半導(dǎo)體實驗思考題

1、WORD格式西安理工大學(xué)半導(dǎo)體物理思考題第一上傳是因為這個我?guī)团淹瓿傻牡谝粋€項目，第二我知道學(xué)弟學(xué)妹們需要實驗一1.腐蝕時間過長或過短反射光圈會出現(xiàn)什么情況？時間過長，光圈變大變亮。2.解理法得到的特征光圖中反射光斑對應(yīng)什么晶面,（ 111）,（ 110）,（100）晶面的三個特征光圖之間的相互方位如何？解理法將待測晶錠的一端先磨成錐形，在盛有80金剛沙的研缽中研磨，使錐形對面上解理出微小的解理面。這些解理面都是按特定的晶向解理出來，因而包含著結(jié)晶學(xué)構(gòu)造中的各種方向特征。在圖1.3 所示的單晶硅一類的金剛石結(jié)構(gòu)中，其一級理解面為111 ，這使因為此晶面族之間原子間距最大，鍵合最小，最容易在外

2、力作用下發(fā)生解理。從圖1.3 可以看出， 110 是一跟二次軸，其周圍有兩個對稱的理解面（111）和（ 111） ,如果 110 晶軸與激光束平行，則從（111）、 (! 1) 解理面上反射得到的特征光圖呈二次軸對稱。而 100 是一根四次軸， 其周圍有四個解理面， （ 111）、（ 111）、（ 11 1），因而特征光圖具有四次軸對稱性。由于研磨不能保證全部得到由理想的解理面組成的由規(guī)則小坑，而往往是雜亂無章的，因此反射出來的特征光圖就顯的比較暗淡，降低了定向精度。 在硅單晶定向中主要采用腐蝕法。兩種不同的預(yù)處理工藝所產(chǎn)生的特征光圖的區(qū)別是：（ 1）由于小坑內(nèi)暴露出來的晶面不同，反射光束的方

3、位和角度也不用；（ 2 ）解理法產(chǎn)生的光圖， 其光斑呈點莊， 這是因為其反射面為鏡狀解理面， 這是由于腐蝕坑的側(cè)面和底面的相交處的邊緣呈圓鈍狀。實驗二專業(yè)資料整理1.位錯和層錯是怎樣形成的?他們對器件有何影響？層錯：硅單晶沿 111 方向生長，原子排列次序一定是 AABBCC,但是由于某種原因，原子排列不按正常次序生長 AABCAABBCC,這樣原子層產(chǎn)生了錯排。產(chǎn)生的原因： 固液交界面掉有固體顆?；驘釕?yīng)力較大，過冷度較大等都可能造成層錯面缺陷的產(chǎn)生，當(dāng)襯底表面有機(jī)械損傷、雜質(zhì)、 局部氧化物、高位錯密度等都有可能引起層錯的產(chǎn)生。層錯常常發(fā)生在外延生長的硅單晶體上，當(dāng)硅單晶片經(jīng)過 9001200

4、 熱氧化過程后，經(jīng)?？砂l(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)層錯。這些由氧化過程引起的層錯，稱之為 OISF。因為每個層錯都結(jié)合著部分位錯，所以層錯對硅單晶片的電性質(zhì)影響與位錯相似。對電子器件的影響1）增加漏電流2）降低柵氧化層質(zhì)量3）造成擊穿在材料科學(xué)中， 指晶體材料的一種內(nèi)部微觀缺陷， 即原子的局部不規(guī)則排列 （晶體學(xué)缺陷）。從幾何角度看，位錯屬于一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對材料的物理性能，尤其是力學(xué)性能，具有極大的影響。半導(dǎo)體晶體中的線缺陷主要是位錯。晶體生長過程中由于熱應(yīng)力 (或其他外力 )作用，使晶體中某一部分 (沿滑移面 )發(fā)生滑移， 已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的分界線叫位錯線，

5、 簡稱為位錯。位錯的一般特性： (1)位錯雖被視為線缺陷，但并非幾何學(xué)意義上的線，而是有一定寬度的管道。 (2) 位錯管道內(nèi)及其附近形成一個應(yīng)力場。位錯管道內(nèi)原子的平均能量比其他區(qū)域大得多，故位錯不是平衡缺陷。 (3) 位錯在晶體中可形成一封閉環(huán)形，或終止于晶體表面，或終止于晶粒間界上，但不能終止于晶體內(nèi)部。2.在單晶樣品的腐蝕顯示中往往發(fā)現(xiàn)有位錯的區(qū)域就不存在微缺陷;而在微缺陷存在的區(qū)域里就沒有位錯，如何解釋這種現(xiàn)象？（ 1）沒有位錯的硅單晶片表面經(jīng)擇優(yōu)化學(xué)腐蝕后，在橫斷面可能可以看出旋渦狀的淺底缺陷的平衡濃度與溫度有關(guān)， 溫度越低， 其平衡濃度越低， 從而使快速冷卻后的晶體晶格中將出現(xiàn)本征

6、點缺陷的過飽和（ 2），由于雜質(zhì)濃度隨溫度的固濃度不同， 導(dǎo)致化學(xué)雜志過飽和， 硅單晶中尤為錯的區(qū)域不存在為缺陷，只是由于位錯可以作為可遷移過剩點缺陷的陷實驗三1能否用四探針法測量n n+外延片及p p+外延片外延層的電阻率?答：不能用四探針法測量同型外延片。2能否用四探針法測量n p 外延片外延層的電阻率？或在答：能用四探針法測量異型外延片。同型外延指：在N 型材料上外延一層N 型材料。P 型材料上外延一層P 型材料，這樣外延層與襯底之間沒有 “隔絕的界限 （空間電荷區(qū)不明顯） ”，這里不是 “測試厚度”的問題。番外題。為什么測量單晶樣品電阻率時測試平面要求為毛面，而測試擴(kuò)散片擴(kuò)散層薄層電阻

7、時測試面可為鏡面?答：毛面較能保證金屬探針與樣品接觸良好，所以測量單晶樣品電阻率時測試平面要求為毛面。 ".測試擴(kuò)散片擴(kuò)散層薄層電阻時測試面可為鏡面." 其實當(dāng)擴(kuò)散片的測試面也為毛面時， 對測量更好， 但做擴(kuò)散前已經(jīng)將表面拋光成了鏡面，并且擴(kuò)散之后的擴(kuò)散層的厚度較小，故不適合再研磨或吹沙，所以只能測鏡面。為了能使測量更準(zhǔn)，就對探針的壓力和針尖有不同 “毛面 ”的要求 .3.如果只用兩根探針既作電流探針又作電壓探針，這樣能否對樣品進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測量？為什么？不能。原因是 : 1接觸電阻的影響嚴(yán)重。探針與半導(dǎo)體接觸產(chǎn)生一定厚度的耗盡層，耗盡層是高阻的 , 另外探針和半導(dǎo)體之間不

8、像與金屬之間一樣很好的接觸, 還會產(chǎn)生一個額外的電阻,稱為擴(kuò)展電阻，兩者都是接觸電阻，通常都很大. 半導(dǎo)體的實際電阻相對于它們越小, 測量結(jié)果就越不準(zhǔn)確 . 2存在少子電注入 . 專用方法：四探針法 , 兩根探針輸入測量電流 , 另外兩根探針測量電壓分布 . 要是懂電流計 , 電壓計和電阻計的原理 , 就能更明白了 .晶格電子是這個方面的行家。實驗四1.如何根據(jù)電場，磁場，霍爾電壓的方向來判定半導(dǎo)體導(dǎo)電類型？答：霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。帶電粒子 （電子或空穴） 被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加

9、的橫向電場，即霍爾電場EH 。當(dāng)如下圖所示：向左轉(zhuǎn) |向右轉(zhuǎn)電流 IS 通過 N 型或 P 型霍爾元件，磁場B 方向與電流IS 方向垂直，且磁場方向由內(nèi)向外，對于 N 型半導(dǎo)體及P 型半導(dǎo)體，分別產(chǎn)生的方向如左圖和右圖的霍爾電場EH（據(jù)此，可以判斷霍爾元件的屬性 N 型或 P 型）。2. 測量霍爾電壓時 ,如何消除副效應(yīng)的影響答： (1)愛廷豪森 (Eting hausen)效應(yīng)， 在磁場的作用下，速度大的受到的洛侖茲力大，繞大圓軌道運動， 速度小則繞小圓軌道運動， 這樣導(dǎo)致霍爾元件的一端較另一端具有較多的能量而形成一個橫向的溫度梯度，因而產(chǎn)生溫差效應(yīng)，形成電勢差，不能在測量中消除。(2) 倫

10、斯脫 (Nernst) 效應(yīng)，由于輸入電流端引線a、 b 點處的電阻不相等，通電后發(fā)熱程度不同，使 a 和 b 兩端之間出現(xiàn)熱擴(kuò)散電流，可通過改變磁場方向再測量取平均來消除。(3) 里紀(jì) -勒杜克 (Righi-Leduc) 效應(yīng)，由于熱擴(kuò)散電流的載流子的遷移率不同，形成一個橫向的溫度梯度，產(chǎn)生附加電勢差，可通過改變磁場再測量取平均來消除。(4) 不等位電勢差，由于霍爾元件的材料本身不均勻，以及電壓輸入端引線在制作時不可能絕對對稱地焊接在霍爾片的兩側(cè)而造成?？赏ㄟ^改變電場方向再測量取平均來消除?；魻柶泳€處并非完整對稱，靠測量時正負(fù)電壓共用消除。材質(zhì)不純無法消除測量儀器問題無法消除載流子非軸線

11、方向運動產(chǎn)生的影響無法消除實驗五1：為什么樣品周圍和電極附近不要受光照？答：因為表面處不夠光滑，比較粗糙，受到光照會使表面復(fù)合的影響增大，造成測量的少子壽命比實際壽命值小， 所以要選擇較大的樣品， 進(jìn)行化學(xué)拋光， 從而減小樣品的表面復(fù)合效應(yīng)。2：樣品電阻率不均勻會造成什么結(jié)果？答：樣品電阻率不均勻會使得樣品中不同處所測的的少子壽命不同， 則某一次的少子壽命測量值并不能代表半導(dǎo)體的壽命。 多次測量取平均值能減小電阻率不均勻的影響3：樣品電流大小會對測試結(jié)果帶來什么影響？答：若樣品中電流過大可能會造成樣品測量中并非小注入條件， 從而使得測量的多子的壽命，而非少子的壽命。而若電流過小，可能不易觀測到

12、少子從復(fù)合，恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程，而使測量遇到阻礙。實驗六1.如圖 6.4，（書上有圖）當(dāng)接觸電流過大的話， C2 兩端就不能忽略，即 C1 兩端的電壓不能和電路總電壓近似！ 導(dǎo)致測量結(jié)果偏大！ 硅片體內(nèi)串聯(lián)電阻偏大同樣會導(dǎo)致測量電壓偏大！2.載流子變少3。實驗七1.根據(jù)樣品的少子壽命確定偏壓c-v 曲線，通常選用每秒仍得到深耗盡層的曲線，則應(yīng)將速率再減小，直穩(wěn)態(tài)c-v 曲線100mv的速率，如果2、3.T 增加， 增加?？s短得到c-v 曲線的時間4.負(fù) BT 處理是給樣品加一定的負(fù)偏壓，同時將樣品加熱到一定溫度。由于可動電荷 （主要是帶正電的Na 離子）在高溫下有較大的遷移率，它們將在高溫負(fù)

13、偏壓下向金屬-sio2（打不過來呵呵）運動實驗八1. 空氣參考法： 參考光束上不放置樣品。 差別發(fā)： 參考光束上放置相同厚度參比樣品，要求參比樣品中不含有待測元素或者低于儀器檢測限2.O：sio22.5-25 mC12C,13C,14C.SiC范圍內(nèi)吸收峰有9 m， 8 m， 19 m吸收峰有16.447 m， 16.977 m.， 17.452 m實驗九1.測量半導(dǎo)體材料的光致發(fā)光譜光致發(fā)光譜的測量系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與光致發(fā)光測量裝置類似， 只要區(qū)別是用高溫定度直流電源代替了光致發(fā)光譜測量中所用的激發(fā)光源。只會半導(dǎo)體發(fā)光器件的電致發(fā)光的測量中，電源與發(fā)光器件的鏈接通常在探針測試臺上進(jìn)行， 由金屬微探針壓在發(fā)光器件上預(yù)制的點擊表面形成歐姆接觸，是直流電源輸出的電壓和電流無損耗的加到被測器件上2.半導(dǎo)體材料的光之發(fā)光譜可得到材料的那些信息光致發(fā)光可以提供有關(guān)材料的結(jié)構(gòu)、成分及環(huán)境原子排列的信息，是一種非破壞性的、靈敏度高的分析方法。激光的應(yīng)用更使這類分析方法深入到微區(qū)、選擇激發(fā)注意事項實驗一激光管的正負(fù)極不能接反，激光管電流應(yīng)在規(guī)定的電流下工作（一般小于5mA ）否則容易損壞激光管或縮短使用壽命2.樣品輕拿輕放， 防止損害3.眼睛請勿直視激光出射口實驗二輕拿輕放，防止損害2。注意選擇樣品從不同的位置進(jìn)行觀察實驗三同上實驗四恒定磁場換向時，應(yīng)