實(shí)驗(yàn)六電容-電壓法測量p+n結(jié)的平均雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)分布

1、實(shí)驗(yàn)六 電容-電壓法測量p+n結(jié)的平均雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)分布一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;1. 掌握電容-電壓特性測試儀的使用 2. 通過測量p+n二極管電容與反向電壓的關(guān)系， 測量硅p+/n外延層的雜質(zhì)濃度隨深度的分布。 二、實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)于一個(gè) P+N的單邊突變結(jié)。P區(qū)一邊空間電荷區(qū)很窄，是因?yàn)閾诫s濃度很高?？臻g電荷的寬度幾乎全在n型半導(dǎo)體一邊，其中正的空間電荷由電離施主構(gòu)成，此空間電荷區(qū)稱為耗盡層，如圖1所示。 耗盡層的寬度取決于半導(dǎo)體的雜質(zhì)濃度。平衡時(shí)耗盡層的寬度為： （1）  當(dāng)外加偏壓時(shí)，耗盡層的寬度隨外加電壓的變化二變化：

2、 （2） （3） 耗盡層的厚度隨外加電壓的變化直接反映著耗盡層具有一定的電容，這個(gè)電容叫做二極管的勢壘電容。耗盡層的兩個(gè)界面可以看作平行板電容器的兩個(gè)面板，其電容值可由下述關(guān)系表示： （4）  勢壘電容與低濃度一邊的摻雜濃度成正比；與（Vbi-V）1/2成反比。 通常用pn結(jié)二極管和其他器件的C-V數(shù)據(jù)來確定器件的參數(shù)，特別是結(jié)輕摻雜一側(cè)的平均雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)分布。C-V測量在器件表征和測試中已經(jīng)成為常規(guī)的手段。 現(xiàn)在分析C-V數(shù)據(jù)，假設(shè)測試器件是一個(gè)非對(duì)稱摻雜的突變結(jié)。對(duì)于假定的結(jié)分布，將（2）代入（4）式兩邊求倒

3、數(shù)           （5） （5）式表明1/CJ2與VA的關(guān)系應(yīng)該是一條直線，斜率的倒數(shù)正比于NB，而且外推到1/CJ2=0處的截距等于Vbi。因此假設(shè)二極管的面積A是已知的，利用該圖的斜率可以很容易地推導(dǎo)出NB。顯然1/CJ2與VA的直線圖也驗(yàn)證了可以用突變結(jié)來模擬該二極管。 顯然，可以將前面的圖形方法擴(kuò)展到線性緩變和其他雜質(zhì)分布上，但人們卻很少這么做。正如該方法所顯示出的，事先無需知道雜質(zhì)分布的性質(zhì)，就可以利用C-V數(shù)據(jù)直接推導(dǎo)出結(jié)輕摻雜一側(cè)的雜質(zhì)濃度隨位置的變化關(guān)系

4、。省略推導(dǎo)細(xì)節(jié)，只需要記住雜質(zhì)濃度隨位置的變化關(guān)系為             （6）                      （7） 其中x是結(jié)輕摻雜一側(cè)離開冶金結(jié)的距離。注意，可將（5）式突變結(jié)關(guān)系式代入（6）式，得到的結(jié)果將與位置無關(guān)，這與預(yù)期的結(jié)果相一

5、致。 此外，由于需要用到C-V數(shù)據(jù)的斜率和導(dǎo)數(shù)，所以結(jié)果容易受到噪聲的影響。盡管如此，利用C-V確定雜質(zhì)分布的方法實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)簡單，通常能得出有用的結(jié)果，因而得到了廣泛的應(yīng)用.三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 4.1開機(jī) 儀器安裝連接好后，把電源開關(guān)按到ON位置，電源接通，儀器執(zhí)行自檢程序。如果沒有故障，測試指示燈亮。偏置電壓指示狀態(tài)為（電壓去），雖然偏置電壓有顯示，但該電壓尚未加到夾具上去。 4.2連接被測件 被測件引線應(yīng)相當(dāng)清潔且筆直，將它插入CV-2000測試座具即可。若測試件引線臟，必須先擦干凈，以保證接觸良好。 4.3零校準(zhǔn) 由

6、于溫度變化或改變夾具，都會(huì)引起寄生電感變化，因此，在每天開機(jī)30分鐘后，改變夾具或溫度變化大于3時(shí)，都要完成零校準(zhǔn)。分兩步完成： 開路零校準(zhǔn)：1. 開機(jī)2. 在測量功能檢查之后，應(yīng)按開路校準(zhǔn)按鈕。在電容顯示屏內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)零，并且通過燈亮，讓人體遠(yuǎn)離儀器。按校準(zhǔn)觸發(fā)鍵并等一會(huì)，直到通過燈重新亮，開路校準(zhǔn)完成。短路零校準(zhǔn)： 把隨機(jī)附帶的短路銅片插入測試槽按短路校準(zhǔn)按鈕，電容顯示屏內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)5，并且通過燈亮，按校準(zhǔn)觸發(fā)鍵等一會(huì)直到通過燈重新亮，短路零校準(zhǔn)完成。完成后請將短路銅片拿開。 4.4測量 在零校準(zhǔn)后按測試鍵，當(dāng)測試指示燈亮即進(jìn)入測試狀態(tài)。 4.

7、5偏置電壓下測試電容 A、完成上面四個(gè)步驟后，把元件插入CV-2000夾具，夾具的插槽電壓極性如下圖所示，左邊插槽為（+）極，右邊插槽為（-）極。如測試三極管電極、基板反向電壓特性，如系PNP型三極管基極插入（-）插槽，集電極插入（+）插槽，然后加不同偏壓即可得出不同偏壓下的電容值。  如二極管，則二極管的“+”極插入（-）插槽，“-”極插入（+）插槽，即可得出不同偏壓下的電容值。 B、粗調(diào)電位器“W1”及微調(diào)電位器“W2”的使用： W2的調(diào)節(jié)范圍是0-V0（V0在20V以下，不同機(jī)器有些許差別），可精確調(diào)節(jié)每0.1V。當(dāng)測試元件反向耐壓在V0

8、以下，可將W1左旋至盡，單獨(dú)調(diào)節(jié)W2即可。 當(dāng)測試元件反向耐壓在100V以下，則需W1、W2配合使用，請按下一步驟進(jìn)行操作：1. 首先測量20V以下電容值，將W1左旋至盡，單獨(dú)調(diào)節(jié)W2同時(shí)記錄電容值，將W2左旋到頭時(shí)記下電壓V1。2. 完成后再將W2左旋至盡，然后慢慢左旋W1使偏置電壓顯示為V1，然后慢慢調(diào)節(jié)W2，并記錄電容值，當(dāng)W2右旋至盡時(shí)記下電壓V2。3. 完成后再將W2左旋至盡，然后右旋W1使偏置電壓顯示為V2，然后慢慢調(diào)節(jié)W2，重復(fù)步驟即可得到100V以內(nèi)的偏置電壓的電容值。4.6 為保護(hù)下次測量的器件關(guān)機(jī)前請分別將W1、W2左旋至盡，使偏置電壓顯示為0V。

9、60;在面板左上方是電容值顯示窗，左下方是電源開關(guān)和測試端，后板上裝有保險(xiǎn)座，三線插座和接地端子保證安全可靠。 四、數(shù)據(jù)處理 1. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄CVCV 13.58pF 0V 4.77 pF 7.5V 12.98 pF 0.1V4.37 pf 10V 11.99 pF 0.2V4.06 pF 12.5V 11.25 Pf 0.3V 3.83 pF 15V 10.62 pF 0.4V 3.65 pF

10、 17.5V 10.19 pF 0.5V 3.50 pF 20V 6.7 0pF 2.5V 2.80 pF 40V 5.42 pF 5.0V 2.22 pF 80V2.用電腦畫圖軟件畫出曲線  圖1曲線3.根據(jù)曲線的斜率求雜質(zhì)平均濃度 4. 根據(jù)公式公式（6）和（7）確定雜質(zhì)濃度的分布 5.數(shù)據(jù)處理 圖2 C-V曲線， A取mm²，數(shù)據(jù)處理示例： 圖3 雜質(zhì)分布 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果由圖1可得，pb結(jié)內(nèi)建電壓Vbi=5.422