半導(dǎo)體物理試驗(yàn)課程教學(xué)大綱

1、半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱一、課程說(shuō)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課，是一門(mén)專業(yè)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)課程。開(kāi)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(cè)試原理和表征方法，為半導(dǎo)體材料與器件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與研制堅(jiān)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(shí)驗(yàn)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(shí)，再通過(guò)本課程培養(yǎng)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體材料和器件的制備及測(cè)試方法的實(shí)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(cè)試設(shè)備的原理、功能及使用方法，并能夠獨(dú)立操作；3、通過(guò)親自動(dòng)手操作提高理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高理論學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。開(kāi)設(shè)本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)技能。（四）教材與主要參考書(shū)。教材：半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)講義，自編教材參考書(shū)：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(shí)驗(yàn)一緒論1

3、、介紹半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容2、學(xué)生上課要求，分組情況等實(shí)驗(yàn)二四探針?lè)y(cè)量電阻率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解四探針電阻率測(cè)試儀的基本原理；2、了解的四探針電阻率測(cè)試儀組成、原理和使用方法；3、能對(duì)給定的薄膜和塊體材料進(jìn)行電阻率測(cè)量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、處理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量單晶硅樣品的電阻率；2、測(cè)量FTO導(dǎo)電層的方塊電阻；3、對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行必要的修正。三、實(shí)驗(yàn)儀器與材料四探針測(cè)試儀、P型或N型硅片、FTO導(dǎo)電玻璃。實(shí)驗(yàn)三橢圓偏振法測(cè)量薄膜的厚度和折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解橢圓偏振法測(cè)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(duì)薄膜厚度和折射率進(jìn)行測(cè)量。二、實(shí)驗(yàn)

4、內(nèi)容1、測(cè)量硅襯底上二氧化硅膜的折射率和厚度；三、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)四激光測(cè)定硅單晶的晶向一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、理解激光測(cè)量Si單晶晶面取向的原理；2、學(xué)會(huì)利用激光測(cè)量單晶Si的晶面取向。1、單晶Si的磨片與腐蝕；2、測(cè)量處理Si片的晶面取向。三、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)五紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)、性能及使用方法；2、熟悉常見(jiàn)樣品透過(guò)、吸收光譜的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、分別測(cè)量紅、藍(lán)墨水的吸收光譜；2、測(cè)量半導(dǎo)體薄膜的透射/吸收光譜，

5、并計(jì)算材料的光學(xué)帶隙。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、紅墨水、藍(lán)墨水、比色皿、半導(dǎo)體薄膜。實(shí)驗(yàn)六太陽(yáng)電池參數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)與光電特性；2、掌握太陽(yáng)能電池電學(xué)性能測(cè)試的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、無(wú)光照時(shí)，測(cè)量太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線；2、有光照時(shí)，測(cè)量太陽(yáng)能電池的短路電流、開(kāi)路電壓、最大輸出功率及填充因子。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料太陽(yáng)能電池板、電壓表、電流表、滑線變阻器、直流電流源。實(shí)驗(yàn)七熒光分光光度計(jì)測(cè)量半導(dǎo)體光致發(fā)光一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、理解半導(dǎo)體光致發(fā)光的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；2、學(xué)會(huì)利用熒光分光光度計(jì)測(cè)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(jí)；3、分析不同激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)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(zhǎng)測(cè)量同一樣品的光致發(fā)光；3、測(cè)量光致發(fā)光的激發(fā)譜。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料熒光分光光度計(jì)、ZnOGaN及稀土摻雜Ga借。實(shí)驗(yàn)八MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解MOS吉構(gòu)的C-V特性；2、理解高頻C-V關(guān)系測(cè)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(huì)用高頻C-V關(guān)系測(cè)量確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量MOS吉構(gòu)的高頻C-V特性曲線。2、通過(guò)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(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料加熱裝置、高頻C-V測(cè)試儀、x-y函數(shù)記錄儀；MOSt容等。實(shí)驗(yàn)九霍爾效應(yīng)法測(cè)量半導(dǎo)體參數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解霍爾效應(yīng)的基本原理；2、學(xué)會(huì)用變溫霍爾效應(yīng)測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、常溫下測(cè)量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；2、變溫下測(cè)量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料變溫霍爾效應(yīng)測(cè)量?jī)x、P及N型硅片、液氮。實(shí)驗(yàn)十射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解真空的獲得、制備和測(cè)量的一般知識(shí)；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(huì)利用射頻磁控濺射設(shè)備制備薄膜。

8、二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、硅片的清洗處理；2、真空的獲得與測(cè)量；3、ZnO薄膜的濺射沉積。三、實(shí)驗(yàn)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(hào)和2號(hào)清洗液、酒精、ZnO靶、0、僦氣等。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、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(huì)利用PECV明J備薄膜材料。二、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料超聲波清洗機(jī)、PECVD酒精、1號(hào)和2號(hào)清洗液、硅片等。實(shí)驗(yàn)十二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能測(cè)定一、

9、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、理解場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理；2、學(xué)會(huì)利用特性曲線獲得場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)。1、測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出特性;2、測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料半導(dǎo)體特性測(cè)試儀、探針臺(tái)、場(chǎng)效應(yīng)管等。實(shí)驗(yàn)十三半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、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(cè)量原理及測(cè)量方法；3、了解并掌握如何通過(guò)熱電系數(shù)判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量單晶硅樣品的熱電系數(shù)及判斷導(dǎo)電類型；2、測(cè)量金屬鋁樣品熱電系數(shù)；3、測(cè)量金屬銅樣品熱電系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器與材料熱電系數(shù)測(cè)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(shí)驗(yàn)十四半導(dǎo)體材料的光刻工藝一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、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(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在硅片上光刻法制備簡(jiǎn)單圖形；2、顯微鏡觀察測(cè)量圖形尺寸；三、實(shí)驗(yàn)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(shí)分配本課程屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，共72學(xué)時(shí)。序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱學(xué)時(shí)必做/選做1緒論6必做2四探針?lè)y(cè)量電阻率6必做3橢圓偏振法測(cè)量薄膜的厚度和折射率6選做4激光測(cè)定硅單晶的晶向6選做5紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)6必做6太陽(yáng)能電池參數(shù)的測(cè)定6必做7熒光分光光度計(jì)測(cè)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(cè)量6必做9霍爾效應(yīng)法測(cè)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(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能測(cè)定6必做13半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測(cè)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(shí)驗(yàn)一緒論主要內(nèi)容：1、介紹半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容實(shí)驗(yàn)二四探針?lè)y(cè)量電阻率主要內(nèi)容：1、測(cè)量單晶硅樣品的電阻率；2、測(cè)量FTO導(dǎo)電層的方塊電阻；3、對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行必要的修正?！局攸c(diǎn)掌握】：1、單晶硅樣品的電阻率測(cè)量方法2、FTO導(dǎo)電層的方塊電阻測(cè)量方法；實(shí)驗(yàn)三橢圓偏振法測(cè)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(cè)量薄膜參數(shù)的基本原理、測(cè)量硅襯底上二氧化硅膜的折射率和厚度【重點(diǎn)掌握】：1、二氧化硅薄膜的折射率、厚度的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)四激光測(cè)定硅單晶的晶向主要內(nèi)容：1 、單晶Si的磨片與腐蝕；2 、測(cè)量處理Si片的晶面取向?！局攸c(diǎn)掌握】：1、利用激光測(cè)量單晶Si的晶面取向?qū)嶒?yàn)五紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)主要內(nèi)容：1 、測(cè)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(jì)算材料的光學(xué)帶隙?！局攸c(diǎn)掌握】：1、液體和薄膜樣品透過(guò)、吸收光譜的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)六太陽(yáng)電池參數(shù)的測(cè)定主要內(nèi)容：1 、無(wú)光照時(shí)，測(cè)量太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線；2 、有光照時(shí)，測(cè)量太陽(yáng)能電池的短路電流、開(kāi)路電壓、最大輸出功率及填充因子?！局攸c(diǎn)

13、掌握】：1、太陽(yáng)能電池電學(xué)性能測(cè)試的基本方法【掌握】：1、太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)與光電特性實(shí)驗(yàn)七熒光分光光度計(jì)測(cè)量半導(dǎo)體光致發(fā)光主要內(nèi)容：1 、測(cè)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(zhǎng)測(cè)量同一樣品的光致發(fā)光；3 、測(cè)量光致發(fā)光的激發(fā)譜。【重點(diǎn)掌握】：1、利用熒光分光光度計(jì)測(cè)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(jí)【掌握】：1、半導(dǎo)體光致發(fā)光的動(dòng)力學(xué)過(guò)程2、不同激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光的影響實(shí)驗(yàn)八MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測(cè)量主要內(nèi)容：1 、測(cè)量MOS吉構(gòu)的高頻C-V特性曲線。2 、通過(guò)數(shù)據(jù)確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度?！局攸c(diǎn)掌握】：1、用高頻C-V關(guān)系測(cè)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(cè)量確定氧化層厚度、Si/SiO2界面附近的電荷密度的原理實(shí)驗(yàn)九霍爾效應(yīng)法測(cè)量半導(dǎo)體參數(shù)主要內(nèi)容：1 、常溫下測(cè)量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；、變溫下測(cè)量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；【重點(diǎn)掌握】：1、變溫霍爾效應(yīng)測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)量；3 、ZnO薄膜的濺射沉積。【重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(huì)利用PECVDJ備薄膜材料。實(shí)驗(yàn)十二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能測(cè)定主要內(nèi)容：1 、測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出特性；2 、測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性?！局攸c(diǎn)掌握】：1、理解場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理2、利用特性曲線獲得場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)實(shí)驗(yàn)十三半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測(cè)定