2023年07國(guó)際學(xué)院微電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

微電子技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

半導(dǎo)體電阻率測(cè)試試驗(yàn)工程

〔驗(yàn)證性試驗(yàn)；試驗(yàn)學(xué)時(shí)2h〕

1、試驗(yàn)說(shuō)明

半導(dǎo)體材料用于器件生產(chǎn)時(shí)往往必需按要求摻雜，對(duì)摻雜的濃度、均勻性有嚴(yán)格的要求，它的摻雜性能對(duì)加

工成的成品質(zhì)量關(guān)系重大，必需嚴(yán)格把握與檢測(cè)。摻雜后的的半導(dǎo)體電阻率變化是反映其摻雜狀況的一個(gè)重要指

標(biāo)，所以在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝或在開(kāi)發(fā)爭(zhēng)論中必需把握其測(cè)試方法。一般測(cè)試中多承受四探針?lè)?，結(jié)合相應(yīng)的算

法，進(jìn)展半導(dǎo)體體電阻率的測(cè)量。

本試驗(yàn)學(xué)習(xí)利用專(zhuān)用儀器測(cè)試半導(dǎo)體電阻率的方法，同時(shí)通過(guò)測(cè)試和實(shí)際觀看加深對(duì)半導(dǎo)體電阻率特性理解。

試驗(yàn)完成之后要寫(xiě)出試驗(yàn)分析報(bào)告。

2.試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1).學(xué)習(xí)把握測(cè)試半導(dǎo)體電阻率特性參數(shù)的方法。

2).加深對(duì)半導(dǎo)體電阻率特性參數(shù)理解，把握對(duì)該參數(shù)的觀查分析方法。

3.試驗(yàn)原理

將四根排成確定布局的探針以確定的壓力垂直地壓在被測(cè)樣品外表上，在1、4探針間通以

電流I(mA),2、3探針間就產(chǎn)生確定的電壓V(mV)(如圖1)。測(cè)量此電壓并依據(jù)測(cè)量方式和樣

品的尺寸不同，可分別按以下公式計(jì)算樣品的電阻率、方塊電阻、電阻：

圖1.直線四探針?lè)y(cè)試原理圖

①.薄圓片(厚度W4mm)電阻率：

V

P=IxF(D/S)XF(W/S)xWxFspQ-cm…⑴

其中：D—樣品直徑，單位：cm或mm,留意與探針間距S單位全都；

S—平均探針間距，單位：cm或mm,留意與樣品直徑D單位全都(四探針頭合格證上的

S值)；

W—樣品厚度，單位：cm,在F(W/S)中留意與S單位全都；

FSL探針間距修正系數(shù)(四探針頭合格證上的F值)；

F(D/S)一樣品直徑修正因子。當(dāng)D-8時(shí)，F(xiàn)(D/S)=4.532,有限直徑下的F(D/S)由附表B

查出：

F(W/S)一樣品厚度修正因子。W/S<0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)=1；W/S>0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)值由附表C

查出；

1—1、4探針流過(guò)的電流值，選值可參考表5.2(第6頁(yè)表5.2)；

V—2>3探針間取出的電壓值，單位mV；

②.薄層方塊電阻R：

□

V

RxF(D/S)XF(W/S)xFspQ/□…(2)

其中：D—樣品直徑，單位：cm或mm,留意與探針間距S單位全都；

S—平均探針間距，單位：cm或mm,留意與樣品直徑D單位全都(四探針頭合格證上的

S值)；

W—樣品厚度，單位：cm,在F(W/S)中留意與S單位全都；

Fsp—探針間距修正系數(shù)(四探針頭合格證上的F值)；

F(D/S)一樣品直徑修正因子。當(dāng)D-8時(shí)，F(xiàn)(D/S)=4.532,有限直徑下的F(D/S)由附表B

查出：

F(W/S)一樣品厚度修正因子。W/S<0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)=1；W/S>0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)值由附表C

查出；

1—1、4探針流過(guò)的電流值，選值可參考表5.1(第6頁(yè)表5.1)；

V—2、3探針間取出的電壓值，單位mV；

①雙面集中層方塊電阻RD

可按無(wú)窮大直徑處理，此時(shí)F(D/S)=4.532,由于集中層厚度W遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探針間距，故F(W/S)=1,

此時(shí)

一V

R=4.532x_xFsp

口I

②單面集中層、離子注入層、反型外延層方塊電阻

此時(shí)F(D/S)值應(yīng)依據(jù)D/S值從附表C中查出。另外由于集中層、注入層厚度W遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探針間

距，故F(W/S)=1,此時(shí)有

V

R=_.xF(D/S)xFsp

③.棒材或厚度大于4mm的厚片電阻率p：

當(dāng)探頭的任一探針到樣品邊緣的最近距離不小于4S時(shí)，測(cè)量區(qū)的電阻率為：

V

P=7xCQ-cm...(3)

其中：C=2TTS為探針系數(shù)，單位：cm(四探針頭合格證上的C值)；

S的取值來(lái)源于:1/S=[1/S1+1/S3-1/(S1+S3)-1/(S2+S3)),S1為(1-2)針、S2為(2-3)針、

S3為(3-4)針的間距，單位：cm；

1—1、4探針流過(guò)的電流值，單位mA,選值可參考表5.2(第6頁(yè)表5.2)；

V—2、3探針間取出的電壓值，單位mV；

④.電阻的測(cè)量：

應(yīng)用恒流測(cè)試法，電流由樣品兩端流入同時(shí)測(cè)量樣品兩端壓降。樣品的電阻為：

V

R=_Q...(3)

I

其中：I—樣品兩端流過(guò)的電流值，單位mA,選值可參考表5.2(第6頁(yè)表5.2)；

V—樣品兩端取出的電壓值，單位mV；

儀器電氣原理如以以下圖所示

220V電流

濾波樣品A/D

電源恒流.選檔.

穩(wěn)壓測(cè)試轉(zhuǎn)換

濾波換向

(-)

(-)把握

RTS-8型數(shù)字式四探針測(cè)試儀是運(yùn)用四探針測(cè)量原理的多用途綜合測(cè)量設(shè)備。該儀器依據(jù)單

晶硅物理測(cè)試方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并參考美國(guó)A.S.T.M標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，專(zhuān)用于測(cè)試半導(dǎo)體材料電阻率

及方塊電阻（薄層電阻）的專(zhuān)用儀器。

儀器由主機(jī)、探針測(cè)試臺(tái)、四探針探頭、計(jì)算機(jī)等局部組成，測(cè)量數(shù)據(jù)既可由四探針測(cè)試儀

主機(jī)直接顯示，亦可與計(jì)算機(jī)相連接通過(guò)四探針軟件測(cè)試系統(tǒng)把握四探針測(cè)試儀進(jìn)展測(cè)量并采集測(cè)

試數(shù)據(jù)，把采集到的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中加以分析，然后把測(cè)試數(shù)據(jù)以表格，圖形直觀地記錄、顯示

出來(lái)。用戶可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)在電腦中保存或者打印以備日后參考和查看，還可以把采集到的數(shù)據(jù)

輸出到Excel中，讓用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展各種數(shù)據(jù)分析。

4.試驗(yàn)內(nèi)容、要求

4.1試驗(yàn)條件：

儀器：RTS-8型數(shù)字式四探針測(cè)試儀；

試樣：給定的測(cè)試樣片；

4.2測(cè)試內(nèi)容

1）、利用儀器通過(guò)估測(cè)選定最正確測(cè)試電流檔；

2）、依據(jù)選定的電流檔對(duì)樣片選擇多個(gè)不重合的區(qū)域進(jìn)展測(cè)試并做好記錄。

3）、在硅片上任意選擇四個(gè)不同的點(diǎn)，對(duì)每個(gè)點(diǎn)分別按表（）規(guī)定的電流值測(cè)電阻值并記

錄。

4.3、試驗(yàn)測(cè)試工程及其數(shù)據(jù)記錄表

表1方塊電阻范圍估測(cè)記錄表

通過(guò)估測(cè)確定方塊電阻范圍值

預(yù)選電流量程推想電阻值（Q/口）估算電阻范圍值

100mA（求平均值得出電阻范圍值）

10mA

1mA

100uA

lOuA

表2最正確測(cè)試電流量程選擇表:

依據(jù)推想的方塊電阻選擇測(cè)試電流量程

方塊電阻范圍推舉電流量程選擇電流量程

<2.5100mA

2.0?2510mA

20?2501mA

200?2500100uA

2023~25000lOuA

>20230luA

表3按選定電流量程對(duì)不同測(cè)試點(diǎn)的電阻測(cè)試記錄

選擇不同測(cè)試區(qū)測(cè)試方塊電阻

測(cè)試區(qū)號(hào)電阻實(shí)測(cè)值（C/口）承受的電流量程

表4同一點(diǎn)承受不同電流量程時(shí)電阻測(cè)試記錄:

選擇不同電流量程時(shí)電阻率測(cè)量表

選擇電流量程實(shí)測(cè)電阻率(C?cm)備注

100mA

10mA

1mA

100uA

lOuA

luA

4.4要求：

1)、測(cè)試參數(shù)(電阻率、電阻)，記錄在設(shè)計(jì)好的表格中，留待分析。

2)測(cè)試過(guò)程要細(xì)心調(diào)整儀器，避開(kāi)消滅突變性特別數(shù)據(jù)。

3)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告

5.預(yù)習(xí)要求

1).理解試驗(yàn)?zāi)康呐c原理。通過(guò)附件學(xué)習(xí)儀器使用說(shuō)明書(shū)。

2).試驗(yàn)預(yù)備：

?設(shè)計(jì)預(yù)備好試驗(yàn)測(cè)試方案、記錄表格。

?結(jié)合試驗(yàn)內(nèi)容復(fù)習(xí)相關(guān)理論學(xué)問(wèn)。

?試驗(yàn)前提交預(yù)習(xí)報(bào)告，未事先做好以上試驗(yàn)預(yù)備的不能參與試驗(yàn)。

6.報(bào)告要求

1).簡(jiǎn)潔說(shuō)明試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?/p>

2).報(bào)告中整理、計(jì)算、分析出試驗(yàn)結(jié)果。

3).分析說(shuō)明試驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和結(jié)果。

4）.結(jié)合理論學(xué)問(wèn)，比照分析數(shù)據(jù)，給出自己的分析結(jié)論。

5）,答復(fù)規(guī)定的思考題。

7.思考題

1）同一硅片測(cè)試的電阻率與所加測(cè)試電流有無(wú)關(guān)系？

2）假設(shè)同一硅片不同區(qū)域測(cè)試的電阻率不同，作何解釋?zhuān)?/p>

附：本試驗(yàn)用硅片與測(cè)試點(diǎn)示意圖：

圖1.試驗(yàn)用硅片俯視圖

其中黑色小圓點(diǎn)為待測(cè)試點(diǎn)（共17個(gè)點(diǎn)）。每個(gè)點(diǎn)用不同的電流方向各測(cè)試一次

兩次測(cè)量結(jié)果取平均值得該點(diǎn)電阻率。17個(gè)點(diǎn)的電阻率取平均值得到硅片的電阻率。

微電子技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

霍爾效應(yīng)觀測(cè)設(shè)計(jì)性試驗(yàn)工程

（驗(yàn)證性試驗(yàn)；試驗(yàn)學(xué)時(shí)2h）

1、試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

?觀測(cè)實(shí)際霍爾器件在特定磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生霍爾電壓的狀況，深入理解半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)；

?把握半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)測(cè)試方法及其對(duì)特性的理解、分析方法；

2、試驗(yàn)原理說(shuō)明：

2.1、試驗(yàn)根本方法是觀測(cè)一個(gè)實(shí)際的線性霍爾器件在特定磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生霍爾電壓的狀況。

2.2、通過(guò)理論學(xué)習(xí)，半導(dǎo)體材料在磁場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生霍爾電壓效應(yīng)，該電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)弱

變化而變化，因而可用于檢測(cè)磁場(chǎng)（磁場(chǎng)的有無(wú)、強(qiáng)弱、變化周期）等用途。但是霍爾電壓

比較弱小，在磁場(chǎng)比較弱小，或者是距磁場(chǎng)源比較遠(yuǎn)時(shí)，不易觀看到。因此本試驗(yàn)用一個(gè)包

含線性放大電路的霍爾器件進(jìn)展，由于內(nèi)部放大器可將霍爾效應(yīng)感應(yīng)輸出的電壓放大，因此

在磁場(chǎng)比較弱的條件下也能便利的觀看到該電壓特性。

2.3、試驗(yàn)條件：

?試驗(yàn)中磁場(chǎng)為一周期性交變磁場(chǎng)；

?以轉(zhuǎn)變磁場(chǎng)源距離霍爾器件遠(yuǎn)近的方法來(lái)模擬轉(zhuǎn)變磁場(chǎng)強(qiáng)弱；

?試驗(yàn)用霍爾器件型號(hào)統(tǒng)一為SS495A；（其輸出特性備注1）；

2.4、試驗(yàn)電路應(yīng)檢測(cè)的參數(shù)和性能判別標(biāo)準(zhǔn):

■測(cè)量磁場(chǎng)源與霍爾器件間的距離L（單位cm）；

■檢測(cè)不同L時(shí)輸出的霍爾電壓Vo（Vpp,示波器觀測(cè)值）；

■測(cè)繪磁場(chǎng)源鼓舞電壓與檢測(cè)到的霍爾電壓的波形與周期，分析是否全都；

3、試驗(yàn)要求：

?把握特性測(cè)試儀器的應(yīng)用；把握霍爾效應(yīng)器件特性的測(cè)試方法。

?測(cè)試霍爾效應(yīng)對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)強(qiáng)度的響應(yīng)電壓幅度，對(duì)應(yīng)于特定交變磁場(chǎng)的響應(yīng)波形與

線性度，測(cè)試對(duì)象的頻響特性。

?對(duì)參數(shù)進(jìn)展完整記錄。

?通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)分析霍爾效應(yīng)電壓相對(duì)于磁場(chǎng)的響應(yīng)特性，到達(dá)實(shí)際的了解和把握特

性。

?試驗(yàn)者必需完成規(guī)定的試驗(yàn)內(nèi)容，做好記錄，課后完成試驗(yàn)報(bào)告；

4、試驗(yàn)步驟:

1）、試驗(yàn)前預(yù)習(xí)本試驗(yàn)工程，了解霍爾器件原理；

2）、以“SS495A”器件為對(duì)象，利用給定電路及其條件進(jìn)展實(shí)測(cè);

3）、按比例盡量準(zhǔn)確繪制記錄測(cè)試器件的特性曲線；

4）、應(yīng)完成的測(cè)試內(nèi)容和填寫(xiě)的測(cè)試記錄表

a）霍爾感應(yīng)電壓測(cè)試表（表一）

壓\

0mm5mm10mm15mm20mm25mm30mm

磁場(chǎng)輸、

正弦

三角

鋸齒

注：1、磁場(chǎng)頻率：50Hz（測(cè)試過(guò)程中保持波形不明顯失真）；

2、轉(zhuǎn)變磁場(chǎng)螺桿與霍爾感應(yīng)元件的的距離從而轉(zhuǎn)變磁場(chǎng)強(qiáng)度

5、試驗(yàn)報(bào)告要求

1）、簡(jiǎn)述試驗(yàn)原理及要求；

2）、依據(jù)數(shù)據(jù)分析測(cè)試結(jié)果；

3）、依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪出測(cè)試的頻響特性曲線；說(shuō)明曲線;

4）、思考題的答復(fù)等內(nèi)容。

5、附注：試驗(yàn)用霍爾器件說(shuō)明

5V

O霍爾電壓

SS495A-\、輸出

TE

霍爾器件

SS495A輸出特性外形圖

本霍爾器件輸出電壓中含有約2.5V直流重量，是無(wú)用成分。

附1:試驗(yàn)裝置附圖

附2：正負(fù)電源連接圖

正、負(fù)電源連接方法示意圖

V+GNDV-

微電子技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

半導(dǎo)體光敏效應(yīng)器件觀測(cè)試驗(yàn)工程

〔設(shè)計(jì)性試驗(yàn)；試驗(yàn)學(xué)時(shí)4h〕

2、試驗(yàn)說(shuō)明

本試驗(yàn)要求試驗(yàn)者依據(jù)以下給定的要求和條件，在試驗(yàn)課前，利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)試驗(yàn)電路和試驗(yàn)方法，完

成試驗(yàn)電路搭建，然后在規(guī)定時(shí)間到試驗(yàn)室進(jìn)展測(cè)試。之后要寫(xiě)出報(bào)告。

本試驗(yàn)學(xué)時(shí)是指試驗(yàn)者提交試驗(yàn)作品到試驗(yàn)室進(jìn)展實(shí)測(cè)的規(guī)定時(shí)間長(zhǎng)度。

2.試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1).通過(guò)半導(dǎo)體光敏效應(yīng)器件外部光電特性的測(cè)試，對(duì)半導(dǎo)體光敏特性進(jìn)展觀看和分析，

深入理解把握半導(dǎo)體光效應(yīng)特性。

2).把握利用常規(guī)儀器對(duì)半導(dǎo)體光敏效應(yīng)器件根本特性參數(shù)進(jìn)展觀測(cè)的方法。

3.試驗(yàn)原理及其參考電路

本試驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)光敏二極管受光照耀時(shí)的導(dǎo)電特性的變化，來(lái)觀看爭(zhēng)論其光敏特性。根本原

理是：預(yù)先對(duì)被測(cè)試的光敏二極管施加確定的反向偏置電壓，然后向被測(cè)管照耀不同光強(qiáng)的光，

同時(shí)觀測(cè)對(duì)應(yīng)狀況下被測(cè)器件上的電流、電壓變化，這些變化可以反映該半導(dǎo)體器件所具有的光

效應(yīng)特性。

試驗(yàn)需要設(shè)計(jì)一適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)電路來(lái)進(jìn)展，電路主要包含兩局部：

?一個(gè)局部為可控光源局部，用以產(chǎn)生照耀光，光強(qiáng)可調(diào)。還能通過(guò)轉(zhuǎn)變照耀源與光

敏器件間的距離來(lái)轉(zhuǎn)變照耀光強(qiáng)；

?一個(gè)局部是為被測(cè)光敏器件供給適當(dāng)?shù)碾娖?，以便能將被測(cè)器件的光敏特性轉(zhuǎn)換

為V、A特性進(jìn)展檢測(cè)的偏值電路；

試驗(yàn)時(shí)調(diào)整光源以產(chǎn)生不同的光強(qiáng)，將該光源照耀被檢測(cè)的半導(dǎo)體光敏器件，試驗(yàn)人員分別

檢測(cè)試驗(yàn)電路中的光敏器件在不同光強(qiáng)照耀下的電流導(dǎo)通變化狀況，以確認(rèn)電流是與光照呈對(duì)應(yīng)

關(guān)系的。并要加以分析和記錄。

由于試驗(yàn)并未要求對(duì)光強(qiáng)度作定量計(jì)量，所以試驗(yàn)是定性的，要求對(duì)被測(cè)器件依據(jù)檢測(cè)得到

的參數(shù)，分析其相對(duì)于光強(qiáng)變化狀況，做出趨勢(shì)性的比較分析結(jié)論和便于觀看分析示意性圖表。

圖4..1是供試驗(yàn)者理解試驗(yàn)內(nèi)容參考的模型電路,試驗(yàn)者應(yīng)在分析其工作原理根底上，

依據(jù)自己對(duì)試驗(yàn)的理解和測(cè)試量的獵取方法，設(shè)計(jì)適宜的試驗(yàn)電路開(kāi)展試驗(yàn)。

VR:10KQ

圖4.1半導(dǎo)體光敏器件特性觀測(cè)試驗(yàn)的參考模型電路

思考：

⑴在試驗(yàn)中假設(shè)不供給電流表，僅使用電壓表，可以依據(jù)什么原理得到相應(yīng)的測(cè)試結(jié)

果，從而完成測(cè)試？

(2)上述電路中各電阻和電位器起什么作用？

4.試驗(yàn)內(nèi)容、要求與條件

4.1試驗(yàn)條件：

器材和儀器數(shù)量

數(shù)字三用表1

直流電源1

發(fā)光二極管1

光敏二極管1

萬(wàn)能PCB板1

阻容元件自備

二人一組，共同規(guī)劃試驗(yàn)測(cè)試方法，完成電路設(shè)計(jì)，搭建，測(cè)試。一人撰寫(xiě)一份試驗(yàn)

報(bào)告。

4.2依據(jù)給定條件，設(shè)計(jì)搭建好試驗(yàn)電路，先要初步預(yù)調(diào)電路；

4.3試驗(yàn)要求按兩個(gè)模式進(jìn)展測(cè)試：

1）、將光源發(fā)光窗與被測(cè)器件受光窗對(duì)準(zhǔn)，保持光源與光敏器件距離在一個(gè)便利觀測(cè)的不變，轉(zhuǎn)

變光源發(fā)光強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)測(cè)試能表示光敏器件收光影響的參量，記錄在自己事先設(shè)計(jì)好的表格中,

留待分析。

2）、將光源發(fā)光窗與被測(cè)器件受光窗對(duì)準(zhǔn)，保持光源發(fā)光強(qiáng)度不變。然后逐點(diǎn)轉(zhuǎn)變光源與光

敏器件間的距離，對(duì)應(yīng)測(cè)試能表示光敏器件收光影響的參量，記錄在自己事先設(shè)計(jì)好的表格

中，留待分析。

4.3分別分析觀測(cè)數(shù)據(jù)（相對(duì)于光源的變化，依據(jù)檢測(cè)得到的參數(shù)，做出趨勢(shì)性的比較分析

結(jié)論，做出相應(yīng)能清楚、直觀表達(dá)試驗(yàn)結(jié)論的特性曲線）。

4.4撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告

5.預(yù)習(xí)要求（不完成以下預(yù)習(xí)要求者不得進(jìn)展試驗(yàn)）

1）.理解試驗(yàn)?zāi)康呐c原理，完成預(yù)習(xí)報(bào)告。

2）.試驗(yàn)預(yù)備：

?設(shè)計(jì)試驗(yàn)電路、預(yù)備好試驗(yàn)方案、記錄表格。（在預(yù)習(xí)報(bào)告中反映）

?裝配并預(yù)調(diào)試試驗(yàn)電路［實(shí)測(cè)前要預(yù)先在板上貼