2012开设半导体物理器件实验课讲义

1、MIS 结构的高频 CV 特性测量 一、实验目 半导体材料中的非平衡少数载流子（简称少子间接法，分为表面光电压法和光电磁法命 。瞬态法又称直接法，这种方法MIS 结构的高频 CV 特性测量 一、实验目 半导体材料中的非平衡少数载流子（简称少子间接法，分为表面光电压法和光电磁法命 。瞬态法又称直接法，这种方法。二、实验原时样品的电导 0 为样品平衡时的电导； 导随时间的变化 (t) 就反映了体内非平衡载流子总数随时间的变化 p(t)，即 p0 为样品平衡时的电导； 导随时间的变化 (t) 就反映了体内非平衡载流子总数随时间的变化 p(t)，即 p3-1a3-1(a)1，2，3(b)(c)时，流经

2、样品的电流发生变化，R2 上的取样电压也发生类似的变化；该调幅高频信号经有I0 为无光照时样品中高频电流的幅值， 有I0 为无光照时样品中高频电流的幅值， 载流子的产生及衰减过程。相应地，流经样品的电流也发生类似的变化。R2 3-2V(t) 或 从测量 V(t)3-2（AB）的下降速度比指数规律快得多，而后一段则基本上按指数规律变化。AB而只是代表紧靠表面处（距表面距离小于一个扩散长度）后 p1/的过程；但 BCBC1/f 续体复合率 1/ 和表面复合率 1/a 内复合作用就增加，1/a 或 从测量 V(t)3-2（AB）的下降速度比指数规律快得多，而后一段则基本上按指数规律变化。AB而只是代

3、表紧靠表面处（距表面距离小于一个扩散长度）后 p1/的过程；但 BCBC1/f 续体复合率 1/ 和表面复合率 1/a 内复合作用就增加，1/a 3-11)cm； f ；DpDDp；对于重掺杂的 nD Dn常数 f 。三、实验装111221 )DDACB dC2 22 f20 30/s60s(1) 短脉冲光 20 30/s60s(1) 短脉冲光 (2) 光脉冲足够强 30MHz作，第四级为电压放大级，第五级作射极输出级。放大器的放大倍数约为 25。SBE-5(1)K式中 V 为示波器上测出的信号电压值，k 是前置放大器的放大倍数，V(2)除其影响。此外，在读数时，去掉信号幅度的头部（1/3，然

4、后再开始读数。其值比较准确。表面复合引起的变化如图 3-2 中实线 a 所示。(3)出品加热到 50 70式中 V 为示波器上测出的信号电压值，k 是前置放大器的放大倍数，V(2)除其影响。此外，在读数时，去掉信号幅度的头部（1/3，然后再开始读数。其值比较准确。表面复合引起的变化如图 3-2 中实线 a 所示。(3)出品加热到 50 70C3-3四、实验内1.2.。五、实验步KkVKW操作说明（略V六、数据处理1.。2.。七、参考资KW操作说明（略V六、数据处理1.。2.。七、参考资Company,一实验目基础。1980二实验原lwdX一实验目基础。1980二实验原lwdXIx，沿 ZBzE

5、y4-1Ey qFq2为尔电场 Ey 8cm式中 为为的4-1n和VH l 两端点之间的电势差V；由上式可见，只要测出霍尔电压 VH 2为尔电场 Ey 8cm式中 为为的4-1n和VH l 两端点之间的电势差V；由上式可见，只要测出霍尔电压 VH 的值，即可求得RHRII8 dVE 10H x yx HIdyx 4-1n型样品，Ey 0，VH 0，RH 0；p型样品则刚好相反，Ey 0，VH 0，RH 0p 4-1n型样品，Ey 0，VH 0，RH 0；p型样品则刚好相反，Ey 0，VH 0，RH 0p 式中：n和和为和式中 H 为霍尔迁移率n，n pp，p nn p 的值与能带结构和散射机构

6、有关。对于球形等能面的非简并半导体，在长声学波散射时， = 3/8 1.18；在电离杂质散射时， = 1.93。对于高度简并化散射过程各不相同。例如，在室温条件下的弱磁场中，对于 n 型硅，可取 = 1.15；对于 p 型硅，可取 = 0.8。在 T = 77k 时，对于 n 型硅，取 = 0.9；对于 p 型硅，取 = 1。tg 1，HBz 1H n24z图 4-2 给出某一 n 型硅在温度大于室温时霍尔系数与绝对温度倒数的关系。曲线的 ab 段近似于水平线，在该温度范围内，施主能级上的电子几乎都跃迁到导带，而本nv 22n HH2nqn对p4-2曲线 cdEg 为禁带宽度得nnp/ 对p4

7、-2曲线 cdEg 为禁带宽度得nnp/ 2kT/RNNeeeN gggiH0H0 Cs Eg4-1ABA、ClSbd，得分别为：b、dl cm，VAC V，Ix A， Eg4-1ABA、ClSbd，得分别为：b、dl cm，VAC V，Ix A， cmCTln 求出 Egnp三实验方EbdV qglpInn xXn-锑合金或钛-金合金等；对于 p 型硅，可用金-铟合金或铝等。采用真空蒸发或化学电4-3l b 5Xn-锑合金或钛-金合金等；对于 p 型硅，可用金-铟合金或铝等。采用真空蒸发或化学电4-3l b 5，各个测量电极 与b4-3VH x2实验装置与测量线路(1)(2)测量线路如图 5

8、（虚线包围部分由于霍尔电板 A 和 B 难于做到对得很准，它们不不一定处在同一等位面上（Vr（欧姆压降由于霍尔电板 A 和 B 难于做到对得很准，它们不不一定处在同一等位面上（Vr（欧姆压降为r为4-412345678910测量时，电势差 Vr 会叠加在 VAB r测量时，电势差 Vr 会叠加在 VAB r 4-54-6VrI(1)VE Ix、Bz 成正比。VE B(1)VE Ix、Bz 成正比。VE Bz4-1n，VEpVE为(2)能斯脱效应是一种热磁效应。由于电极 M、N过时，M、NM、NM、NQx Qx ）YVN。VN 机理与 用下，样品中的载流子在作漂移运动时受到磁场力偏转而产生。VN

9、Bz里纪-勒杜克效应也属于热磁效应。样品在热流 Qx (TA TB)。(TA T/xBz AB间产生温度电势差 VRL。VRL VE T/xBz 可以知道，在样品电流 Ix Bz BVH VT 是样品外部温度梯度在霍尔电极之间产生的热电电压。除了 VT Ix Bz 和计算处理来消除这些附加电势差。另外4-1VE 电势差之差。VE 1%VE 表 4-VAB 的测量值（nQx X四实验步3.8mm 9.7mm2.5VT 是样品外部温度梯度在霍尔电极之间产生的热电电压。除了 VT Ix Bz 和计算处理来消除这些附加电势差。另外4-1VE 电势差之差。VE 1%VE 表 4-VAB 的测量值（nQx

10、 X四实验步3.8mm 9.7mm2.5VVV VVVIVABABABAB ABAB 11 22 NNRRLLRLrrrHH1234VAC测量样品在室温下的霍尔系数 VHBz 2000VAC测量样品在室温下的霍尔系数 VHBz 2000出探针 A、B 之间的电势差 (VAB)1、(VAB)2、(VAB)3 和 (VAB)4 四组值。Eg10C(VAB)1、(VAB)2、(VAB)3 和 (VAB)4。从室温开始测量，直至上述四组值之和接近于零为段10C五实验要RH lnRH 1/T出样品的禁带宽度 Eg。六参考资2ASTM.,F.7668 part 8, 3HHWidederMISC-V一实验

11、目-半导体（MIS）（MISC-V一实验目-半导体（MIS）（C-V）MISQIMIS二实验原MIS6-1a而不象金属中那样，只集中在一薄层（0.1nm）6-1MOS(a)；(b)26-1MOS(a)；(b)2MOS6-2MIS(a)p (b)n当在 MOS 电容两端加上外偏压后，半导体表面的能带就要弯曲。以 p 型半导体为QM（QM；而半导体表面的空间电荷层带负3b3c6-3pMOS(a) 积累； (b) 耗尽； (c) 反型（V 对于 n 型半导体可作类似分析，n 型半导体 MOS 电容外加偏压时能带图如图 6-VG6-3pMOS(a) 积累； (b) 耗尽； (c) 反型（V 对于 n

12、型半导体可作类似分析，n 型半导体 MOS 电容外加偏压时能带图如图 6-VG 8-4nMOS(a) 积累； (b) 耗尽； (c) 反型（V QG 是金属电极的电荷面密度，AVG VoxVsCA QSC 是半导体表面空间电荷区电荷面密度。将式（6-2）和（6-3）代入式（6-1）CoxCs，6-1bCox VG ox Cs QSC 是半导体表面空间电荷区电荷面密度。将式（6-2）和（6-3）代入式（6-1）CoxCs，6-1bCox VG ox CspMOSC-V6-5VVGCmax CoxCmax 和最小电容 Cmin 6-5pMOSd1CkT 20iSiox CFB。对于给定的 MOS0

13、下面考虑实际的 MOS 结构。由于二氧化硅中总是存在电荷（通常是正电荷 CFB。对于给定的 MOS0下面考虑实际的 MOS 结构。由于二氧化硅中总是存在电荷（通常是正电荷 VFB SiO2-SiVFB 的影响。Vms p结构，Vms 0，Qox 通常也大于零（正电荷VFB 6-61（曲线 温度。由于可动电荷（Na+ 离子）在高温下有较大的迁移率，在高温后去掉偏压，再测量高频 C-V 曲线，得到图 6-6 中的曲线 2。由于这时可动电荷已经和Vms (cm-A VV 0Siox6-6pC-VBTBTBT测量高频 C-V 曲线，得到图 6-6 中的曲线 3。由于这时可动电荷基本上全部集中到SiO2

14、-SiVFB3 QI Qf 的影响。根据式（6-9）和（6-11）令(cm-6-76-6pC-VBTBTBT测量高频 C-V 曲线，得到图 6-6 中的曲线 3。由于这时可动电荷基本上全部集中到SiO2-SiVFB3 QI Qf 的影响。根据式（6-9）和（6-11）令(cm-6-7C-V（1MHz）和 X-pn6 8cm，厚度约为 100nm；电极可采用铝或多晶硅，面积为 2 H2、90N2）30QAVAAVfV IVFB3FB2 C 6-7C-V中忽略了界面态的作用。实际上，界面态可以从两个方面影响 MOSVGVSQSS 亦随之发生变化，即 QSS VG QI Qf 是偏压 VG 的函数。

15、Q6-7C-V中忽略了界面态的作用。实际上，界面态可以从两个方面影响 MOSVGVSQSS 亦随之发生变化，即 QSS VG QI Qf 是偏压 VG 的函数。QI Qf C-曲线沿电压轴发生平移，并不改变曲线的形状。但 QSS VG 作用随 VG C-VC-VC-VVG dVG，dVG dVsdQSSCSS MOS10MHz-(cm-2eV-1C-V必须特的是，对于杂质浓度不是很高的或更低）的 p 型 MOSACsC-VCmin 不稳定现象，如图 6-8（电极以外之6-8C-VC-VCmin 不稳定现象，如图 6-8（电极以外之6-8C-V三实验内C-VBTBTC-V四实验步1.102.X-

16、选择 C-VC-V6-9100 mVC-V5. BT150 200C10106 V/cmt =100nm，取 VG 10V（BT）或 VG 10V（106 V/cmt =100nm，取 VG 10V（BT）或 VG 10V（BTC-V6-9C-V五数据处理1六C-VVG SiO2-Si对 p 型样品，场区有反型层；SiO2-Si界面处有可动离子陷阱，对正、负 BTC-V七参考文，1979一、实验目QT-2，1979一、实验目QT-2QT-2QT-2二、实验仪器和待二极管：2AP（IN4000）2CP（IN4000）双极型晶体管：9013三、实验原见图 1见图 11QT-27-1（a）（b）7-

17、2 （a）（b）ICF(IB,VCE)时随YCE和Y7-3 IC VCE 的关系（IB 7-4IC V时随YCE和Y7-3 IC VCE 的关系（IB 7-4IC VCE 当X的函数的变化规律IRE XACCX7-4、持的时间等于集电极回路的锯齿波周期（时间扫描出X7-4、持的时间等于集电极回路的锯齿波周期（时间扫描出7-5 阶梯电流与锯齿波的对应关系四、实验内容7-5 阶梯电流与锯齿波的对应关系四、实验内容意图如图 7-7 所示。7-7X到正。由于从负到正的扫描电压不易实现，通常 QT-2 型晶体管特性图示仪的扫描电压 7-77-17-8(b)7-8(b)图给定工作电流下的二极管正向电。例如

18、，给定工作流7-8(b)7-17-77-17-8(b)7-8(b)图给定工作电流下的二极管正向电。例如，给定工作流7-8(b)7-17-8(a)(b)。1-7-9(b7-9(b)值通常小于 10-7A；对于锗二极管7-8(a)(b)。1-7-9(b7-9(b)值通常小于 10-7A；对于锗二极管，通常小于 10-6A。QT-2 型晶体管特性图示仪的 Y 轴10AQT-27-2 7-9(a)(b)7-9(a)(b)和7-10； 和和； 和(2)（）pnpnpnnpn1-31h和7-10； 和和； 和(2)（）pnpnpnnpn1-31hVBEV B7-7-11(b)Q。(3)7-410I, 7-7-11(b)Q。(3)7-410I, (hCEEBEB BIB=0.01mA/表 7-7-12(a)(b)图 7-7-12(b)IIh II 表 7-7-12(a)(b)图 7-7-12(b)IIh II 0.01mA/(3)晶体管反向饱和压降 和和、（ 相当于 10。 例如， 对于 3DG6的测试条件是7-51V 的测试方法和步骤和7-13五、实验数据1.7-8、7-97-107-8 19(3)晶体管反向饱和压降 和和、（ 相当于 10。