《微电子学实验》课程教学大纲

《微电子学实验》课程教学大纲课程编号：0604052课程总学时/学分：18学时/1学分（其中理论0学时，实验18学时）课程类别：专业任选课一、教学目的和任务目的：通过实验教学环节，培养学生独立完成半导体材料特性测试分析与微电子制造单步工艺设备使用、微电子器件参数测试与应用和现代集成电路EDA工具使用等方面的实践动手能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路EDA技术相关知识，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、微电子工艺技术、微电子器件参数、集成电路EDA技术等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、教学的基本要求本课程是在学习了《半导体物理》、《半导体器件物理》、《模拟电子技术》、《数字电路技术》、《半导体集成电路》、《集成电路制造工艺原理》等理论课程后实施的一门面向电子类各专业的重要实践课程。本实验内容涵盖半导体材料特性参数测试分析与微电子制造工艺设备使用、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用、现代集成电路EDA技术等实验内容。要求学生掌握半导体材料特性测试技术、微电子技术工艺参数测试分析技术和微电子器件参数测试与应用技术,能够熟练使用集成电路EDA工具软件。三、教学内容及课时分配实验一半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理具体内容：测试给定的三块不同规格半导体材料样品电阻率，使用EXCEL软件对各个样品的测试数据进行指定方式的计算和处理，画出电阻率波动图。最后试用热探针判别材料导电类型。基本要求：1.掌握四探针法测量半导体材料电阻率和薄层材料电阻的测试原理及方法2.了解热探针判别材料导电类型的机理和方法。重点：样品的电阻率、方块电阻、标准差、不均匀度测量和计算难点：EXCEL软件数据处理和热探针判别材料导电类型。说明：学习并掌握半导体材料电阻率测试和EXCEL软件使用方法。实验二半导体材料层错位错观测具体内容使用金相显微镜在测微目镜下显示、观察并测试样品的层错和位错形状、结构和数量，对测试数据进行计算、分析。基本要求：1.掌握半导体材料中层错位错等杂质缺陷的产生机理和显示测试手段2.了解金相显微镜的使用规则和测试规范。重点：显示、观察和测试样品的层错和位错难点：层错和位错显示、层错和位错产生机理的理解和金相显微镜调试使用。说明：掌握半导体材料中缺陷的产生机理和检测方法。实验三椭偏法测量薄膜厚度具体内容:使用椭圆偏振仪,采用三点法测量SiO2薄膜厚度及折射率,并对实验结果进行分析和讨论。基本要求:1.掌握光的偏振法测量薄膜厚度的测试原理2.掌握椭圆偏振仪的使用方法。重点:样品SiO2薄膜厚度测试和折射率计算难点:椭偏仪的工作原理与测量技巧。说明学习并掌握采用椭偏法进行SiO2薄膜厚度测量。实验四用图示仪检测晶体管参数具体内容：使用晶体管特性图示仪检测晶体管、场效应管的主要电学参数，画出基本测试原理图，并对实验结果进行分析。基本要求：1.掌握三极管、场效应管等器件的主要性能指标和工作原理2.掌握晶体管特性图示仪的使用方法。重点：使用晶体管特性图示仪对被测样管进行主要电学参数的测试难点：测试原理的理解和实验仪器的正确使用。说明：使学生掌握晶体管特性图示仪的使用，加深对原理和特性参数的理解及测试方法。实验五高温氧化实验具体内容：学会利用氧化炉在硅衬底上制备二氧化硅薄膜，并利用椭偏仪测量薄膜厚度与折射率。基本要求：1.掌握干氧和湿氧氧化的基本原理。2.掌握用镊子夹取硅片的方法，并把硅片放在石英舟上。3.掌握氧化炉的各个区域、部件的作用，掌握氧化炉的使用方法，主要包括温度程序设定的方法、硅片推入恒温区的方法、通入气体流量控制方法。4.利用椭偏仪测量二氧化硅厚度变化，给出氧化速率。重点：干氧和湿氧氧化的基本原理。难点：氧化炉的使用。实验六溅射法薄膜制备具体内容：学会利用溅射设备在玻璃衬底上制备金属Cu薄膜，然后利用四探针法测量制备薄膜的电阻率。基本要求：1.掌握靶材的制备原理以及溅射设备的工作原理。2.掌握靶材与衬底的放置方法。3.掌握溅射设备的使用方法，包括真空设备的使用、气体流量的控制以及射频电压的设置，学会通过观察窗观测起辉过程，掌握溅射设备的关机以及样品的取出。4.利用四探针法测量所制备薄膜的电阻率。重点：靶材的制备原理以及溅射设备的工作原理。难点：溅射设备的使用。实验七光刻刻蚀工艺具体内容：在生长了二氧化硅的硅衬底上实现涂胶、前烘、曝光，并利用氢氟酸腐蚀二氧化硅，然后丙酮去胶，得到所需图形。基本要求：1.掌握光刻与刻蚀原理，包括正负光刻胶的区别以及版图与最终图形的对应。2.掌握涂胶机的使用方法，掌握转速的设定与胶厚度的关系。3.掌握烘箱的使用方法，掌握前烘的温度范围。4.掌握光刻机的使用方法，重点理解光源的配备。5.掌握氢氟酸的配置方法，以及整个湿法腐蚀的操作规范，掌握必备的安全常识。6.掌握丙酮去胶的过程。重点：光刻与刻蚀原理。难点：设备操作。实验八TTL与非门数字电路图绘制及逻辑模拟具体内容:使用ORCAD16.3软件绘制TTL与非门电路,设置元件参数,并用PSPICE模块并对该电路进行直流、交流分析。根据分析和模拟结果修改并确定电路结构，给出电路参数及电路逻辑关系。基本要求：1.掌握ORCAD9.2软件中PSPICE模块的使用方法2.熟悉电路的直流、交流分析方法。重点：对TTL与非门电路进行参数设置和交直流分析难点：参数设置和分析程序设定。说明：学习ORCAD9.2软件的使用方法和功能。实验九TTL与非门电路的LEDIT版图设计具体内容：在LEDIT软件环境下，设计实现给定设计规则的TTL与非门电路版图并对电路版图进行人工验证分析和讨论。基本要求：1.掌握LEDIT软件的版图绘制环境和功能2.熟悉版图的设计规则和实现方法。重点：绘制特定规则下的TTL与非门电路版图难点：软件使用和设计规则理解。说明：学习版图设计软件LEDIT的使用方法和功能。（二）实验类型及学时分配表项目编号实验内容实验类型实验学时1半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理材料特性1.52半导体材料层错位错观测材料特性1.53椭