半導(dǎo)體物理試驗課程教學(xué)大綱

1、半導(dǎo)體物理實驗課程教學(xué)大綱一、課程說明（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學(xué)分；課程名稱：半導(dǎo)體物理實驗所屬專業(yè)：電子材料與器件工程專業(yè)本科生課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：4（二）課程簡介、目標(biāo)與任務(wù)；本課程是為物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子材料與器件工程專業(yè)大四本科生所開設(shè)的實驗課，是一門專業(yè)性和實踐性都很強(qiáng)的實踐教學(xué)課程。開設(shè)本課程的目標(biāo)和任務(wù)是使學(xué)生熟練掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備、基本物理參數(shù)以及物理性質(zhì)的測試原理和表征方法，為半導(dǎo)體材料與器件的開發(fā)設(shè)計與研制堅定基礎(chǔ)。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；由于是實驗課，所以需要學(xué)生首先掌握半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件的基本知

2、識，再通過本課程培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體材料和器件的制備及測試方法的實踐能力。其具體要求包括：1、了解半導(dǎo)體材料與器件的基本研究方法；2、理解半導(dǎo)體材料與器件相關(guān)制備與基本測試設(shè)備的原理、功能及使用方法，并能夠獨立操作；3、通過親自動手操作提高理論與實踐相結(jié)合的能力，提高理論學(xué)習(xí)的主動性。開設(shè)本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，提高實驗技能。（四）教材與主要參考書。教材：半導(dǎo)體物理實驗講義，自編教材參考書：1.半導(dǎo)體器件物理與工藝（第三版），施敏，蘇州大學(xué)出版社，2.美A.S.格羅夫編,齊健譯.半導(dǎo)體器件物理與工藝.科學(xué)出版社，1976二、課程內(nèi)容與安排實驗一緒論1

3、、介紹半導(dǎo)體物理實驗的主要內(nèi)容2、學(xué)生上課要求，分組情況等實驗二四探針法測量電阻率一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解四探針電阻率測試儀的基本原理；2、了解的四探針電阻率測試儀組成、原理和使用方法；3、能對給定的薄膜和塊體材料進(jìn)行電阻率測量，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析、處理。二、實驗內(nèi)容1、測量單晶硅樣品的電阻率；2、測量FTO導(dǎo)電層的方塊電阻；3、對測量結(jié)果進(jìn)行必要的修正。三、實驗儀器與材料四探針測試儀、P型或N型硅片、FTO導(dǎo)電玻璃。實驗三橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解橢圓偏振法測量薄膜參數(shù)的基本原理；2、掌握橢圓偏振儀的使用方法，并對薄膜厚度和折射率進(jìn)行測量。二、實驗

4、內(nèi)容1、測量硅襯底上二氧化硅膜的折射率和厚度；三、實驗主要儀器設(shè)備及材料橢圓偏振儀、硅襯底二氧化硅薄膜。實驗四激光測定硅單晶的晶向一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、理解激光測量Si單晶晶面取向的原理；2、學(xué)會利用激光測量單晶Si的晶面取向。1、單晶Si的磨片與腐蝕；2、測量處理Si片的晶面取向。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料He-Ne激光器、光具座、光屏、NaOH電爐、燒杯、單晶Si片等。實驗五紫外可見分光光度計一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解紫外可見分光光度計的結(jié)構(gòu)、性能及使用方法；2、熟悉常見樣品透過、吸收光譜的測量方法。二、實驗內(nèi)容1、分別測量紅、藍(lán)墨水的吸收光譜；2、測量半導(dǎo)體薄膜的透射/吸收光譜，

5、并計算材料的光學(xué)帶隙。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料紫外可見分光光度計、紅墨水、藍(lán)墨水、比色皿、半導(dǎo)體薄膜。實驗六太陽電池參數(shù)的測定一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)與光電特性；2、掌握太陽能電池電學(xué)性能測試的基本方法。二、實驗內(nèi)容1、無光照時，測量太陽能電池的伏安特性曲線；2、有光照時，測量太陽能電池的短路電流、開路電壓、最大輸出功率及填充因子。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料太陽能電池板、電壓表、電流表、滑線變阻器、直流電流源。實驗七熒光分光光度計測量半導(dǎo)體光致發(fā)光一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、理解半導(dǎo)體光致發(fā)光的動力學(xué)過程；2、學(xué)會利用熒光分光光度計測量半導(dǎo)體的光致發(fā)光，確定半導(dǎo)體的帶

6、隙與帶間能級；3、分析不同激發(fā)波長對半導(dǎo)體發(fā)光的影響。二、實驗內(nèi)容1、測量不同帶隙寬度半導(dǎo)體的光致發(fā)光；2、利用不同激發(fā)波長測量同一樣品的光致發(fā)光；3、測量光致發(fā)光的激發(fā)譜。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料熒光分光光度計、ZnOGaN及稀土摻雜Ga借。實驗八MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測量一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解MOS吉構(gòu)的C-V特性；2、理解高頻C-V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度的原理；3、學(xué)會用高頻C-V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度。二、實驗內(nèi)容1、測量MOS吉構(gòu)的高頻C-V特性曲線。2、通過數(shù)據(jù)確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電

7、荷密度。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料加熱裝置、高頻C-V測試儀、x-y函數(shù)記錄儀；MOSt容等。實驗九霍爾效應(yīng)法測量半導(dǎo)體參數(shù)一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解霍爾效應(yīng)的基本原理；2、學(xué)會用變溫霍爾效應(yīng)測量儀來測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率，確定半導(dǎo)體載流子濃度和遷移率。二、實驗內(nèi)容1、常溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；2、變溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；三、實驗主要儀器設(shè)備及材料變溫霍爾效應(yīng)測量儀、P及N型硅片、液氮。實驗十射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解真空的獲得、制備和測量的一般知識；2、理解超高真空射頻磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理等；3、學(xué)會利用射頻磁控濺射設(shè)備制備薄膜。

8、二、實驗內(nèi)容1、硅片的清洗處理；2、真空的獲得與測量；3、ZnO薄膜的濺射沉積。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料超聲波清洗機(jī)、超高真空射頻磁控濺射設(shè)備；1號和2號清洗液、酒精、ZnO靶、0、僦氣等。實驗十一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD法制備半導(dǎo)體薄膜材料一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解PECV怖ij備薄膜的基本原理，掌握PECV改備的結(jié)構(gòu)；2、學(xué)會利用PECV明J備薄膜材料。二、實驗內(nèi)容1、襯底的清洗和預(yù)處理；2、掌握PECV段備的結(jié)構(gòu)和操作規(guī)程；3、操作PECV朋行薄膜的制備。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料超聲波清洗機(jī)、PECVD酒精、1號和2號清洗液、硅片等。實驗十二場效應(yīng)晶體管的性能測定一、

9、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、理解場效應(yīng)晶體管的工作原理；2、學(xué)會利用特性曲線獲得場效應(yīng)管主要參數(shù)。1、測量場效應(yīng)晶體管的輸出特性;2、測量場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性。三、實驗主要儀器設(shè)備及材料半導(dǎo)體特性測試儀、探針臺、場效應(yīng)管等。實驗十三半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測定一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解并掌握幾類不同熱電效應(yīng)原理；2、了解并掌握半導(dǎo)體材料熱電系數(shù)的測量原理及測量方法；3、了解并掌握如何通過熱電系數(shù)判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。二、實驗內(nèi)容1、測量單晶硅樣品的熱電系數(shù)及判斷導(dǎo)電類型；2、測量金屬鋁樣品熱電系數(shù)；3、測量金屬銅樣品熱電系數(shù)。三、實驗儀器與材料熱電系數(shù)測定儀、P型或N型硅片、ITO導(dǎo)電玻璃、

10、金屬鋁顆粒、金屬銅顆粒。實驗十四半導(dǎo)體材料的光刻工藝一、實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘?、了解并掌握光刻機(jī)的基本原理；2、熟悉光刻膠的類型、曝光的原理及方法；3、掌握光刻法制備圖形的基本技術(shù)。二、實驗內(nèi)容1、在硅片上光刻法制備簡單圖形；2、顯微鏡觀察測量圖形尺寸；三、實驗儀器與材料N型硅片。光刻機(jī)、暗室、顯微鏡、光刻膠、顯影液、刻蝕液、不同晶向（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配本課程屬于實驗教學(xué)，共72學(xué)時。序號實驗名稱學(xué)時必做/選做1緒論6必做2四探針法測量電阻率6必做3橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率6選做4激光測定硅單晶的晶向6選做5紫外可見分光光度計6必做6太陽能電池參數(shù)的測定6必做7熒光分光光度計測量半導(dǎo)

11、體的光致發(fā)光6必做8MOS吉構(gòu)高頻C-V特性測量6必做9霍爾效應(yīng)法測量半導(dǎo)體參數(shù)6選做10射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜6必做11PECVDJ備半導(dǎo)體薄膜材料6選做12場效應(yīng)晶體管的性能測定6必做13半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測定6必做14半導(dǎo)體材料的光刻工26必做（二）內(nèi)容及基本要求實驗一緒論主要內(nèi)容：1、介紹半導(dǎo)體物理實驗的主要內(nèi)容實驗二四探針法測量電阻率主要內(nèi)容：1、測量單晶硅樣品的電阻率；2、測量FTO導(dǎo)電層的方塊電阻；3、對測量結(jié)果進(jìn)行必要的修正?！局攸c掌握】：1、單晶硅樣品的電阻率測量方法2、FTO導(dǎo)電層的方塊電阻測量方法；實驗三橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率主要內(nèi)容：1 、了解橢圓偏振法

12、測量薄膜參數(shù)的基本原理、測量硅襯底上二氧化硅膜的折射率和厚度【重點掌握】：1、二氧化硅薄膜的折射率、厚度的測量方法。實驗四激光測定硅單晶的晶向主要內(nèi)容：1 、單晶Si的磨片與腐蝕；2 、測量處理Si片的晶面取向。【重點掌握】：1、利用激光測量單晶Si的晶面取向?qū)嶒炍遄贤饪梢姺止夤舛扔嬛饕獌?nèi)容：1 、測量紅、藍(lán)墨水的吸收光譜；2 、半導(dǎo)體薄膜的透射/吸收光譜，并計算材料的光學(xué)帶隙。【重點掌握】：1、液體和薄膜樣品透過、吸收光譜的測量方法實驗六太陽電池參數(shù)的測定主要內(nèi)容：1 、無光照時，測量太陽能電池的伏安特性曲線；2 、有光照時，測量太陽能電池的短路電流、開路電壓、最大輸出功率及填充因子?！局攸c

13、掌握】：1、太陽能電池電學(xué)性能測試的基本方法【掌握】：1、太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)與光電特性實驗七熒光分光光度計測量半導(dǎo)體光致發(fā)光主要內(nèi)容：1 、測量不同帶隙寬度半導(dǎo)體的光致發(fā)光；2 、利用不同激發(fā)波長測量同一樣品的光致發(fā)光；3 、測量光致發(fā)光的激發(fā)譜?！局攸c掌握】：1、利用熒光分光光度計測量半導(dǎo)體的光致發(fā)光，確定半導(dǎo)體的帶隙與帶間能級【掌握】：1、半導(dǎo)體光致發(fā)光的動力學(xué)過程2、不同激發(fā)波長對半導(dǎo)體發(fā)光的影響實驗八MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測量主要內(nèi)容：1 、測量MOS吉構(gòu)的高頻C-V特性曲線。2 、通過數(shù)據(jù)確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度。【重點掌握】：1、用高頻C-V關(guān)系測量確定

14、氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度【掌握】：1、高頻C-V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度的原理實驗九霍爾效應(yīng)法測量半導(dǎo)體參數(shù)主要內(nèi)容：1 、常溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；、變溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；【重點掌握】：1、變溫霍爾效應(yīng)測量儀來測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率，確定半導(dǎo)體載流子濃度和遷移率實驗十射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜主要內(nèi)容：1 、硅片的清洗處理；2 、真空的獲得與測量；3 、ZnO薄膜的濺射沉積?！局攸c掌握】：1、超高真空射頻磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理2、利用射頻磁控濺射設(shè)備制備薄膜實驗十一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD法制備半導(dǎo)體薄膜材料主要內(nèi)容：1 、襯底的清洗和預(yù)處理；2 、掌握PECV政備的結(jié)構(gòu)和操作規(guī)程；3 、操作PECVDS行薄膜的制備?！局攸c掌握】：1 、PECVdij備薄膜的基本原理，掌握PECV段備的結(jié)構(gòu)；2 、學(xué)會利用PECVDJ備薄膜材料。實驗十二場效應(yīng)晶體管的性能測定主要內(nèi)容：1 、測量場效應(yīng)晶體管的輸出特性；2 、測量場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性?！局攸c掌握】：1、理解場效應(yīng)晶體管的工作原理2、利用特性曲線獲得場效應(yīng)管主要參數(shù)實驗十三半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測定