半导体材料测试与分析
半导体常规电学参数测试
❖ 3）测试电流
❖ 在测量过程中，通过样品的电流从两方面影响电阻率： ❖ a）少子注入并被电场扫到2,3探针附近，使电阻率减小； ❖ b）电流过大，使样品温度提高，样品的晶格散射作用加强，
导致电阻率会提高。
❖ 因此，要求电流尽量小，以保证在弱电场下进行测试。 ❖ a）对硅单晶材料，一般选取电场E小于1V/cm. ❖ b）若针距为1mm，则2,3探针的电位差不超过100mv.
半导体材料，电阻率反映了补偿后的杂质浓度。一般而言， 电阻率是杂质浓度差的函数。 ❖ 以P型半导体为例：
1
(NA ND)pq
式中----NA 为受主杂质浓度，ND 为施主杂质浓度 μp为空穴迁移率，q为电子电荷
第一章半导体常规电学参数测试
❖ 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：
❖ 3、用冷热探笔测量时，保证热探笔不能太高（40-60℃）， 并不断交换冷热探笔的位置（欧姆接触，探笔触头60°， In 或Pb） 。
❖ 4、三探针法：探针接触压力小，探针接触半径不大于 50μm，。
❖ 5、避免电磁场的干扰。
第一章半导体常规电学参数测试
1.2 半导体硅单晶电阻率的测量
❖ 一、半导体材料的电阻率与载流子浓度 ❖ 电阻率是荷电载体流经材料时受到阻碍的一种量度。对于
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%。
第一章半导体常规电学参数测试
❖ 2）测试探针
❖ a）选择合适的材料作探针，目前一般使用钨丝、碳化钨等 材料。
半导体特性分析实验
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。
半导体材料的光谱分析
（3） 电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生的
吸收光谱在紫外—可见光区，紫外-可见光谱或分子的电子光 谱；
高
化学键断裂
电子跃迁
射线
紫外
UV
频 率 va 能 量a
振动跃迁
低
转动跃迁 原子核自转 电子自转
红外
微波
无线 电波
射 频 区
IR
NMR
长λmax。
②不同浓度的同一种物
质，其吸收曲线形状相似λmax
不变。而对于不同物质，它们
的吸收曲线形状和λmax则不同。
吸收曲线的特点2
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性 分析的依据之一。
④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有
差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作为物质定
c =λν =ν/σ（波动性） E = hν = h c /λ（微粒性）
c ：光速=2.998×1010cm·s；
λ：波长；ν：频率；σ：波数 ；E ：能量；
h ：普朗克常数＝6.624×10-34J·s
电磁辐射具有波动性和微粒性；
光学分析分类
光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子或原 子发生能级跃迁而产生的发射、吸收的波长或强度 进行分析的方法。通常需要测定试样的光谱，由于 其光谱的产生是基于物质原子或分子的特定能级的 跃迁所产生的，因此根据其特征光谱的波长可进行 定性分析；同时，光谱的强度又与物质的含量有 关，因而可进行定量分析。
I0 入射光
It 透过光
吸光度A (Absorbance）
物质颜色和吸收光颜色的关系
绿
黄
青
半导体材料测量(精)
半导体材料测量 (measurement for semiconductor material)用物理和化学分析法检测半导体材料的性能和评价其质量的方法。
它对探索新材料、新器件和改进工艺控制质量起重要作用。
在半导体半barl材料制备过程中，不仅需要测量半导体单晶中含有的微量杂质和缺陷以及表征其物理性能的特征参数，而且由于制备半导体薄层和多层结构的外延材料，使测量的内容和方法扩大到薄膜、表面和界面分析。
半导体材料检测技术的进展大大促进了半导体科学技术的发展。
半导体材料测量包括杂质检测、晶体缺陷观测、电学参数测试以及光学测试等方法。
杂质检测半导体晶体中含有的有害杂质，不仅使晶体的完整性受到破坏，而且也会严重影响半导体晶体的电学和光学性质。
另一方面，有意掺入的某种杂质将会改变并改善半导体材料的性能，以满足器件制造的需要。
因此检测半导体晶体中含有的微量杂质十分重要。
一般采用发射光谱和质谱法，但对于薄层和多层结构的外延材料，必须采用适合于薄层微区分析的特殊方法进行检测，这些方法有电子探针、离子探针和俄歇电子能谱。
半导体晶体中杂质控制情况见表1。
表1半导体晶体中杂质检测法晶体缺陷观测半导体的晶体结构往往具有各向异性的物理化学性质，因此，必须根据器件制造的要求，生长具有一定晶向的单晶体，而且要经过切片、研磨、抛光等加工工艺获得规定晶向的平整而洁净的抛光片作为外延材料或离子注入的衬底材料。
另一方面，晶体生长或晶片加工中也会产生缺陷或损伤层，它会延伸到外延层中直接影响器件的性能，为此必须对晶体的结构及其完整性作岀正确的评价。
半导体晶体结构和缺陷的主要测量方法见表 2。
表2半导体晶体结构和缺陷的主要测量方法电学参数测试半导体材料的电学参数与半导体器件的关系最密切，因此测量与半导体导电性有关的特征参数成为半导体测量技术中最基本的内容。
电学参数测量包括导电类型、电阻率、载流子浓度、 迁移率、补偿度、少子寿命及其均匀性的测量等。
半导体少子寿命测量实验
实验：半导体少子寿命的测量一．实验的目的与意义非平衡少数载流子（少子）寿命是半导体材料与器件的一个重要参数。
其测量方法主要有稳态法和瞬态法。
高频光电导衰退法是瞬态测量方法，它可以通过直接观测少子的复合衰减过程测得其寿命。
通过采用高频光电导衰退法测量半导体硅的少子寿命，加深学生对半导体非平衡载流子理论的理解，使学生学会用高频光电导测试仪和示波器来测量半导体少子寿命。
二．实验原理半导体在一定温度下，处于热平衡状态。
半导体内部载流子的产生和复合速度相等。
电子和空穴的浓度一定，如果对半导体施加外界作用，如光、电等，平衡态受到破坏。
这时载流子的产生超过了复合，即产生了非平衡载流子。
当外界作用停止后，载流子的复合超过产生，非平衡少数载流子因复合而逐渐消失。
半导体又恢复平衡态。
载流子的寿命就是非平衡载流子从产生到复合所经历的平均生存时间，以来表示。
下面我们讨论外界作用停止后载流子复合的一般规律。
当以恒定光源照射一块均匀掺杂的n 型半导体时，在半导体内部将均匀地产生非平衡载流子Δn 和Δp 。
设在t=0时刻停止光照，则非平衡载流子的减少-d Δp /dt 应等于非平衡载流子的复合率Δp （t ）/τ。
1/τ为非平衡载流子的复合几率。
即： ()τt p dt p d ∆=∆- （1-1） 在小注入条件下，τ为常量，与Δp （t ）无关，这样由初始条件：Δp （0）=（Δp ）0可解得：()τt ep t p -∆=∆0 （1-2）由上式可以看出： 1、 非平衡载流子浓度在光照停止后以指数形式衰减，Δp （∝）=0,即非平衡载流子浓度随着时间的推移而逐渐消失。
2、 当t=τ时，Δp （τ）=（Δp ）0/e 。
即寿命τ是非平衡载流子浓度减少到初始值的1/e 倍所经过的时间。
因此，可通过实验的方法测出非平衡载流子对时间的指数衰减曲线，由此测得到少子寿命值τ。
图1-1 高频光电导衰退法测量原理图高频光电导衰减法测量原理如图1-1所示。
单晶硅锭材料的磁性和磁学性能分析
单晶硅锭材料的磁性和磁学性能分析概述：单晶硅是一种重要的半导体材料，被广泛应用于太阳能电池、集成电路等领域。
在实际应用中，了解材料的磁性和磁学性能对于优化材料性能、提高设备效率至关重要。
本文将对单晶硅锭材料的磁性和磁学性能进行分析。
引言：单晶硅是由硅原子构成的晶体材料，由于其高度的晶体质量和优良的电学特性，被广泛用于制造光伏电池和集成电路。
然而，单晶硅材料通常被认为是无磁性的，这意味着它不会显示出自发的磁矩或 ferromagnetic 行为。
下面将详细分析单晶硅锭材料的磁性和磁学性能。
实验方法：在对单晶硅锭材料的磁性进行分析时，我们通常采用磁化率测试来确定材料的磁性质。
磁化率是描述材料对外磁场响应的物理量，用于衡量材料的磁化程度。
常见的磁化率测试方法包括交流磁化率测量、直流磁化率测量和磁化率随温度变化的测量。
结果与讨论：通过磁化率测试，我们发现单晶硅锭材料的磁化率非常接近于零，这意味着它几乎没有磁化的迹象。
这可以解释为单晶硅材料中的电子和核自旋之间的磁矩相互抵消，导致材料整体上具有无磁性的特性。
然而，尽管单晶硅材料本身没有磁性，但它可以被引入某些磁性杂质和缺陷，这可能会导致材料表面或局部区域出现磁化的迹象。
在单晶硅材料中引入磁性杂质和缺陷的一种常见方法是通过离子注入技术。
通过离子注入，可以将磁性杂质，如磁性离子（如铁、锰等）引入单晶硅材料中。
这些杂质的存在将导致单晶硅材料具有一定的磁化特性。
此外，在单晶硅材料中引入缺陷，如晶格缺陷、位错等，也可能导致磁化的出现。
这些缺陷可以破坏材料的平衡状态，导致磁化出现。
磁学性能分析主要关注单晶硅材料的磁滞回线和磁化强度。
磁滞回线描述了材料在外磁场作用下磁化强度随磁场变化的关系。
通过磁滞回线分析，可以了解材料的剩余磁化强度、饱和磁化强度等重要参数。
而磁化强度则是描述材料在外磁场作用下的磁化程度。
这两个参数可以反映材料的磁化程度和磁性能。
结论：通过对单晶硅锭材料的磁性和磁学性能分析，可以得出以下结论：1. 单晶硅材料本身通常具有无磁性，即几乎没有磁化的迹象。
半导体材料与器件专业
半导体材料与器件专业引言半导体材料与器件是现代电子科学与技术的重要分支领域。
随着信息技术的迅猛发展，半导体材料与器件的研究与应用日益广泛，对于推动社会进步和经济发展具有重要作用。
本文将全面、详细、完整地探讨半导体材料与器件专业的相关内容，包括材料与器件的基本概念、研究方向、应用领域以及发展趋势等。
半导体材料与器件的基本概念半导体材料半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，具有介电常数相对较小、导电性能相对较弱的特点。
常见的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，广泛应用于电子信息领域。
常见的半导体器件包括二极管、晶体管、集成电路等。
半导体材料与器件的研究方向半导体材料的研究方向1.材料的生长与制备技术：研究半导体材料的生长机制、制备工艺以及优化方法，以提高材料质量和性能。
2.材料的性能表征与测试：研究半导体材料的光电性能、电子输运性质等，通过材料表征与测试手段获取与分析材料性能。
3.材料的能带结构与能带工程：研究半导体材料的能带结构，通过能带工程手段调控材料的能带结构，以实现特定的功能与性能要求。
半导体器件的研究方向1.器件的设计与模拟：利用计算机辅助设计工具，对半导体器件进行设计与模拟，分析其电学特性与工作原理。
2.器件的制造与加工技术：研究半导体器件的制造工艺与技术，包括光刻、薄膜沉积、离子注入等，以实现高精度与高可靠性的器件制造。
3.器件的封装与封装技术：研究半导体器件的封装方式与封装工艺，以保护器件并提供合适的引脚连接方式。
4.器件的可靠性与故障分析：研究半导体器件的可靠性问题，探索其寿命特性与故障机理，并提出相应的改进与优化方案。
半导体材料与器件的应用领域通信与信息技术领域半导体材料与器件在通信与信息技术领域具有广泛应用。
例如，光通信器件利用半导体材料的光电转换特性，实现大容量、高速率的光信号传输。
集成电路则提供了计算机和通信设备等现代电子产品所必需的处理和存储功能。
实训项目4 半导体元件的的检测训练实验报告
实训项目4 半导体元件的的检测训练一、实训概要本章主要介绍半导体元件的基本知识，要求读者掌握各种半导体元件的作用、命名方法、结构特点、主要参数及检测方法等内容。
特别是要能正确识别各类二极管、三极管及可控硅，并熟悉这些元件的检测及代换要领。
二、实训目的1、认识各种不同类别的半导体器件的命名规则及查询方法。
2、了解各种不同半导体的基本用途3、掌握各类半导体器件的检测方法4、掌握使用、更换半导体的基本方法。
三、实训原理1、半导体元件概述1）半导体元件的分类半导体元件是以半导体材料为基体构成的，半导体元件的种类很多，按电极数目及元件特点来分，可分为二极管、三极管、可控硅、场效应管、集成电路等类型。
按所用的半导体材料来分，可分为硅半导体元件、锗半导体元件及其他半导体元件。
2）半导体元件的命名（1）国产半导体元件的命名方法国产半导体元件的型号共由五部分组成，见教材表所示。
例如，2CW15这个元件是一个稳压二极管。
3DD15D这个元件是一个低频大功率三极管。
（2）日本半导体元件的命名方法日本半导体元件的命名方法与我国不同，它虽然也由五部分组成，但各部分含义已发生了变化。
详细情况见教材表所示。
例如，1S1555这个元件是一个普通二极管。
再如，2SA733这个元件是一个PNP型高频三极管。
（3）美国半导体元件的命名方法美国半导体元件也由五部分组成，各部分的含义见教材表所示。
例如，1N4007这个元件，“1”表示二极管，“N”代表EIA注册标志；“4007”表示EIA登记号。
再如2N3055这个元件，“2”表示三极管；“N”表示EIA注册标志；“3055”表示EIA登记号。
（4）欧洲半导体元件的命名方法欧洲半导体元件一般由四部分组成，各部分含义见教材表所示。
例如BU508A这个元件，“B”表示硅材料；“U”表示大功率开关管；“508”表示通用半导体器件登记号，“A”表示分档。
2、二极管二极管实际上就是一个PN结，它的基本特性是单向导电性。
mott-schottky analysis -回复
mott-schottky analysis -回复标题：深入理解Mott-Schottky分析Mott-Schottky分析是一种重要的电化学分析方法，主要用于研究半导体材料的性质和行为。
这种分析方法基于Mott-Schottky理论，该理论描述了半导体与电解质界面的电荷分布情况。
以下我们将一步一步地解析Mott-Schottky分析的基本原理、应用以及实验步骤。
一、Mott-Schottky理论基础Mott-Schottky理论是基于半导体能带理论和空间电荷层理论的一种模型。
在半导体-电解质界面上，由于电子和空穴的迁移，会在半导体一侧形成一个空间电荷层。
在这个区域内，电荷密度不是均匀分布的，而是随着距离半导体表面的距离增加而减小。
根据Mott-Schottky理论，半导体-电解质界面的电势差（也称为平带电势）与空间电荷层的电荷密度之间存在一种线性关系。
这种关系可以通过Mott-Schottky方程来描述：1/(C^2) = (2/q.epsilon.epsilon_0.N_D).(V-V_FB)其中，C是电容，q是电子电荷，ε和ε_0分别是半导体的相对介电常数和真空介电常数，N_D是半导体中的掺杂浓度，V是施加的电压，V_FB 是平带电势。
二、Mott-Schottky分析的应用Mott-Schottky分析在半导体材料的研究中具有广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域：1. 掺杂类型和浓度的测定：通过测量Mott-Schottky曲线的斜率和截距，可以确定半导体的掺杂类型（n型或p型）和掺杂浓度。
2. 载流子迁移率的测定：Mott-Schottky分析可以提供关于半导体中载流子迁移率的信息，这对于优化半导体器件的性能非常重要。
3. 表面态和陷阱的分析：Mott-Schottky分析可以揭示半导体-电解质界面处的表面态和陷阱的性质，这对于理解和控制半导体器件的稳定性至关重要。
4. 电化学反应动力学的研究：Mott-Schottky分析也可以用于研究电化学反应的动力学过程，例如氧还原反应和氢析出反应等。
半导体研发工作模式
半导体研发工作模式半导体研发是一项复杂而关键的工作，涉及到材料科学、物理学、电子学等多个学科领域。
在半导体研发过程中，通常采用以下工作模式。
一、需求分析和规划在开始半导体研发之前，首先需要进行需求分析和规划。
这包括确定研发目标、产品规格和性能要求等。
通过与市场需求和行业趋势的结合，制定出符合市场需求的研发计划和时间表。
二、材料选择和准备半导体研发的关键之一是材料的选择和准备。
根据需求分析，研发人员需要选择适合的半导体材料，如硅、锗、砷化镓等。
同时，还需要对材料进行准备，包括晶体生长、材料纯化等。
这一步骤对后续的研发工作至关重要。
三、器件设计和模拟在材料准备好之后，研发人员需要进行器件设计和模拟。
这一步骤主要包括电路设计、器件结构设计和电磁场模拟等。
通过使用计算机辅助设计软件，可以对器件的性能进行预测和优化，以确保最终产品的性能满足要求。
四、工艺流程和制造器件设计和模拟完成后，下一步是制定工艺流程和进行制造。
工艺流程是指将材料转化为最终产品所需的一系列步骤。
这包括清洗、薄膜沉积、光刻、离子注入、退火等工艺步骤。
通过制定合理的工艺流程，可以实现对器件性能的控制和优化。
五、器件测试和分析在制造完成后，需要进行器件测试和分析。
这包括电学测试、光学测试、物理测试等。
通过对器件的各项参数进行测试和分析，可以评估其性能是否符合设计要求。
如果发现问题，需要及时进行调整和改进。
六、产品验证和批量生产在通过测试和分析确认器件性能符合要求后，需要进行产品验证和批量生产。
在这一阶段，需要进行大规模的生产，同时进行严格的品质控制。
通过验证和批量生产，可以确保产品的一致性和稳定性。
七、持续改进和创新半导体研发工作模式中，持续改进和创新是一个重要的环节。
随着技术的不断发展和市场需求的变化，研发工作需要不断地进行改进和创新，以满足新的需求和挑战。
这包括新材料的研发、新工艺的开发等。
总结起来，半导体研发工作模式包括需求分析和规划、材料选择和准备、器件设计和模拟、工艺流程和制造、器件测试和分析、产品验证和批量生产以及持续改进和创新。
《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。
半导体材料能带测试及计算
半导体材料能带测试及计算一、能带测试能带测试是通过实验手段测量半导体材料的能带结构。
常见的能带测试方法包括光电子能谱（PES）和光吸收谱（AS）。
1.光电子能谱光电子能谱利用光电效应测量材料中电子的能谱分布。
基本实现步骤如下：（1）样品准备：将样品表面抛光至光滑，以消除表面缺陷。
（2）光源：选择适当能量的光源，例如氦氖激光器或X射线。
（3）测量：在光源激发下，测量材料表面反射出的光电子能谱。
（4）能谱分析：通过分析测得的能谱，得到半导体材料的能带结构和电子能级信息。
2.光吸收谱光吸收谱测量材料对不同能量光的吸收强度。
基本实现步骤如下：（1）样品准备：将样品制成适当形状的块状样品或薄膜。
（2）光源：选择适当能量范围的光源，例如白炽灯或激光。
（3）测量：测量材料对不同能量光的吸收强度。
（4）光谱分析：通过分析测得的光吸收谱，得到材料的能带结构和能带宽度等信息。
二、能带计算能带计算是利用量子力学理论及计算方法模拟半导体材料的能带结构。
常见的能带计算方法包括密度泛函理论（DFT）和紧束缚近似法（Tight-Binding Approximation）。
1.密度泛函理论密度泛函理论通过求解带有电子能量的薛定谔方程，得到材料的电子结构。
基本实现步骤如下：（1）选择计算软件：选择适当的密度泛函理论软件，例如VASP、Quantum ESPRESSO等。
（2）建模：建立材料的晶格结构模型。
（3）参数设置：设置适当的计算参数，例如电荷密度等。
（4）计算：运行计算程序，对材料的晶格结构进行计算。
（5）结果分析：通过分析计算结果，得到材料的能带结构和能级分布等信息。
2.紧束缚近似法紧束缚近似法采用局域原子轨道描述材料中的电子行为，简化了计算的复杂性。
基本实现步骤如下：（1）选择计算软件：选择适当的紧束缚近似法软件，例如TB-LMTO、VASP-TB等。
（2）建模：建立材料的晶格结构模型。
（3）参数设置：设置适当的计算参数，例如原子轨道的最大径向波函数量等。
半导体行业分析报告
半导体行业分析报告半导体行业分析报告一、定义半导体是指它的导电性能介于导体和绝缘体之间的一种物质。
半导体行业是指以半导体材料为原料生产各种种类电子器件，包括各种电子元器件，电子包装、封装技术等的产业链。
二、分类特点半导体主要有硅、锗、砷化镓等材料。
其中硅材料占据了半导体行业的主流地位。
半导体产品可分为两大类：集成电路和离散元器件，其中集成电路是半导体行业的发展重点。
半导体行业有高度集中度的特点，具有技术密集、资本密集、人才密集的特征。
三、产业链半导体生产流程大致可分为芯片制造、封装测试、成品制造三个环节。
半导体产业链包括半导体材料和设备供应商、晶圆和芯片生产、元器件封装和测试、集成电路设计和应用等多个环节。
四、发展历程上世纪50年代，半导体材料被广泛应用于收音机、电视机等消费电子产品中。
随着计算机、通信技术、物联网、云计算等领域的迅猛发展，半导体行业逐渐成为当今最具前景和创新性的行业之一。
自上世纪70年代中期，半导体行业呈现出快速发展的趋势，全球市场快速崛起，成为高科技产业中的明星行业。
中国的半导体行业始于上世纪80年代末期，迅速发展壮大，成为全球最重要的市场之一。
五、行业政策文件及其主要内容上海市半导体产业发展规划（2017-2025）：提出了“一个中心、四个区域、多个要素平台”构建半导体产业创新发展格局的目标，鼓励产学研用深度融合，推进工业化与信息化深度融合。
中国半导体产业发展规划：提出了要优化行业结构，推进集成电路产业高端化、规模化发展，加强产业基础设施的建设，提升国内半导体产业竞争能力等目标。
六、经济环境半导体行业是全球最具活力和发展前景的高科技产业之一。
目前，全球半导体市场的总体规模近1000亿美元，行业规模不断扩大。
中国半导体市场有着巨大的潜力，市场规模快速扩大，已成为全球最大的消费电子市场之一。
七、社会环境半导体行业对社会的影响主要体现在技术领域和产业领域。
半导体行业的发展必须具有创新性、可持续性和高效性，促进行业发展与社会经济繁荣的双赢。
有机半导体薄膜中的吸收光谱分析
有机半导体薄膜中的吸收光谱分析有机半导体材料可以用于构建各种电子器件和光电器件，尤其是有机薄膜太阳能电池、有机发光二极管（OLED）等。
吸收光谱是研究有机半导体材料的重要手段之一，通过吸收光谱可以了解材料的电子结构、分子结构以及能级分布等信息。
本文将介绍有机半导体薄膜中的吸收光谱分析方法和应用。
吸收光谱的基本原理吸收光谱是测量光在物质中被吸收的强度与波长的关系图形，也称吸收谱。
物质吸收光的强度与波长有关，吸收谱可以反映物质的分子结构、电子结构和能级结构等信息。
吸收光谱是一种无损、非接触的分析手段，被广泛应用于材料表征和分析。
有机半导体材料具有良好的电子输运性质和光学性质，可以应用于构建各种电子器件和光电器件。
有机薄膜太阳能电池、有机发光二极管等需要了解材料的光学性质，在此基础上进行材料合成、器件结构设计等方面的研究和开发。
吸收光谱是了解有机半导体材料光学性质的重要手段之一。
有机半导体材料的吸收光谱通常在紫外-可见光（UV-Vis）范围内进行测量。
在这个范围内，有机半导体材料的吸收光谱会表现为一系列的吸收峰，每个峰对应着材料分子的某种特定电子跃迁。
吸收峰的位置和强度可以反映分子的电子能级结构、分子内键和电子云分布等信息。
有机半导体材料的吸收光谱是由近红外到紫外区域的多个吸收峰组成的。
这些吸收峰的形状、位置和强度等参数不仅与有机分子的结构有关，也受到有机半导体薄膜的形态和晶体结构的影响。
因此，在对有机半导体材料进行吸收光谱研究时，需要考虑到材料的形态、表面偏析和晶体结构等方面的影响。
吸收光谱分析方法和应用最常用的吸收光谱分析方法是紫外-可见光吸收光谱。
通常使用紫外-可见光分光光度计进行测量，材料样品需制备成薄膜形式，并在晶体生长条件下进行热处理。
在进行吸收光谱测试之前，样品需在470 nm左右的光谱范围内照射一个小时，以去除材料的缺陷态。
测试时应尽量避免反光和污染对测量的影响。
有机半导体材料的吸收光谱在器件结构设计和性能优化方面有重要应用。
7_四探针测试半导体薄膜的电阻率
实验七四探针测试半导体薄膜的电阻率SZT—1型数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量装置，可以测量棒状、块状半导体材料的径向和轴向电阻率，片状半导体材料的电阻率和扩散层方块电阻，换上特制的四端子测试夹还可以对低、中值电阻进行测量。
仪器由集成电路和晶体管电路混合组成，具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好，测量范围广，结构紧凑，使用方便的特点，测量结果由数字直接显示。
仪器探头采用宝石导向轴套，与高耐磨合金探针组成具有定位准确，游移率小，寿命长的特点。
本仪器适合于对半导体、金属、绝缘体材料的电阻性能测试。
一、实验目的（1）了解四探针电阻率测试仪的基本原理；（2）了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；（3）能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。
二、实验原理测试原理：直流四探针法测试原理简介如下：1．体电阻率测量：当1、2、3、4根金属探针排成直线时，并以一定的压力压在半导体材料上在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生电位差V。
材料的电阻率如下（6.1）式：（.cm）（6.1）式中C为探针系数，由探针几何位置决定。
图6.1 四探针测量原理图当试样电阻率分布均匀，试样尺寸满足半无限大条件时，（cm）（6.2）式中：、、分别为探针1与2，2与3，3与4之间的间距，当===1 mm时，C=2π。
若电流取I = C时，则ρ= V 可由数字电压表直接读出。
（1）块状和棒状样品体电阻率测量由于块状和棒状样品外形尺寸也探针间距比较，合乎与半无限大的边界条件，电阻率值可以直接由（1），（2）式求出。
（2）薄片电阻率测量薄片样品因为其厚度与探针间距比较，不能忽略，测量时要提供样品的厚度形状和测量位的修正系数。
电阻率可由下面公式得出：（6.3）式中：——为块形体电阻率测量值——为样品厚度与探针间距的修正函数，可由相关表格查得——为样品形状和测量位置的修正函数。
当圆形硅片的厚度满足W/S<0.5时，电阻率为：（6.4）2．扩散层的方块电阻测量：当半导体薄层尺寸满足于半无限大平面条件时：（6.5）若取I =4.53，则R值可由V表中直接读出。
第三代半导体材料氮化镓的拉曼光谱分析
第3期2024年2月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.3February,2024基金项目:国家重点研发计划;项目编号:2022YFB3404304㊂作者简介:王亚伟(1988 ),男,工程师,硕士;研究方向:导体材料外延及表征㊂第三代半导体材料氮化镓的拉曼光谱分析王亚伟(中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄050051)摘要:第三代半导体材料中氮化镓是高频电子器件㊁大功率电子器件和微波功率器件制造领域的首选材料㊂为了实现高质量氮化镓材料的外延生长,并且精准表征氮化镓外延材料的特性,文章对氮化镓外延材料进行了深入的拉曼光谱分析㊂实验结果表明,对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析时最佳扫描范围是100~1000cm -1㊁最佳曝光时间是5s ㊁最佳光孔直径为100μm ,从而更精准地表征氮化镓外延材料,进而对微波功率器件的性能提升起到推动作用㊂关键词:第三代半导体材料;氮化镓;拉曼光谱中图分类号:TN304㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀第三代半导体材料出现后,逐步形成以氮化镓材料[1]为代表的一系列半导体材料,其中还包括碳化硅和金刚石等㊂第三代半导体材料有其独有的特性,比如禁带宽度大㊁电子迁移率高以及击穿场强大等[2]㊂在半导体材料进行异质外延时,有2种因素会导致外延层产生应变㊂拉曼光谱测试仪就是利用这一原理进行工作㊂这2种因素包括:衬底材料的膨胀系数与外延层的膨胀系数存在较大差异㊁衬底材料的晶格常数和外延材料的晶格常数存在较大差异㊂在半导体中引入残余应力,会使得半导体能带结构以及外延层的结构性质产生变化,当应力较大时还会引起外延层产生裂纹㊂拉曼峰的位置能够显示样品的成分分布,其中包括化学组成㊁结构和形态等㊂峰位位移能够显示样品的属性分布,其中包括应力和温度㊂拉曼散射光谱在研究材料各项性能和晶格等方面起到很大作用,其优势在于非接触性㊁非破坏性,并且不使用特殊的样品制备[3-4]㊂氮化物半导体中存在特殊的化学键,这种化学键属于共价键和离子键的混合型,并且很容易受激光辐射,正因如此更适合用拉曼散射来进行分析[5]㊂若要提升微波功率器件的性能,需要从提高第三代半导体材料氮化镓的晶体质量出发,对氮化镓材料进行深入详尽的拉曼光谱分析㊂1㊀实验方法㊀㊀氮化镓外延材料中产生残余热应变,这是由衬底材料的膨胀系数与氮化镓外延层的膨胀系数存在巨大差异造成的㊂在进行拉曼光谱测试时,残余热应变会导致氮化镓外延材料拉曼光谱的峰位发生变化[6]㊂因此,利用拉曼光谱测试仪对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析,就能够得到拉曼光谱的峰位改变情况并以此来表征氮化镓外延材料受到的应力情况,从而有助于优化氮化镓外延材料的生长工艺㊂本文利用拉曼光谱测试仪对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析㊂通过分析扫描范围㊁曝光时间㊁拉曼光孔大小等测试参数的意义,并改变相关测试参数,分析测试参数对拉曼光谱的影响㊂使用拉曼光谱测试仪前,首先要对仪器参数进行校正,即拉曼峰位校正㊂选择指定光栅,通过扫描硅晶体,以其特征峰作为校正光栅的零点位置㊂校正后,对氮化镓材料进行拉曼光谱扫描㊂通过拉曼光谱测试仪模拟并进行数据处理,通过洛伦兹和高斯的混合函数进行拟合,进而得出峰位和强度信息㊂2㊀结果与分析2.1㊀扫描范围对氮化镓外延材料拉曼光谱的影响㊀㊀通过改变拉曼光谱测试仪扫描范围,分析氮化镓外延材料的拉曼光谱变化㊂拉曼光谱测试仪的扫描范围是指:待测样品单点测试时激光器扫描的光谱范围,其单位是波束(cm -1)㊂扫描范围的设置方法为:扫描范围菜单中模式选择为多窗口模式,From 和To 设定具体扫描范围,例如From:100,To:1000表示扫描范围为100~1000cm -1㊂将扫描范围分别设定为0~3000cm -1㊁0~2000cm -1㊁0~1000cm -1㊁100~1000cm -1,使用50倍镜头㊂其他设置为:单点采谱,曝光时间为5s,光孔直径为100μm,曝光次数为1次㊂通过改变扫描范围可以看出,将扫描范围为0~3000cm -1的拉曼光谱与扫描范围为0~2000cm -1的拉曼光谱对比,后者几乎涵盖前者的所有峰位并能够清晰地展示出来,所以扫描范围可暂定为0~2000cm -1㊂将扫描范围为0~2000cm -1的拉曼光谱与扫描范围为0~1000cm -1的拉曼光谱对比,由于氮化镓特征峰峰位在566cm -1左右,所以扫描范围设定为0~1000cm -1即可㊂将扫描范围为0~1000cm -1的拉曼光谱与扫描范围为100~1000cm -1的拉曼光谱相比,拉曼光谱在0~100cm -1范围内的曲线反射强度陡然降低,属于异常光谱,因此尽量避免该扫描范围㊂综上所述,对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析时,最佳扫描范围是100~1000cm -1,此时拉曼光谱清晰㊁准确并且足够全面㊂2.2㊀曝光时间对氮化镓外延材料拉曼光谱的影响㊀㊀通过改变拉曼光谱测试仪的曝光时间,分析氮化镓外延材料拉曼光谱变化㊂拉曼光谱测试仪的曝光时间是指:待测样品单点测试时激光器的单次曝光的时长,其单位是秒(s)㊂将曝光时间分别设定为5s㊁10s㊁20s㊁30s,使用50倍镜头㊂其他设置为:单点采谱,曝光数为1次,光孔直径为100μm,扫描范围100~1000cm -1㊂该设置拉曼光谱测试仪扫描结果依次如图1 4所示㊂图1㊀曝光时间为5s的拉曼光谱图2㊀曝光时间为10s的拉曼光谱图3㊀曝光时间为20s的拉曼光谱图4㊀曝光时间为30s 的拉曼光谱通过改变拉曼光谱测试仪的曝光时间可以看出,曝光时间越长,拉曼峰的峰强越高㊂当曝光时间为5s 时,从图1中可以看出,氮化镓特征峰清晰明显,同时将曝光时间为10s㊁20s㊁30s 的拉曼光谱与将曝光时间为5s 的拉曼光谱对比可知,后者扫描总时间短并且扫描效率较高㊂综上所述,对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析时的最佳曝光时间是5s,此时拉曼光谱清晰㊁明显并且扫描效率更高㊂2.3㊀光孔直径对氮化镓外延材料拉曼光谱的影响㊀㊀通过改变拉曼光谱测试仪的光孔直径,分析氮化镓外延材料拉曼光谱变化㊂拉曼光谱测试仪的光孔直径是指:514nm 波长的激光穿过光孔的直径,其单位是微米(μm)㊂将光孔直径分别设定为50μm㊁100μm㊁200μm,使用50倍镜头㊂其他设置为:单点采谱,曝光数为1次,曝光时间为5s,扫描范围100~1000cm -1㊂该设置拉曼光谱测试仪扫描结果如图5 6所示㊂通过改变拉曼光孔直径可以看出,将图5光孔直径为50μm 的拉曼光谱与图1光孔直径为100μm 的拉曼光谱相比,前者基准线波动强烈,后者基准线更图5㊀光孔直径为50μm的拉曼光谱图6㊀光孔直径为200μm 的拉曼光谱为平缓㊁清晰㊁稳定㊂后者氮化镓特征峰(峰位约为570cm -1)约为前者的3倍,拉曼光谱的曲线峰形更加强烈清晰㊂并且光孔直径为50μm 的拉曼光谱没有位于144cm -1处的氮化镓的E2(low)峰㊂因此,光孔直径设置为100μm 比设置为50μm 更能够全面清晰稳定地表征氮化镓外延材料的拉曼光谱㊂将图1光孔直径为100μm 的拉曼光谱与图6光孔直径为200μm 的拉曼光谱相比,后者氮化镓特征峰约为前者的2倍,更为强烈清晰,然而当光孔直径过于扩大㊀㊀时,拉曼激光同时会产生强烈的散射,不利于安全操作㊂相对而言,光孔直径设置为100μm 更为可靠㊂综上所述,对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析时最佳光孔直径为100μm,此时拉曼光谱清晰㊁稳定并且测试安全可靠㊂3㊀结语㊀㊀通过对氮化镓外延材料进行深入的拉曼光谱分析,能够更精准地分析氮化镓外延材料,从而对微波功率器件的性能提升起到重要作用㊂根据改变拉曼光谱测试仪的扫描范围㊁曝光时间㊁光孔直径等关键参量设计实验,对比分析得出:对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析时的最佳扫描范围是100~1000cm -1,此时拉曼光谱清晰㊁准确并且足够全面;最佳曝光时间是5s,此时拉曼光谱清晰㊁明显并且扫描效率更高;最佳的光孔直径为100μm,此时拉曼光谱清晰㊁稳定并且测试安全可靠㊂其他相关参数设置为:单点采谱,曝光次数为1次㊂在该设置状态下,研究人员能够全面深入准确地对氮化镓外延材料进行拉曼光谱分析,扫描结果最佳,且最适合氮化镓外延材料的表征㊂参考文献[1]周平,任霄钰,苑进社.MBE 生长GaN 纳米柱XRD 和AFM 分析[J ].重庆理工大学学报,2014(4):104-107.[2]王平.GaN 材料的特性与应用[J ].电子元器件应用,2001(10):32-35.[3]陶东言,刘超,尹春海,等.离子注入法制备GaN :Er 薄膜的Raman 的光谱分析[J ].光谱学与光谱分析,2013(3):699-703.[4]高国明,李雪,覃宗定,等.消除拉曼光谱荧光背景的新方法及其应用[J ].光学学报,2013(2):258-266.[5]薛晓咏.氮化镓材料的不同极性面拉曼光谱分析[D ].西安:西安电子科技大学,2012.[6]CHOI S.Stress metrology and thermometry of AlGaN /GaN HEMTs using optical methods [D ].Atalanta :Georgia Institute of Technology ,2013.(编辑㊀王雪芬)Raman spectroscopic analysis of the third generation semiconductor material Gallium NitrideWang YaweiThe 13th Research Institute CETC Shijiazhuang 050051 ChinaAbstract Gallium Nitride has become the preferred material in the manufacturing of high -frequency electronic devices high -power electronic devices and microwave power devices in the third generation semiconductor materials.How to achieve epitaxy growth of high quality Gallium Nitride materials and accurately characterize the characteristics of Gallium Nitride epitaxy materials requires in -depth Raman spectroscopic analysis of Gallium Nitride epitaxy materials.The experimental results show that the best scanning range is 100~1000cm -1 the best exposure time is 5seconds and the best optical hole diameter is 100μm so as to more accurately characterize Gallium Nitride epitaxial materials and thus promote the performance of microwave power devices.Key words。
半导体材料的性能分析及其应用
41第1卷 第16期产业科技创新 2019，1（16）：41~42Industrial Technology Innovation 半导体材料的性能分析及其应用*高 帆，牟艳男，皮艳梅，张春光（黑河学院，黑龙江 黑河 164300）摘要：能源、材料、和信息是现在社会发展的三大推动力，随着社会经济的发展，各行各业都在一定程度上收到了影响，带来了更大的发展机遇和挑战。
其中以半导体为代表的电子材料已成为社会关注的焦点。
对于半导体行业来讲，半导体材料的选择尤其重要，所以要对材料的技术进行改革创新。
半导体材料是制作功率器件,晶体管,集成电路等的基础材料，半导体能够在工业、农业、科技等方面被广泛应用，极大的提高了我国的科技水平和综合实力，对人们的生产生活都具有积极的意义，与此同时，半导体行业也是物理材料的主要研究方向之一，因此我们更应该对半导体材料和性能有清楚地认识和了解，以保证在未来经济发展中中，充分发挥半导体材料的积极作用。
关键词：半导体；功率器件；性能分析中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2019）16-0041-021 半导体材料含义1.1 广义半导体材料广义半导体的定义是由半导体器件制造厂商提供的，它主要时以半导体器件制作的流程为基础，对其中的芯片设计、制造、封装与测试的总体概括，芯片设计设计的领域比较多，不仅包含包含电路和版图设计，还包含光罩(掩模版)设计等；芯片制造包含硅片、氧化、光刻、离子注入等；芯片封装，包含晶圆减薄、切割、贴片、键合等；器件测试包含环境测试和成品检验等。
1.2 狭义半导体材料狭义半导体材料一般指介于金属和绝缘体之间的材料，制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的主要材料都是依靠半导体材料完成的，如果按照这个定义要求的话，半导体材料的范围是非常广泛的，一般可以分为无机半导体材料和有机半导体材料两大类。
下图为半导体材料结构图。
图1 半导体材料结构图2 半导体导电性的影响因素半导体自身的导电性质，会受到外界温度高低和磁场强弱的影响。
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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
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• 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。
• 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。
间 的 载
合
复
合
D-h 流
子
复
合
施 主 e-D+ 受 主 对 符 合
(a)
(b)
电 子 空 穴 对 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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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。
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谢谢！
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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、缪国庆a等人
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制冷仪
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光致发光光谱测量装置示意图
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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
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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 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。
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• 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
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4
• 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。
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。
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。
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• 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。
• 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
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束
缚
浅
自
激
由 载 流
e-h 自 e-h 由 声子参与
子 复 e-A 合
能 级 与 本 征 带
子激 复子
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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。
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TRIAX550 Pa L谱仪
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样品架
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。