(完整word版)半导体实验思考题

1、西安理工大学半导体物理思考题第一上传是因为这个我帮女友完成的第一个项目，第二我知道学弟学妹们需要实验一1.腐蚀时间过长或过短反射光圈会出现什么情况？时间过长，光圈变大变亮。2.解理法得到的特征光图中反射光斑对应什么晶面,（ 111）,（ 110）,（100）晶面的三个特征光图之间的相互方位如何？解理法将待测晶锭的一端先磨成锥形，在盛有80金刚沙的研钵中研磨，使锥形对面上解理出微小的解理面。这些解理面都是按特定的晶向解理出来，因而包含着结晶学构造中的各种方向特征。在图1.3 所示的单晶硅一类的金刚石结构中，其一级理解面为111 ，这使因为此晶面族之间原子间距最大，键合最小，最容易在外力作用下发生解理。从图1.3 可以看出， 110 是一跟二次轴，其周围有两个对称的理解面（111）和（ 111） ,如果 110 晶轴与激光束平行，则从（111）、 (! 1) 解理面上反射得到的特征光图呈二次轴对称。而 100 是一根四次轴， 其周围有四个解理面， （ 111）、（ 111）、（ 11 1），因而特征光图具有四次轴对称性。由于研磨不能保证全部得到由理想的解理面组成的由规则小坑，而往往是杂乱无

2、章的，因此反射出来的特征光图就显的比较暗淡，降低了定向精度。 在硅单晶定向中主要采用腐蚀法。两种不同的预处理工艺所产生的特征光图的区别是：（ 1）由于小坑内暴露出来的晶面不同，反射光束的方位和角度也不用；（ 2 ）解理法产生的光图， 其光斑呈点庄， 这是因为其反射面为镜状解理面， 这是由于腐蚀坑的侧面和底面的相交处的边缘呈圆钝状。实验二1.位错和层错是怎样形成的?他们对器件有何影响？层错：硅单晶沿 111 方向生长，原子排列次序一定是 AABBCC ,但是由于某种原因，原子排列不按正常次序生长 AABCAABBCC ,这样原子层产生了错排。产生的原因： 固液交界面掉有固体颗粒或热应力较大，过冷度较大等都可能造成层错面缺陷的产生，当衬底表面有机械损伤、杂质、 局部氧化物、高位错密度等都有可能引起层错的产生。层错常常发生在外延生长的硅单晶体上，当硅单晶片经过 9001200 热氧化过程后，经常可发现表面出现层错。这些由氧化过程引起的层错，称之为 OISF。因为每个层错都结合着部分位错，所以层错对硅单晶片的电性质影响与位错相似。对电子器件的影响1）增加漏电流2）降低栅氧化层质量3）造成击穿在

3、材料科学中， 指晶体材料的一种内部微观缺陷， 即原子的局部不规则排列 （晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。半导体晶体中的线缺陷主要是位错。晶体生长过程中由于热应力 (或其他外力 )作用，使晶体中某一部分 (沿滑移面 )发生滑移， 已滑移区与未滑移区的分界线叫位错线， 简称为位错。位错的一般特性： (1)位错虽被视为线缺陷，但并非几何学意义上的线，而是有一定宽度的管道。 (2) 位错管道内及其附近形成一个应力场。位错管道内原子的平均能量比其他区域大得多，故位错不是平衡缺陷。 (3) 位错在晶体中可形成一封闭环形，或终止于晶体表面，或终止于晶粒间界上，但不能终止于晶体内部。2.在单晶样品的腐蚀显示中往往发现有位错的区域就不存在微缺陷;而在微缺陷存在的区域里就没有位错，如何解释这种现象？（ 1）没有位错的硅单晶片表面经择优化学腐蚀后，在横断面可能可以看出旋涡状的浅底缺陷的平衡浓度与温度有关， 温度越低， 其平衡浓度越低， 从而使快速冷却后的晶体晶格中将出现本征点缺陷的过饱和（ 2

4、），由于杂质浓度随温度的固浓度不同， 导致化学杂志过饱和， 硅单晶中尤为错的区域不存在为缺陷，只是由于位错可以作为可迁移过剩点缺陷的陷实验三1能否用四探针法测量n n+外延片及pp+ 外延片外延层的电阻率?答：不能用四探针法测量同型外延片。2能否用四探针法测量n p 外延片外延层的电阻率？或在答：能用四探针法测量异型外延片。同型外延指：在N 型材料上外延一层N 型材料。P 型材料上外延一层P 型材料，这样外延层与衬底之间没有 “隔绝的界限 （空间电荷区不明显） ”，这里不是 “测试厚度”的问题。番外题。为什么测量单晶样品电阻率时测试平面要求为毛面，而测试扩散片扩散层薄层电阻时测试面可为镜面?答：毛面较能保证金属探针与样品接触良好，所以测量单晶样品电阻率时测试平面要求为毛面。 .测试扩散片扩散层薄层电阻时测试面可为镜面. 其实当扩散片的测试面也为毛面时， 对测量更好， 但做扩散前已经将表面抛光成了镜面，并且扩散之后的扩散层的厚度较小，故不适合再研磨或吹沙，所以只能测镜面。为了能使测量更准，就对探针的压力和针尖有不同 “毛面 ”的要求 .3.如果只用两根探针既作电流探针又作电压探针，这样能

5、否对样品进行较为准确的测量？为什么？不能。原因是 : 1接触电阻的影响严重。探针与半导体接触产生一定厚度的耗尽层，耗尽层是高阻的 , 另外探针和半导体之间不像与金属之间一样很好的接触, 还会产生一个额外的电阻,称为扩展电阻，两者都是接触电阻，通常都很大. 半导体的实际电阻相对于它们越小, 测量结果就越不准确 . 2存在少子电注入 . 专用方法：四探针法 , 两根探针输入测量电流 , 另外两根探针测量电压分布 . 要是懂电流计 , 电压计和电阻计的原理 , 就能更明白了 .晶格电子是这个方面的行家。实验四1.如何根据电场，磁场，霍尔电压的方向來判定半导体导电类型？答：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。带电粒子 （电子或空穴） 被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场EH 。当如下图所示：向左转 |向右转电流 IS 通过 N 型或 P 型霍尔元件，磁场B 方向与电流IS 方向垂直，且磁场方向由内向外，对于 N 型半导体及P 型半导体，分别产生的方向如左图和右图的霍尔电场EH（据此，可以

6、判断霍尔元件的属性 N 型或 P 型）。2. 测量霍尔电压时 ,如何消除副效应的影响答： (1)爱廷豪森 (Eting hausen)效应， 在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆轨道运动， 速度小则绕小圆轨道运动， 这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯度，因而产生温差效应，形成电势差，不能在测量中消除。(2) 伦斯脱 (Nernst) 效应，由于输入电流端引线a、 b 点处的电阻不相等，通电后发热程度不同，使 a 和 b 两端之间出现热扩散电流，可通过改变磁场方向再测量取平均来消除。(3) 里纪 -勒杜克 (Righi-Leduc) 效应，由于热扩散电流的载流子的迁移率不同，形成一个横向的温度梯度，产生附加电势差，可通过改变磁场再测量取平均来消除。(4) 不等位电势差，由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片的两侧而造成。可通过改变电场方向再测量取平均来消除。霍尔片接线处并非完整对称，靠测量时正负电压共用消除。材质不纯无法消除测量仪器问题无法消除载流子非轴线方向运动产生的影响无法消除实验五1：为什么样

7、品周围和电极附近不要受光照？答：因为表面处不够光滑，比较粗糙，受到光照会使表面复合的影响增大，造成测量的少子寿命比实际寿命值小， 所以要选择较大的样品， 进行化学抛光， 从而减小样品的表面复合效应。2：样品电阻率不均匀会造成什么结果？答：样品电阻率不均匀会使得样品中不同处所测的的少子寿命不同， 则某一次的少子寿命测量值并不能代表半导体的寿命。 多次测量取平均值能减小电阻率不均匀的影响3：样品电流大小会对测试结果带来什么影响？答：若样品中电流过大可能会造成样品测量中并非小注入条件， 从而使得测量的多子的寿命，而非少子的寿命。而若电流过小，可能不易观测到少子从复合，恢复到平衡状态的过程，而使测量遇到阻碍。实验六1.如图 6.4，（书上有图）当接触电流过大的话， C2 两端就不能忽略，即 C1 两端的电压不能和电路总电压近似！ 导致测量结果偏大！ 硅片体内串联电阻偏大同样会导致测量电压偏大！2.载流子变少3。实验七1.根据样品的少子寿命确定偏压c-v 曲线，通常选用每秒仍得到深耗尽层的曲线，则应将速率再减小，直稳态c-v 曲线100mv的速率，如果2、3.T 增加， 增加。缩短得到c-v 曲

8、线的时间4.负 BT 处理是给样品加一定的负偏压，同时将样品加热到一定温度。由于可动电荷 （主要是带正电的Na 离子）在高温下有较大的迁移率，它们将在高温负偏压下向金属-sio2（打不过来呵呵）运动实验八1. 空气参考法： 参考光束上不放置样品。 差别发： 参考光束上放置相同厚度参比样品，要求参比样品中不含有待测元素或者低于仪器检测限2.O：sio22.5-25 mC12C,13C,14C.SiC范围内吸收峰有9 m， 8 m， 19 m吸收峰有16.447 m， 16.977 m.， 17.452 m实验九1.测量半导体材料的光致发光谱光致发光谱的测量系统的基本结构与光致发光测量装置类似， 只要区别是用高温定度直流电源代替了光致发光谱测量中所用的激发光源。只会半导体发光器件的电致发光的测量中，电源与发光器件的链接通常在探针测试台上进行， 由金属微探针压在发光器件上预制的点击表面形成欧姆接触，是直流电源输出的电压和电流无损耗的加到被测器件上2.半导体材料的光之发光谱可得到材料的那些信息光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发注意事项实验一激光管的正负极不能接反，激光管电流应在规定的电流下工作（一般小于5mA ）否则容易损坏激光管或缩短使

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