電子科學(xué)與技術(shù)系實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

電子科學(xué)與技術(shù)系專業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一發(fā)光強(qiáng)度的定標(biāo)..........................................................2

實(shí)驗(yàn)二濕法光刻技術(shù)實(shí)驗(yàn)........................................................5

實(shí)驗(yàn)三2048位線型CCD轉(zhuǎn)移效率測試............................................8

實(shí)驗(yàn)四相襯干涉顯微鏡的使用及對纖維光學(xué)元件的測量............................11

實(shí)驗(yàn)五紅外探測器D*測量......................................................15

實(shí)驗(yàn)六Pbs探測器光譜響應(yīng)度測試...............................................18

實(shí)驗(yàn)七光通量測量.............................................................19

實(shí)驗(yàn)八用雙色法測量鴇絲燈的溫度..............................................23

實(shí)驗(yàn)九紅外變象管積分靈敏度和紅外靈敏度的測量................................27

實(shí)驗(yàn)十紅外輻射源能量光譜分布測試............................................30

實(shí)驗(yàn)十一黑體實(shí)驗(yàn).............................................................32

實(shí)驗(yàn)十二棱鏡耦合法測量平面光波導(dǎo)的傳輸模式..................................35

實(shí)驗(yàn)十三半導(dǎo)體激光器主要參數(shù)的測定..........................................37

實(shí)驗(yàn)十四電子濾波器設(shè)計(jì)與特性參數(shù)測試........................................39

實(shí)驗(yàn)十五紅外熱像儀參數(shù)測試...................................................40

實(shí)驗(yàn)十六光學(xué)纖維端面耦合的實(shí)驗(yàn)研究..........................................41

實(shí)驗(yàn)十七光學(xué)纖維數(shù)值孔徑和損耗系數(shù)的測量....................................43

實(shí)驗(yàn)十八固體激光器的裝調(diào).....................................................45

實(shí)驗(yàn)十九被動調(diào)Q激光器的輸出特性............................................47

實(shí)驗(yàn)二十固體激光器調(diào)Q實(shí)驗(yàn)..................................................51

實(shí)驗(yàn)二一固體激光器倍頻實(shí)驗(yàn)...................................................53

實(shí)驗(yàn)二二固體激光器裝調(diào)實(shí)驗(yàn)...................................................54

實(shí)驗(yàn)二三固體激光器輸出特性測量..............................................56

實(shí)驗(yàn)二四衍射光強(qiáng)測量實(shí)驗(yàn).....................................................58

實(shí)驗(yàn)二五偏振光調(diào)制實(shí)驗(yàn).......................................................61

實(shí)驗(yàn)二六色度的實(shí)驗(yàn)研究......................................................64

實(shí)驗(yàn)一發(fā)光強(qiáng)度的定標(biāo)

(-)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1、熟悉陸末(Lummer)-布洛洪(Brodhun)光度計(jì)的構(gòu)造原理。

2.掌握用光度計(jì)測定電燈的發(fā)光強(qiáng)度及光強(qiáng)分布曲線的方法。

實(shí)驗(yàn)原理：發(fā)光強(qiáng)度的測定是依照篤定率為依據(jù)的。按照照度定律，在點(diǎn)光源的情況下，假

定光線垂直的照射在某一表面上，則該表面上的照度E與光源發(fā)光強(qiáng)度I成正比，而與光源

E=—2

到該表面的距離r的平方成反比，即廠(1-1)

由(1T)式知道，若采用比較法，使兩個不同光源在廣度記得某一表面上產(chǎn)生的照度相等,

如其中一個光源的發(fā)光強(qiáng)度為一知，另一個光源的發(fā)光強(qiáng)度就可確定。例如兩個光源的發(fā)

光強(qiáng)度分別是L和12,它們到光度計(jì)的距離分別為彳和［(圖1-1)。于是，當(dāng)光度計(jì)中

F二F

兩相接市場上的照度相等(I2)時，則有

2(1-2)

由此可得：

I(1-3)

通常用一己校驗(yàn)過的電燈作為標(biāo)準(zhǔn)燈(即其發(fā)光強(qiáng)度L是已知的)，只要測出照度相等時的

距離彳和、，就可根據(jù)(1-3)式算出待測電燈的發(fā)光強(qiáng)度,2。

(二)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

儀器和用具：

1、陸末-布洛洪光度計(jì)；2、光具座；3、標(biāo)準(zhǔn)光；4、待測光；5,垂直燈座；6、附有

刻度盤的燈座；7、交流伏特表(0—150/300V)兩只；8,交流安培表(0—0.5A)兩只；9

、調(diào)壓變壓器兩只；10、照度計(jì)。

基于比較法的光度計(jì)，都是使所要比較的兩個廣元(一個是標(biāo)準(zhǔn)的。另一個時代測的)所發(fā)

出的光通過一定的光路分別照亮統(tǒng)一表面，并使這兩個照亮區(qū)域的邊緣相接，利用兩區(qū)域照

度相等時邊界線消失的現(xiàn)象，定出待測光源的發(fā)光強(qiáng)度。光度計(jì)的種類很多，本試驗(yàn)使用的

是陸末-布洛洪光度計(jì)，其外形和結(jié)構(gòu)如圖1-2(a)和(b)所示意。從所比較的光源乙和乙2

來的光線，分別從左、右兩窗口空進(jìn)入匣內(nèi)，并投射到石膏制成的漫射屏S上，山屏漫射出

來的光線分別在兩個全反射棱鏡（或平面鏡）"I和"2上反射后投射到特制的玻璃快C

上。觀察著E在側(cè)面的望遠(yuǎn)鏡T中可以同時觀察到山屏S的兩表面反射過來的光線。玻璃塊

PP

C是由兩塊直角棱鏡?和2平合而成，其中一塊棱鏡的斜面上蝕刻有一定的徒刑。如有漫

射屏S的兩面照度不相等，則蝕刻的圖形將顯現(xiàn)，如圖『3（a）和（c）所示；當(dāng)兩面的照度

相等時，圖形則消失，如圖1-3（b）所示。圖形中A和a為來自右方廣院所照明的視場，B

和b為來自左方光源所照明的視場，因四者相互襯托，其照度是否相等就更容易判斷了。為

1

「C

了便于比較，另有兩塊可轉(zhuǎn)動玻片?和2起著背景反襯的作用。

另一種陸末-布洛洪光度計(jì)的結(jié)構(gòu)稍有不同，玻璃塊c是由不同的兩塊全反射棱鏡《和

p2組成，棱鏡,p2是通常的平底面全反射棱鏡，棱鏡p、的底面為球面，且球底面的中心部

分被切割成平面，兩棱鏡經(jīng)過精細(xì)研磨達(dá)到“光學(xué)接觸”（光膠合）。如圖-4所示。

由于接觸面呈圓形，因此?般將觀察到圖1-4右方（a）殉（c）所示的圖形，一暗圓印

在一明環(huán)內(nèi)?；蛞幻髟蛟谝话淡h(huán)內(nèi)。而當(dāng)屏s兩面的照度相等時，視場將是均勻照明的，

如圖1-4（b）所示。

測量是通過比較漫射屏S的兩面的亮度進(jìn)行，如果兩面的亮度相同，而其反射系數(shù)已相

FF

等，則照度?等于照度2。為了校正兩個面的反射系數(shù)的差別，光度計(jì)可繞水平軸線

HH'翻轉(zhuǎn)180°,分別在兩個位置進(jìn)行測量，然后由這兩組結(jié)果取其平均值。

三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容：

1.在光具座上的兩端插座上放好標(biāo)準(zhǔn)燈七1和待測等七。使兩光源在光具座上相距

最遠(yuǎn)。其中標(biāo)準(zhǔn)燈安裝在垂直燈座上，而待測燈安裝在可繞水平州縣旋轉(zhuǎn)且附有刻度盤的旋

轉(zhuǎn)燈作上豎放，如圖1-5所示，并使指針對準(zhǔn)刻度盤上0°處。再在兩燈之間放置光度計(jì)P

（圖1-6）,調(diào)節(jié)兩燈座的高度，使兩等于光度計(jì)的窗孔等高，以使光線能垂直投射到光度

計(jì)的漫射屏上。

TT

2、按圖16接好線路，調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器I,使標(biāo)準(zhǔn)燈?的電壓升至額定值（這樣點(diǎn)

IT

燃,他的發(fā)光強(qiáng)度?才為已知），并在實(shí)驗(yàn)過程中始終保持這電壓不變；同時調(diào)節(jié)變壓器2,

使待測燈L的電壓保持在200伏特。

3、左右移動光度計(jì)P,以使光度計(jì)中市場兩部分的照度相等，從光具座的標(biāo)尺上讀出

兩光源與廣度及之間的距離彳和乙，然后把廣度既然水平軸轉(zhuǎn)過180°,在找出光度計(jì)中

rr

視場照度相等的位置，并讀出兩光源與光度計(jì)之間的距離?和2。由這兩組數(shù)據(jù)取其平均

值，并代入（1-3）式算出待測燈的發(fā)光強(qiáng)度,2。

保持標(biāo)準(zhǔn)燈之光度計(jì)的距離1不變，只改變待測燈的位置，重復(fù)試驗(yàn)三次，測出待測光

的發(fā)光強(qiáng)度（取其平均值）。

4.轉(zhuǎn)動燈座，使待測燈然水平軸轉(zhuǎn)過-角度，仿照上述步驟，測出光度計(jì)中視場照度

相等使待測燈與光度計(jì)之間的平均距離2,并根據(jù)（1-3）式算出待測燈2在它對于光度

計(jì)所在的方位上的發(fā)光強(qiáng)度，每次旋轉(zhuǎn)30°,直至一周，即可得到待測燈在鉛直面內(nèi)各個

方向上的發(fā)光強(qiáng)度。以矢徑長表示發(fā)光強(qiáng)度，將所得結(jié)果在極坐標(biāo)紙上劃出待測燈發(fā)光強(qiáng)度

的分布曲線。

5,將待測燈七的方位固定，逐步改變其電壓，每次10伏特，從220伏特逐步降到180

TVA

伏特，用光度計(jì)測出每個電壓知識等2的發(fā)光強(qiáng)度I,并記下各次伏特表,2和安培表八2

的讀數(shù)，算出每次測量時的電功率W。以電功率W為橫坐標(biāo)，該特定方向的發(fā)光強(qiáng)度I為

縱坐標(biāo)，畫出發(fā)光強(qiáng)度與電功率的關(guān)系曲線。

6,用照度計(jì)測出離待測燈（在220伏特時）?定距離時的照度。并由此算出待測燈的

發(fā)光強(qiáng)度，經(jīng)此結(jié)果與由步驟3測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

實(shí)驗(yàn)二濕法光刻技術(shù)實(shí)驗(yàn)

濕法光刻即光學(xué)光刻，是通過光學(xué)系統(tǒng)以投影的方法將掩模上的各種結(jié)構(gòu)“刻”在涂

有光刻膠的材料匕是?種半圖形復(fù)印和腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)，在半導(dǎo)體管芯分

割平面管，集成電路，集成光路生產(chǎn)研制中，光刻的目的是按照設(shè)計(jì)的要求，在襯底材料上

或金屬膜上面刻蝕出與掩模版完全對應(yīng)的幾何圖形，以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬膜布線的目

的。

限制光刻所能獲得最小特征尺寸直接與光刻系統(tǒng)所能獲得的分辨率相關(guān)，而減小光刻

的波長是提高分辨率的最有效途徑。通常的光刻機(jī)采用紫外線接觸曝光光刻法。此外，也相

繼出現(xiàn)了X射線曝光和電子束曝光法，以及粒子束曝光法、極紫外曝光法。本試驗(yàn)讓同學(xué)掌

握最基本的光刻工藝過程。

-、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解光致抗蝕劑的種類和感光機(jī)理

2.掌握光刻工藝原理

3.光刻工藝質(zhì)量分析

二、試驗(yàn)原理

光刻膠是一種有機(jī)高分子化合物，它主要由碳，氫等元素所組成，它的分子量很大，可以是

幾百、幾千、兒萬以至幾十萬，沒有確定的數(shù)值。由于光刻膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在著可變因素，

所以一經(jīng)變化，其結(jié)構(gòu)上的物理和機(jī)械等性能都將發(fā)生相應(yīng)的變化，例如，山可溶性變?yōu)椴?/p>

可溶性或相反的過程，利用這種特點(diǎn)，我們就可以在襯底基片上制造出各種所需的圖形，光

致蝕劑在外界因素（如光、熱）的作用下，由可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇苄?，或山不可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

可溶性，達(dá)到在襯底片上復(fù)印圖形的目的。

1.負(fù)性光致抗蝕劑

光致蝕劑在暴光前對某些溶劑是可溶解的，暴光后硬化成不可溶解的物質(zhì)，這一類光

致抗蝕劑作為負(fù)性光致抗蝕劑，山此組成的光刻膠稱為負(fù)性膠。目前，他主要有聚肉桂酸脂

類，聚脂類和聚燒類等。由于這種抗蝕劑和襯底材料，特別是金屬襯底材料的黏附性較好，

而且耐腐蝕，因而在集成電路，集成光路中得到廣泛的應(yīng)用。

2.正性光致抗蝕劑

光致抗蝕劑在暴光前對某些溶劑是不可溶的，而暴光后卻變成可溶性的。這類抗蝕劑

成為正性光致抗蝕劑。由此組成的光刻膠稱為正性膠。目前，它主要有鄰疊氮醍類，常用的

有701正性光致抗蝕劑（與國外AZT350相仿）。這種正性光致抗蝕劑，暴光后能用弱堿性

水溶液進(jìn)行顯影，顯出正圖象。由于它抗堿性差。耐酸性好，所以唱用L5—3磷酸鈉水溶

液進(jìn)行顯影，腐蝕時一般用酸性腐蝕液。

由于它分辨率高、邊緣整齊、邊緣陡度好，以及反刻時易于對版等優(yōu)點(diǎn)，所以是比較

重要的抗蝕劑之一。

3對光致抗蝕劑性能的要求

a.高分辨率

分辨率是光致抗蝕劑極為重要的特性，是指用某種光刻膠十所能得到的光刻圖形的最

小尺寸。它通常用在1毫米的寬度上，能刻蝕出可分辨的最大線條數(shù)目來表示，單位為（條

線/毫米）。分辨率與光致抗蝕劑本身的結(jié)構(gòu)性持有關(guān)，也與光刻工藝有關(guān)。例如，正膠的分

辨率高于負(fù)膠，且與分子量及其分布有關(guān)。平均分子量越高，分子量分散性越大?則分辨率

越低。

b.高靈敏度

靈敏度是與分辨率同樣重要的特性，尤其在電子束和x射線暴光時顯得更突出。它定

義為光刻膠感光所必須的照射量，對于正膠，定義為顯影后膜厚為零時的最小照射量；對負(fù)

膠，是指顯影后膜厚減薄至原膜厚二分之時的照射量。一般情況下負(fù)性膠比較正性膠具有

更高的靈敏度。

c.黏附性能好

光致抗蝕劑與襯底之間黏附的牢固直接影響到光刻的精度。影響?zhàn)じ叫阅艿囊蛩睾?/p>

多。有抗蝕劑本身的性質(zhì)，襯底的性質(zhì)和它的表面沾污情況等。

實(shí)踐證明，襯底的平整，致密、清潔，干燥是尤為重要的，對抗蝕劑的黏附性影響很大。

d.抗蝕性能好

要求抗蝕性能堅(jiān)膜后，能夠較長時間地抵抗腐蝕劑的侵蝕。當(dāng)然這也與光刻工藝本身

有關(guān)。

e.穩(wěn)定性

要求抗蝕劑在常溫和光（主要是紫外光）屏蔽的情況下，即使加入了增感劑也不發(fā)生

暗反應(yīng)，在烘烤干燥時，不發(fā)生熱交聯(lián)。為了提高抗蝕劑的穩(wěn)定性?？杉尤肟寡趸瘎┗蚰軌?/p>

抑制活性基團(tuán)自發(fā)反應(yīng)能力的穩(wěn)定性。例如KPR膠可以加對苯二酚等。

三、實(shí)驗(yàn)的儀器及裝置和步驟

本實(shí)驗(yàn)主要使用光刻機(jī)-臺、高速離心機(jī)一臺、紅外烘烤燈及必要的光刻膠及化學(xué)藥品。

同學(xué)們在預(yù)習(xí)時，首先要學(xué)會使用光刻機(jī)。

1.首先布置好一個暗室，在甩膠機(jī)和光刻機(jī)附近置放小度數(shù)的紅燈泡，以備工作時

用。光刻膠一般是易感光的，即在白光下失去保護(hù)圖形的作用。所以涂膠，甩膠，前烘，光

刻，堅(jiān)膜都必須在暗室中進(jìn)行。另外，膠瓶用茶色玻璃瓶或外罩不透光的保護(hù)罩封裝。

2.光刻工藝步驟如下

涂膠就是在二氧化硅或其他薄膜表面，涂上一層黏附良好，厚度適當(dāng)均勻地光刻膜。

膠太厚，就不容易將膠甩平，造成膠膜薄厚不均勻。暴光時光刻板不能緊貼被刻物表面，造

成露光現(xiàn)象，得不到標(biāo)準(zhǔn)圖形，一般涂1微米為好，光刻不透，影響圖形質(zhì)量，太薄，又保

護(hù)不了所需的圖形，此時需二次涂膠。再重復(fù)上面步驟。另外，被涂覆工件的表面必須是清

潔干燥的和平整的。涂膠?般采用旋轉(zhuǎn)的方法，利用離心機(jī)離速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，將滴于

片子上多余的膠液甩去,在光刻膠表面張力和旋轉(zhuǎn)離心力共同作用下，展成厚度均勻的膠膜,

膠膜厚度由轉(zhuǎn)速和膠的濃度來調(diào)節(jié)。但旋轉(zhuǎn)速度引起的厚度變化比濃度引起的大。

3.前烘

前烘就是在一定溫度下，是膠膜里面的溶劑緩慢地，充分逸出來，是膠膜干燥，增加

它的黏附性和耐磨性。能牢固地附著在被刻物表面。某一種光刻膠的前烘溫度和時間應(yīng)由實(shí)

驗(yàn)來確定。我們采用紅外燈烘焙，使膠的干燥從里到外，以獲得良好的前烘效果。前烘時間

長了，膠易干，易焦，前烘時間短、膠沒干透，去膠時易脫落，保護(hù)不了圖形。

4.暴光

暴光就是對涂光的基片進(jìn)行選擇性的光化學(xué)反應(yīng)，使暴光部分的光刻膠改變在顯影液

中的溶解性，經(jīng)顯影后在光刻膜上得到和“掩膜相對應(yīng)的圖形。我們采用自動暴光機(jī)進(jìn)行紫

外光定時接觸暴光，首先，打開高壓水銀燈電源，預(yù)熱十五分鐘。把掩膜板向下和涂膠面的

精確套合，然后進(jìn)行正常地紫外光暴光，時間15—20秒，若暴光不足，顯影時圖形模糊不

清，腐蝕時膠膜易脫落，暴光過度，腐蝕后臺面過寬，形成鋸齒形。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往以

暴光時間來控制暴光量，并且通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)來確定最佳暴光時間。

5.顯影

顯影是把暴光后的基片放在顯影液中，將應(yīng)去除的光刻膠膜除I：凈，以獲得腐蝕時所

需要的抗蝕劑膜的圖形。對我們實(shí)驗(yàn)來說，涂正性膠，顯影液用氫氧化鈉、三氯乙烯等溶液,

涂負(fù)性膠，顯影液用乙醉。

顯影時間隨抗蝕劑的種類，膜厚，顯影液種類，顯影溫度和操作方法不同而不同，要

根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。

6.堅(jiān)膜

堅(jiān)膜就是在一定溫度下（可用紅外燈），將顯后的片子進(jìn)行烘焙，除去顯影時膠膜所

吸收的顯影液和殘留水分，增強(qiáng)膠膜的抗蝕能力，并消除顯影時所引起的圖形變形。

7.腐蝕

腐蝕就是用適當(dāng)?shù)母g劑，對未被膠膜覆蓋的二氧化硅或其它襯底進(jìn)行腐蝕，按照光

刻膠膜上以顯示出來的圖形，完整、清晰、準(zhǔn)確地腐蝕，供選擇擴(kuò)散或達(dá)到金屬布線的目的。

腐蝕有兩種類型，濕式化學(xué)腐蝕和干式化學(xué)腐蝕。

8.去膠

去膠就是在二氧化硅或其他的襯底上的圖形腐蝕出來后，把覆蓋在圖形表面上的保護(hù)

膠膜去除干凈。主要方法有

a.溶劑去膠

是用有機(jī)溶劑浸泡，使抗蝕膜溶脹，然后將它擦去。去膠一般是含氯的燃化物，并含

有表面潤濕劑。

b.氧化去膠

用強(qiáng)氧化劑將抗蝕劑氧化成二氧化碳和水而達(dá)到去膠的作用，長用的氧化劑有硫酸、

硫酸一過氧化氫（3：1）混合液，硫酸——重鋁酸鉀溶液等。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.在玻璃襯底片上，用正膠法光刻出圖形，并觀察光刻圖形的缺陷并討論產(chǎn)生的原因。

2.在玻璃襯底片上，用負(fù)膠法光刻出圖形，并觀察光刻圖形的缺陷，討論產(chǎn)生的原因。

實(shí)驗(yàn)三2048位線型CCD轉(zhuǎn)移效率測試

電荷耦合器件（ChamgeCoupLodDevice）,簡稱CCD,是一種新型的半導(dǎo)體器件。它不

同于普通的三極管對信號具有放大能力，而是?個無增益功能的模擬移位寄存器將光注入轉(zhuǎn)

化成的電信號或電注入的信號由注入端轉(zhuǎn)移到輸出端。信號電荷在進(jìn)行有一個柵到另一個柵

的每一次轉(zhuǎn)移中，不是全部轉(zhuǎn)移，有部分信號電荷有一其它原因沒有被轉(zhuǎn)移，仍留在原柵極

下面，只有n部分被轉(zhuǎn)移到下一個柵電極的勢阱中n愈大，說明性能愈好，一般n在99.99%

左右。n稱為轉(zhuǎn)移效率。它是表征這種器件性能的極其重要的參數(shù)。

（-）:實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1、掌握CCD轉(zhuǎn)移的測試方法。

2.了解CCD驅(qū)動電路的工作原理。

3、分析影響轉(zhuǎn)移效率n的原因。

（-）實(shí)驗(yàn)儀器：

1、二蹤示波器SBE-10型1臺

2,2048位線型CCD1片

3、驅(qū)動電路設(shè)備