓度、电子迁移率、空穴迁移率和基本电荷量。
对于具有一定导电性能的薄膜材料，其沿着平面方向的电荷传输性能一般用方块电阻来表示，对于边长为l 、厚度为x j 方形薄膜，其方块电阻可表示为：R jj x lx l s l ρρρ===(式1-3)即方块电阻与电阻率ρ成正比，与膜层厚度j x 成反比，而与正方形边长l 无关。
方块电阻一般采用双电测电四探针来测量，测量装置如图3-4所示。
四根由钨丝制成的探针等间距地排成直线，彼此相距为s (一般为几个mm)。
测量时将针尖压在薄膜样品的表面上，外面两根探针通电流I(一般选取0.5~2mA )，里面的两探针用来测量电压V ，通常利用电位差计测量。
图3-4 双电测电四探针测量薄膜方块电阻结构简图当被测样品的长度和宽度远远大于探针间距，薄膜方块电阻具体表达式为：R □IVc(式1-4) 即薄膜的方块电阻和外侧探针通电流后在内探针处产生的电位差大小有关。
半导体物理实验报告
半导体物理实验报告《半导体物理实验报告》摘要：本实验通过测量半导体材料的电阻率和霍尔系数，研究了半导体的电学性质。
实验结果表明，半导体材料的电阻率随温度的变化呈现出特定的规律，而霍尔系数则与半导体材料的载流子类型和浓度有着密切的关系。
通过实验数据的分析，我们得出了半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值，并对半导体的电学特性进行了深入的研究。
引言：半导体材料因其在电子学领域的重要应用而备受关注。
通过对半导体材料的电学性质进行研究，可以深入了解其内在的物理机制，为半导体器件的设计和制备提供重要的参考。
本实验旨在通过测量半导体材料的电阻率和霍尔系数，研究半导体的电学性质，并对实验结果进行分析和讨论。
实验方法：1. 准备实验所需的半导体样品和测量设备；2. 测量半导体样品在不同温度下的电阻率，并绘制出电阻率随温度变化的曲线；3. 使用霍尔效应测量半导体样品的霍尔系数，并计算出半导体的载流子类型和浓度；4. 对实验数据进行分析，得出半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值。
实验结果和讨论：通过实验测量和数据分析，我们得出了半导体材料的电阻率随温度变化的规律，以及半导体的载流子类型和浓度。
实验结果表明，半导体材料的电阻率随温度的升高呈现出指数型的变化规律，这与半导体材料的能带结构和载流子浓度有着密切的关系。
同时，霍尔系数的测量结果也表明，半导体材料的载流子类型和浓度对其电学性质有着重要的影响。
通过对实验数据的分析，我们得出了半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值，并对半导体的电学特性进行了深入的研究。
结论：本实验通过测量半导体材料的电阻率和霍尔系数，研究了半导体的电学性质，得出了半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值，并对半导体的电学特性进行了深入的研究。
实验结果对于深入了解半导体材料的内在物理机制，以及为半导体器件的设计和制备提供了重要的参考。
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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。
μ为电导迁移率。
对于简单能带结构H nH p Hγ≡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ （5）γH 称为霍尔因子，其值与半导体内的散射机制有关，对晶格散射γH =3π/8=1.18;对电离杂质散射γH =315π/512=1.93,在一般粗略计算中, γH 可近似取为1.在半导体中主要由一种载流子导电的情况下，电导率为n n nq μ=σ 和 p p pq μ=σ （6） 由（4）式得到()p H p H R μ=σ 和 ()n H n H R μ=σ（7）测得R H 和σ后，μH 为已知，再由μ（N ，T ）实验曲线用逐步逼近法查得μ，即可由式（4）算得n 或p 。
这样得到的γh =μH /μ，已计入了多种散射同时存在的影响和能带结构修正。
在温度较高时,半导体进入过渡区和本征导电范围,必须考虑样品中同时存在两种载流子的影响.在弱电场条件下,可以证明()()22H H nb p nb -p q 1R +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ= (8)式中b=μn /μp 。
对N 型半导体n=N D -N A +p（9）对P 型半导体p=N A -N D +n （10） 如只考虑晶格散射，电导率为()Lp Ln p n q μ+μ=σ（11）式中μLn 和μLp 和分别为电子的晶格散射迁移率，这里b=μLn /μLp 。
由式（9）、（10）和（11）可得N 型 ()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--μσ=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+μσ=1b N N b q p 1b N N q n A D Lp A D Lp（12）P 型 ()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--μσ=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+μσ=1b N N q p 1b N N b q n D A Lp D A Lp （13）μLn 和μLp 可查阅实验手册。
当b 已知，便可由测得的电导率计算出n 和p 的值。
二、实验仪器 1、励磁恒流源I M♦ 输出电流：0～1A ，连续可调，调节精度可达1nA 。
♦ 最大输出负载电压：24V 。
2、霍尔元件工作恒流源I S♦ 输出电流：0～10mA ，连续可调，调节精度可达10μA 。
3、直流数字毫伏表：♦ 测量范围：±20mV ，±20mV 。
489489注意事项：1、霍尔元件是易损元件，必须防止元件受压、挤、扭和碰撞。
2、实验前检查电磁铁和霍尔元件二维移动装置是否松动。
3、记录数据时，为了不使电磁铁过热，不能长时间闭合励磁电源的换向开关4、仪器不宜在强光照射下、高温下或有腐蚀性气体的场合中使用，不宜在强磁场中存放。
5、实验完毕，请务必切断电源，避免线圈过热造成仪器烧毁，否则后果自负。
三、实验方法步骤（1）对于电磁铁的磁化电流I M 为定值（相应有一个确定的磁场B ，参见仪器上标签），取10种不同的工作电流 I S （0~10mA ），测量相应的霍尔电压V H ，共测量5个工作点（Bi ，i=1，2，3，4，5），具体如下：（2）对于每个B i ，横坐标取工作电流I S ，纵坐标取霍尔电压V H ，理论上得到一条通过坐标原点“0”的倾斜直线，计算其斜率R H B ／d ，求其平均值414R B H dH R Bd∑=；根据己知的B 和d （0.2mm ），求得其霍尔系数R Hi 。
（3）计算五个工作点的霍尔系数平均值515H ii R H R =∑=。
（4）根据1H H IB n V de R e==和己知载流子的电量e ，可求得载流子浓度n 。
四、 实验结果分析与思考题样品尺寸：L=6mm b=3mm d=0.2mm I AB =1mA V AB =150mV B=0.43T正向: 平均霍尔电压 mV 17.310VV 101i HiH ==∑=霍尔系数 zAB HH B I V R ⋅==0.17cm 3/C电导率 db V LI AB AB H ⋅⋅⋅=σ=0.67/Ω˙cm反向: 平均霍尔电压 mV 88.310VV 101i HiH -==∑=霍尔系数 zAB HH B I V R ⋅==0.18cm 3/C电导率 db V LI AB AB H ⋅⋅⋅=σ=0.67/Ω˙cm霍尔迁移率 H H H R σ⋅=μ=0.12cm 2/Ω˙C由于正、反向测出样品的霍尔系数为正，可以判断样品为P 型。
实验二 MOS 结构高频C －V 特性测试分析MOS 结构高频电容-电压特性（简称C －V 特性）测量是检测MOS 器件制造工艺的重要手段。
本实验目的是通过测量MOS 结构高频C-V 特性，确定二氧化硅层厚度d OX 、衬底掺杂浓度N 等参数．一、实 验 原 理MOS 结构如图1.1所示，它类似于金属和介质形成的平板电容器。
但是a.MOS 结构示意图b.等效电路 图1.2 p-Si MOS 结构C-V 特性 图1.1 MOS 结构示意图和等效电路，由于半导体中的电荷密度比金属中的小得多，所以充电电荷在半导体表面形成的空间电荷区有一定的厚度（～微米量级），而不象金属中那样，只集中在一薄层（∽0．1nm ）内。
半导体表面空间电荷区的厚度随偏压V G 而改变，所以（1）式中Q G 是金属电极上的电荷面密度，A 是电极面积。
考虑理想MOS 结构，所谓理想情形，是假设MOS 结构满足以下条件：（1）金属与半导体功函数差为零，（2）SiO 2绝缘层内没有电荷，（3）SiO 2与半导体界面处不存在界面态。
偏压V G 一部分降在SiO 2上，记作V OX ，一部分降在半导体表面空间电荷区，记作V S ，即V G =V OX +V S （2） V S 又叫表面势。
考虑到（3）式中Q sc 是半导体表面空间电荷区电荷面密度。
将（2）、（3）代入（1）式，（4） （4）式表明MOS 电容由C OX 和C s 串联而成，其等效电路如图1.1（b ）所示。
其Gsc Q Q =s OX s OX sOX sOX G G G C C C C C 1C 11dV dV dQ A dV dQ A C +=+=+==GGdV dQ AC=中C OX 是以SiO 2为介质的氧化层电容，它的数值不随改变；C s 是半导体表面空间电荷区电容，其数值随V G 改变，因此（5）式中εr0是SiO 2相对介电常数。
P 型衬底理想MOS 结构高频电容-电压特性曲线如图1.2所示。
图中V 代表偏压。
最大电容C max ≈C OX ，最小电容C min 和最大电容C max 之间有如下关系（6）V S =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，记为C FB 。
对于给定的MOS 结构，归一化平带电容由下式给出：（7）显然，对于理想MOS 结构，V FB =0。
考虑实际的MOS 结构。
由于SiO 2中总是存在电荷（通常是正电荷），且金属的功函数W m 和半导体的功函数W s 通常并不相等，所以 V FB 一般不为零。
若不考 虑界面态的影响，有（8） 式中Q OX 是SiO 2中电荷的等效面密度，它包括可动电荷Q I 和固定电荷Q fc 二部分。
“等效”是指把SiO 2中随机分布的电荷对V FB 的影响看成是集中在Si-SiO 2界面处的电荷对V FB 的影响。
V m-s 是金属-半导体接触电势差，（9） 图1.3 p-Si MOS 结构的高频C-V 特性sscOXr 0G G OX dV dQ ACs d A dV dQ AC =εε==21i rs 0OX rs 0r maxminn N ln N q kT d 11C C 2⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛εεεε+=21rs 0OX rs 0r oxFBN q kT d 11C C 2⎪⎭⎫⎝⎛εεεε+=m soxOX FBV C AqQ V --=qW W V ms ms -=对于铝栅p 型Si MOS 结构，V m-s >0, Q OX 通常也>0(正电荷),所以V FB <0,如图1.3中的曲线所示.作为对比,图中还化出了相应的理想曲线(曲线0).利用正、负偏压温度处理的方法（简称±BT 处理）可将可动电荷Q I 和固定电荷Q fc 区分开来。
负BT 处理是给样品加一定的负偏压（即V G <0）,同时将样品加热到一定的温度.由于可动电荷(主要是带正电的Na +离子)在高温下有较大的迁移率,它们将在高温负偏压下向金属 - SiO 2界面运动.经过一定的时间,可以认为SiO 2中的可动电荷基本上全部运动到金属 - SiO 2界面处保持偏压不变，将样品冷却至室温，然后去掉偏压，测量高频C-V 特性，得到图3中的曲线2。
由于这时可动电荷已经全部集中到金属- SiO 2界面处，对平带电压没有影响了，根据（8）式可得（10）若V ms 已知，由式（10）可以确定SiO 2中的固定电荷（11）改变偏压极性，作正BT 处理。