半导体物理实验报告

课程实习报告

HUNAN UNIVERSITY

题 目： 半导体物理与器件

学生姓名 ： 周强强 学生学号： 20100820225

专业班级： 通信二班 完 成 日 期 ： 2012.12.22

运行结果截图：

2.2 函数V?x,t??cos(2?x/???t)也是经典波动方程的解。令0?x?3?，请在同一坐标中

?x,t?在不同情况下的图形。

。

绘出x的函数V(1)?t?0;(2)?t?0.25?;(3)?t?0.5?;(4)?t?0.75?;(5)?t??

3.27根据式（3.79），绘制出?0.2?(E?EF)?0.2eV范围内，不同温度条件下的费米-狄拉克概率函数：(a)T?200K

半导体制造工艺实验

姓名：章叶满 班级：电子1001 学号：10214021

一、氧化 E3:25.1:1.

go athena

#TITLE: Oxide Profile Evolution Example

# Substrate mesh definition line y loc=0 spac=0.05 line y loc=0.6 spac=0.2 line y loc=1

line x loc=-1 spac=0.2 line x loc=-0.2 spac=0.05 line x loc=0 spac=0.05 line x loc=1 spac=0.2

init orient=100

# Anisotropic silicon etch

etch silicon left p1.x=-0.218 p1.y=0.3 p2.x=0 p2.y=0

# Pad oxide and nitride mask deposit oxide thick=0.02 div=1 deposit nitride thick=0.1 div=1 etch nitrid

1实验目的

了解、熟悉半导体器件测试仪器，半导体器件的特性，并测得器件的特性参数。掌握半导体管特性图示仪的使用方法，掌握测量晶体管输入输出特性的测量方法；

测量不同材料的霍尔元件在常温下的不同条件下（磁场、霍尔电流）下的霍尔电压，并根据实验结果全面分析、讨论。

2实验内容

测试3AX31B、3DG6D的放大、饱和、击穿等特性曲线，根据图示曲线计算晶体管的放大倍数；

测量霍尔元件不等位电势，测霍尔电压，在电磁铁励磁电流下测霍尔电压。

3实验仪器

XJ4810图示仪、示波器、三极管、霍尔效应实验装置。

4实验原理

4.1三极管的主要参数 4.1.1 直流放大系数

共发射极直流放大系数? 当IC

??(IC?ICEO)/IB

ICEO时，?可近似表示为

( 4-1)

??IC/IB

( 4-2)

4.1.2 交流放大系数

即

共发射极交流放大系数?定义为集电极电流变化量与基极电流变化量之比，

?i??C?iB

vCE?常数( 4-3)

4.1.3 反向击穿电压

当三极管内的两个PN结上承受的反向电压超过规定值时，也会发生击穿，其击穿原理和二极管类似，但三极管的反向击穿电压不仅与管子自身的特性有关，而且还取决于外部电路的接法。

4.2霍尔效应

霍尔

初试科目：半导体物理学

参考书：半导体物理学 顾祖毅 田立林 富力文 电子工业出版社 考试大纲：

第一章 半导体的晶格结构和缺陷 1 半导体的基本特性 2 常见半导体材料

3 主要半导体器件及其可选用的材料 4 常见半导体的结构类型 5 名词解释

化学键 共价键 离子键 分子键 金属键 晶格缺陷 间隙式杂质 代位式杂质 反晶格缺陷 层错 扩散系数 晶粒间界 第二章 半导体中的电子状态

1 在周期性势场中，电子薛定谔方程的解为布洛赫函数，即波函数：

?1(r)?uk(r)eik?r

uk(r)?uk(r?an)

布洛赫函数不是单色平面波。K为波矢，描述电子共有化运动。平面波因子e表明晶体中不再是局域化的，扩展到整个晶体之中，反映了电子的共有化运动。uk(r)反映了周期性势场对电子运动的影响，说明晶体中电子在原胞中不同位置上出现的几率不同。uk(r)的周期性说明晶体中不同原胞的各等价位置上出现的几率相同。

2 电子在周期场中运动的量子力学处理有几种近似的方法？试简述之。

（1）近自由电子近似 （2）紧束缚近似

3 由于共有化运动，晶体中电子可以看成是整个晶体共有的，因此孤立原子的能

1. （ D ）下面关于有效质量的叙述错误的是 。 A. 有效质量概括了半导体内部势场的作用

B. 有效质量直接把外力f和电子的加速度联系起来

C. 有效质量的引入使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及到半导体内部势场的作用

D. 不是所有的有效质量都可以直接由实验测定

2. （ D ）对于只含一种杂质的非简并ｐ型半导体，费米能级随温度上升而 。 A. 上升 B. 下降 C. 不变

D. 经过一极值后趋近Ei

3. （ C ）一块半导体寿命τ=15μs，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30μs后，其中非平衡载流子将衰减到原来的 。 A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e2 ； D.1/2 4. （ A ）不是深杂质能级特点的是 。 A. 杂质能级离带边较近 B. 多次电离（多重能级） C. 有可能成为两性杂质 D. ED，EA 可与Eg相比拟

5.（ B ）对于补偿的半导体材料，下列叙述正确的是 。 A.载流子浓度取决于杂质浓度较大者，载流子迁移率取决于电离杂质总浓度 B.载流子浓

一、 实验名称： 实验四照明特性测试 二、 实验目的

1. 了解半导体照明器件的照明特性；

2. 学习半导体照明器件照明特性的测试原理； 3. 掌握半导体照明器件照明特性的测试方法。

三、 实验原理

1. 对LED进行光色电测试时主要关注参数有： (1) 电学特性

LED基础结构为P-N结，故主要关注其正向电压电流关系，以及反向击穿电压值。

在LED两端加正向电压，当电压较小，不足以克服势垒电场时，通过LED的电流很小。当正向电压超过死区电压后，电流岁电压迅速增长。正向工作电流指LED正常发光时的正向电流值，根据不同管子的结构和输出功率的大小，在几十毫安到1安之间。

在LED两端加反向电压，只有微安级的反向电流。反向电压超过击穿电压后，管子被击穿损坏。为安全起见，激励电源提供的最大反向电压应低于击穿电压。 (2) 光电特性

光强是描述LED光度学特性最为重要的参数，它表征了光源在指定方向上单位立体角内发射的光通量，在不同的空间角下，LED将表现出不同的光强大小。

LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，称为光通量，单位是流明，与辐射通量的概念类似，它是LED光源向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。

积分球测量光通量

一、名词解释

迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度

复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心

空间电荷：在pn结附近的电离施主和电离受主所带的电荷 陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用 载流子：电子与空穴

金刚石结：构形成的晶体结构是一个正四面体，具有金刚石晶体结构 本征电离：

散射：载流子在半导体中运动时，便会不断地与热振动着的晶格原子或电离电了的杂质离子发

生作用，或者说发生碰撞，碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变，用波的概念，

就是说电子在半导体中传播时遭到散射。

浅能级杂质的作用：提供载流子

深能级杂质的作用：起复合中心的作用

杂质补偿：施主电子刚好够填充受主能级，但是不能向导带和价带提供电子和空穴，这种现象

称为杂质的高度补偿 扩散定律：SP= －DP

d?p(x)?x 这个公式描写了非平衡载流子空穴的扩散规律，称为扩散定律。

强电场效应：在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡

状态时大，因而载流子和晶格系统不在处于热平衡状态。

非平稳载流子：比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子

准费米能级：导带和价带各自处于平衡态，因此存在导带费米能级和价带费米能级，称其为“准

费米能级”

稳态扩散

附： 半导体物理习题

第一章 晶体结构

1. 指出下述各种结构是不是布拉伐格子。如果是，请给出三个原基矢量；如果不是，请找

出相应的布拉伐格子和尽可能小的基元。

（1） 底心立方（在立方单胞水平表面的中心有附加点的简立方）； （2） 侧面心立方（在立方单胞垂直表面的中心有附加点的简立方）； （3） 边心立方（在最近邻连线的中点有附加点的简立方）。

2. 证明体心立方格子和面心立方格子互为正、倒格子。

3. 在如图1所示的二维布拉伐格子中，以格点O为原点，任意选取两组原基矢量，写出

格点A和B的晶格矢量RA和RB。

4. 以基矢量为坐标轴（以晶格常数a为度量单位，如图2），在闪锌矿结构的一个立方单

胞中，写出各原子的坐标。

5. 石墨有许多原子层，每层是由类似于蜂巢的六角形原子环组成，使每个原子有距离为a

的三个近邻原子。试证明在最小的晶胞中有两个原子，并画出正格子和倒格子。

第二章 晶格振动和晶格缺陷

1. 质量为m和M的两种原子组成如图3所示的一维复式格子。假设相邻原子间的弹性力

常数都是β，试求出振动频谱。

1

附： 半导体物理习题

第一章 晶体结构

1. 指出下述各种结构是不是布拉伐格子。如果是，请给出三个原基矢量；如果不是，请找

出相应的布拉伐格子和尽可能小的基元。

（1） 底心立方（在立方单胞水平表面的中心有附加点的简立方）； （2） 侧面心立方（在立方单胞垂直表面的中心有附加点的简立方）； （3） 边心立方（在最近邻连线的中点有附加点的简立方）。

2. 证明体心立方格子和面心立方格子互为正、倒格子。

3. 在如图1所示的二维布拉伐格子中，以格点O为原点，任意选取两组原基矢量，写出

格点A和B的晶格矢量RA和RB。

4. 以基矢量为坐标轴（以晶格常数a为度量单位，如图2），在闪锌矿结构的一个立方单

胞中，写出各原子的坐标。

5. 石墨有许多原子层，每层是由类似于蜂巢的六角形原子环组成，使每个原子有距离为a

的三个近邻原子。试证明在最小的晶胞中有两个原子，并画出正格子和倒格子。

第二章 晶格振动和晶格缺陷

1. 质量为m和M的两种原子组成如图3所示的一维复式格子。假设相邻原子间的弹性力

常数都是β，试求出振动频谱。

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半导体物理简介

半导体物理简介

1. 半导体材料介绍

半导体的种类

半导体的键结与晶格结构

半导体中的导电载子---电子与电洞 产生与复合

带沟与半导体的光电特性 半导体的掺杂

2. 半导体之导电行为 移动电流与扩散电流 多出载子的传导行为

1

半导体物理简介

本章是要简介以半导体为基础的近代电子学中的基本概念，包括半导体材 料、基本半导体组件，以及应用。这里仅提供简单且直觉的物理图像，严谨的探 讨与推导公式不在描述的范围内。

电子技术的进步造就了我们目前信息计算机产业的发展，更改变了我们日常生 活形态，甚至人类的思考模式、文化活动以及国家间之政治与军事的互动。电子 技术中的主角就是半导体。因此，我们将由半导体材料的种类及特性开始介绍， 并就他的重要导电行为加以讨论，再来介绍最基本的半导体组件---二极管。对于 二极管有了初步了解后，三极体（或称为双极晶体管 BJT）的特性就很容易能够 掌握。场效晶体管（FET）的操作原理和三极体完全不相同，这里会特别介绍在 近代计算机中用得最多的金氧半场效晶体管（MOSFET）。除了基本组件的原理描 述外，对于一些特殊功能的组件，例如发光二极管、二极管雷射、高频晶体管等， 均将略加介绍。最后我们将就集成电