《微電子學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)大綱

《微電子學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：0604052課程總學(xué)時(shí)/學(xué)分：18學(xué)時(shí)/1學(xué)分（其中理論0學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)18學(xué)時(shí)）課程類別：專業(yè)任選課一、教學(xué)目的和任務(wù)目的：通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成半導(dǎo)體材料特性測(cè)試分析與微電子制造單步工藝設(shè)備使用、微電子器件參數(shù)測(cè)試與應(yīng)用和現(xiàn)代集成電路EDA工具使用等方面的實(shí)踐動(dòng)手能力，鞏固和強(qiáng)化現(xiàn)代微電子技術(shù)和集成電路EDA技術(shù)相關(guān)知識(shí)，提升學(xué)生在微電子技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生分析、探討和總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。任務(wù)：在理論課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)熟練掌握現(xiàn)代微電子技術(shù)中半導(dǎo)體材料特性、微電子工藝技術(shù)、微電子器件參數(shù)、集成電路EDA技術(shù)等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)手段和測(cè)試技術(shù)。課程以教師講解、學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作以及師生討論的形式實(shí)施。二、教學(xué)的基本要求本課程是在學(xué)習(xí)了《半導(dǎo)體物理》、《半導(dǎo)體器件物理》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電路技術(shù)》、《半導(dǎo)體集成電路》、《集成電路制造工藝原理》等理論課程后實(shí)施的一門面向電子類各專業(yè)的重要實(shí)踐課程。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋半導(dǎo)體材料特性參數(shù)測(cè)試分析與微電子制造工藝設(shè)備使用、微電子器件和集成電路性能參數(shù)測(cè)試與應(yīng)用、現(xiàn)代集成電路EDA技術(shù)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要求學(xué)生掌握半導(dǎo)體材料特性測(cè)試技術(shù)、微電子技術(shù)工藝參數(shù)測(cè)試分析技術(shù)和微電子器件參數(shù)測(cè)試與應(yīng)用技術(shù),能夠熟練使用集成電路EDA工具軟件。三、教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)分配實(shí)驗(yàn)一半導(dǎo)體材料電阻率的四探針?lè)y(cè)量及其EXCEL數(shù)據(jù)處理具體內(nèi)容：測(cè)試給定的三塊不同規(guī)格半導(dǎo)體材料樣品電阻率，使用EXCEL軟件對(duì)各個(gè)樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行指定方式的計(jì)算和處理，畫出電阻率波動(dòng)圖。最后試用熱探針判別材料導(dǎo)電類型?；疽螅?.掌握四探針?lè)y(cè)量半導(dǎo)體材料電阻率和薄層材料電阻的測(cè)試原理及方法2.了解熱探針判別材料導(dǎo)電類型的機(jī)理和方法。重點(diǎn)：樣品的電阻率、方塊電阻、標(biāo)準(zhǔn)差、不均勻度測(cè)量和計(jì)算難點(diǎn)：EXCEL軟件數(shù)據(jù)處理和熱探針判別材料導(dǎo)電類型。說(shuō)明：學(xué)習(xí)并掌握半導(dǎo)體材料電阻率測(cè)試和EXCEL軟件使用方法。實(shí)驗(yàn)二半導(dǎo)體材料層錯(cuò)位錯(cuò)觀測(cè)具體內(nèi)容使用金相顯微鏡在測(cè)微目鏡下顯示、觀察并測(cè)試樣品的層錯(cuò)和位錯(cuò)形狀、結(jié)構(gòu)和數(shù)量，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析?；疽螅?.掌握半導(dǎo)體材料中層錯(cuò)位錯(cuò)等雜質(zhì)缺陷的產(chǎn)生機(jī)理和顯示測(cè)試手段2.了解金相顯微鏡的使用規(guī)則和測(cè)試規(guī)范。重點(diǎn)：顯示、觀察和測(cè)試樣品的層錯(cuò)和位錯(cuò)難點(diǎn)：層錯(cuò)和位錯(cuò)顯示、層錯(cuò)和位錯(cuò)產(chǎn)生機(jī)理的理解和金相顯微鏡調(diào)試使用。說(shuō)明：掌握半導(dǎo)體材料中缺陷的產(chǎn)生機(jī)理和檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)三橢偏法測(cè)量薄膜厚度具體內(nèi)容:使用橢圓偏振儀,采用三點(diǎn)法測(cè)量SiO2薄膜厚度及折射率,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論?；疽?1.掌握光的偏振法測(cè)量薄膜厚度的測(cè)試原理2.掌握橢圓偏振儀的使用方法。重點(diǎn):樣品SiO2薄膜厚度測(cè)試和折射率計(jì)算難點(diǎn):橢偏儀的工作原理與測(cè)量技巧。說(shuō)明學(xué)習(xí)并掌握采用橢偏法進(jìn)行SiO2薄膜厚度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)四用圖示儀檢測(cè)晶體管參數(shù)具體內(nèi)容：使用晶體管特性圖示儀檢測(cè)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的主要電學(xué)參數(shù)，畫出基本測(cè)試原理圖，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。基本要求：1.掌握三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等器件的主要性能指標(biāo)和工作原理2.掌握晶體管特性圖示儀的使用方法。重點(diǎn)：使用晶體管特性圖示儀對(duì)被測(cè)樣管進(jìn)行主要電學(xué)參數(shù)的測(cè)試難點(diǎn)：測(cè)試原理的理解和實(shí)驗(yàn)儀器的正確使用。說(shuō)明：使學(xué)生掌握晶體管特性圖示儀的使用，加深對(duì)原理和特性參數(shù)的理解及測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)五高溫氧化實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容：學(xué)會(huì)利用氧化爐在硅襯底上制備二氧化硅薄膜，并利用橢偏儀測(cè)量薄膜厚度與折射率?；疽螅?.掌握干氧和濕氧氧化的基本原理。2.掌握用鑷子夾取硅片的方法，并把硅片放在石英舟上。3.掌握氧化爐的各個(gè)區(qū)域、部件的作用，掌握氧化爐的使用方法，主要包括溫度程序設(shè)定的方法、硅片推入恒溫區(qū)的方法、通入氣體流量控制方法。4.利用橢偏儀測(cè)量二氧化硅厚度變化，給出氧化速率。重點(diǎn)：干氧和濕氧氧化的基本原理。難點(diǎn)：氧化爐的使用。實(shí)驗(yàn)六濺射法薄膜制備具體內(nèi)容：學(xué)會(huì)利用濺射設(shè)備在玻璃襯底上制備金屬Cu薄膜，然后利用四探針?lè)y(cè)量制備薄膜的電阻率?；疽螅?.掌握靶材的制備原理以及濺射設(shè)備的工作原理。2.掌握靶材與襯底的放置方法。3.掌握濺射設(shè)備的使用方法，包括真空設(shè)備的使用、氣體流量的控制以及射頻電壓的設(shè)置，學(xué)會(huì)通過(guò)觀察窗觀測(cè)起輝過(guò)程，掌握濺射設(shè)備的關(guān)機(jī)以及樣品的取出。4.利用四探針?lè)y(cè)量所制備薄膜的電阻率。重點(diǎn)：靶材的制備原理以及濺射設(shè)備的工作原理。難點(diǎn)：濺射設(shè)備的使用。實(shí)驗(yàn)七光刻刻蝕工藝具體內(nèi)容：在生長(zhǎng)了二氧化硅的硅襯底上實(shí)現(xiàn)涂膠、前烘、曝光，并利用氫氟酸腐蝕二氧化硅，然后丙酮去膠，得到所需圖形?；疽螅?.掌握光刻與刻蝕原理，包括正負(fù)光刻膠的區(qū)別以及版圖與最終圖形的對(duì)應(yīng)。2.掌握涂膠機(jī)的使用方法，掌握轉(zhuǎn)速的設(shè)定與膠厚度的關(guān)系。3.掌握烘箱的使用方法，掌握前烘的溫度范圍。4.掌握光刻機(jī)的使用方法，重點(diǎn)理解光源的配備。5.掌握氫氟酸的配置方法，以及整個(gè)濕法腐蝕的操作規(guī)范，掌握必備的安全常識(shí)。6.掌握丙酮去膠的過(guò)程。重點(diǎn)：光刻與刻蝕原理。難點(diǎn)：設(shè)備操作。實(shí)驗(yàn)八TTL與非門數(shù)字電路圖繪制及邏輯模擬具體內(nèi)容:使用ORCAD16.3軟件繪制TTL與非門電路,設(shè)置元件參數(shù),并用PSPICE模塊并對(duì)該電路進(jìn)行直流、交流分析。根據(jù)分析和模擬結(jié)果修改并確定電路結(jié)構(gòu)，給出電路參數(shù)及電路邏輯關(guān)系。基本要求：1.掌握ORCAD9.2軟件中PSPICE模塊的使用方法2.熟悉電路的直流、交流分析方法。重點(diǎn)：對(duì)TTL與非門電路進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和交直流分析難點(diǎn)：參數(shù)設(shè)置和分析程序設(shè)定。說(shuō)明：學(xué)習(xí)ORCAD9.2軟件的使用方法和功能。實(shí)驗(yàn)九TTL與非門電路的LEDIT版圖設(shè)計(jì)具體內(nèi)容：在LEDIT軟件環(huán)境下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)給定設(shè)計(jì)規(guī)則的TTL與非門電路版圖并對(duì)電路版圖進(jìn)行人工驗(yàn)證分析和討論?；疽螅?.掌握LEDIT軟件的版圖繪制環(huán)境和功能2.熟悉版圖的設(shè)計(jì)規(guī)則和實(shí)現(xiàn)方法。重點(diǎn)：繪制特定規(guī)則下的TTL與非門電路版圖難點(diǎn)：軟件使用和設(shè)計(jì)規(guī)則理解。說(shuō)明：學(xué)習(xí)版圖設(shè)計(jì)軟件LEDIT的使用方法和功能。（二）實(shí)驗(yàn)類型及學(xué)時(shí)分配表項(xiàng)目編號(hào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)1半導(dǎo)體材料電阻率的四探針?lè)y(cè)量及其EXCEL數(shù)據(jù)處理材料特性1.52半導(dǎo)體材料層錯(cuò)位錯(cuò)觀測(cè)材料特性1.53橢