实验六电容-电压法测量pn结的平均杂质浓度和杂质分布

.-实验六电容-电压法测量p+n结的平均杂质浓度和杂质分布一、实验目的掌握电容-电压特性测试仪的使用通过测量p+n二极管电容与反向电压的关系，测量硅p+/n外延层的杂质浓度随深度的分布。感谢阅读二、实验原理对于一个P+N的单边突变结。P区一边空间电荷区很窄，是因为掺杂浓度很高。空间电荷的宽度几乎全在n型半导体一边，其中正的空间电荷由电离施主构成，此空间电荷区称为耗尽层，如图1所示。谢谢阅读耗尽层的宽度取决于半导体的杂质浓度。平衡时耗尽层的宽度为：精品文档放心下载（1）当外加偏压时，耗尽层的宽度随外加电压的变化二变化：（2）.-（3）耗尽层的厚度随外加电压的变化直接反映着耗尽层具有一定的电容，这个电容叫做二极管的势垒电容。耗尽层的两个界面可以看作平行板电容器的两个面板，其电容值可由下述关系表示：感谢阅读（4）势垒电容与低浓度一边的掺杂浓度成正比；与（Vbi-V）1/2成反比。精品文档放心下载通常用pn结二极管和其他器件的C-V数据来确定器件的参数，特别是结轻掺杂一侧的平均杂质浓度和杂质分布。C-V测量在器件表征和测试中已经成为常规的手段。谢谢阅读现在分析C-V数据，假设测试器件是一个非对称掺杂的突变结。对于假定的结分布，将（2）代入（4）式两边求倒数精品文档放心下载（5）（5）式表明1/CJ2与VA的关系应该是一条直线，斜率的倒数正比于NB，而且外推到1/CJ2=0处的截距等于Vbi。因此假设二极管的面积A是已知的，利用该图的斜率可以很容易地推导出NB。显然1/CJ2与VA的直线图也验证了可以用突变结来模拟该二极管。精品文档放心下载显然，可以将前面的图形方法扩展到线性缓变和其他杂质分布上，但人们却很少这么做。正如该方法所显示出的，事先无需知道杂质分布的性质，就可以利用C-V数据直接推导出结轻掺杂一侧的杂质浓度随位置的变化关系。省略推导细节，只需要记住杂质浓度随位置的变化关系为感谢阅读（6）.-（7）其中x是结轻掺杂一侧离开冶金结的距离。注意，可将（5）式突变结关系式代入（6）式，得到的结果将与位置无关，这与预期的结果相一致。精品文档放心下载此外，由于需要用到C-V数据的斜率和导数，所以结果容易受到噪声的影响。尽管如此，利用C-V确定杂质分布的方法实现起来相对简单，通常能得出有用的结果，因而得到了广泛的应用.感谢阅读三、实验内容及步骤4.1开机仪器安装连接好后，把电源开关按到ON位置，电源接通，仪器执行自检程序。如果没有故障，测试指示灯亮。偏置电压指示状态为（电压去），虽然偏置电压有显示，但该电压尚未加到夹具上去。精品文档放心下载4.2连接被测件被测件引线应相当清洁且笔直，将它插入CV-2000测试座具即可。若测试件引线脏，必须先擦干净，以保证接触良好。谢谢阅读4.3零校准由于温度变化或改变夹具，都会引起寄生电感变化，因此，在每天开机30分钟后，改变夹具或温度变化大于3℃时，都要完成零校准。分两步完成：开路零校准：谢谢阅读开机在测量功能检查之后，应按[开路校准]按钮。在电容显示屏内出现一个零，并且通过灯亮，让人体远离仪器。按[校准触发]键并等一会，直到通过灯谢谢阅读重新亮，开路校准完成。短路零校准：把随机附带的短路铜片插入测试槽按[短路校准]按钮，电容显示屏内出现一个5，并且通过灯亮，按[校准触发]键等一会直到通过灯重新亮，短路零校准完成。完成后请将短路铜片拿开。精品文档放心下载4.4测量在零校准后按测试键，当测试指示灯亮即进入测试状态。4.5偏置电压下测试电容A、完成上面四个步骤后，把元件插入CV-2000夹具，夹具的插槽电压极性如下图所示，左边插槽为（+）极，右边插槽为（-）极。如测试三极管电极、基板反向电压特性，如系PNP型三极管基极插入（-）插槽，集电极插入（+）插槽，然后加不同偏压即可得出不同偏压下的电容值。谢谢阅读.-如二极管，则二极管的“+”极插入（-）插槽，“-”极插入（+）插槽，即可得出不同偏压下的电容值。谢谢阅读B、粗调电位器“W1”及微调电位器“W2”的使用：W2的调节范围是0-V0（V0在20V以下，不同机器有些许差别），可精确调节每0.1V。当测试元件反向耐压在V0以下，可将W1左旋至尽，单独调节W2即可。当测试元件反向耐压在100V以下，则需W1、W2配合使用，请按下一步骤进行操作：精品文档放心下载首先测量20V以下电容值，将W1左旋至尽，单独调节W2同时记录电容值，感谢阅读W2左旋到头时记下电压V1。完成后再将W2左旋至尽，然后慢慢左旋W1使偏置电压显示为V1，然后谢谢阅读慢慢调节W2，并记录电容值，当W2右旋至尽时记下电压V2。感谢阅读完成后再将W2左旋至尽，然后右旋W1使偏置电压显示为V2，然后慢慢感谢阅读调节W2，重复步骤即可得到100V以内的偏置电压的电容值。精品文档放心下载4.6 为保护下次测量的器件关机前请分别将W1、W2左旋至尽，使偏置电压显示精品文档放心下载0V。在面板左上方是电容值显示窗，左下方是电源开关和测试端，后板上装有保险座，三线插座和接地端子保证安全可靠。谢谢阅读四、数据处理实验数据记录CVCV13.58pF0V4.77pF7.5V12.98pF0.1V4.37pf10V11.99pF0.2V4.06pF12.5V11.25Pf0.3V3.83pF15V10.62pF0.4V3.65pF17.5V10.19pF0.5V3.50pF20V6.70pF2.5V2.80pF40V5.42pF5.0V2.22pF80V.-2.用电脑画图软件画出 曲线图1 曲线3.根据曲线的斜率求杂质平均浓度根据公式公式（6）和（7）确定杂质浓度的分布5.数据处理精品文档放心下载图2 C-V曲线.-，A取mm²，数据处理示例：.-.-图3杂质分布五、实验结果由图1可得，pb结内建电压Vbi=5.4225*10^21V精品文档放心下载斜率K=1.8839*10^21根据公式（5），杂质平均浓度NB