材料与器件性能表征实验教材.doc

PAGE  PAGE 60 第二部分 材料与器件性能表征 (36学时) 实验要求 通过完成以下九个实验，掌握半导体材料和器件性能的表征方法及基本的实验技能，培养分析问题和解决问题的能力。 目 录 实验一. 双极型晶体管特性的测量与分析 实验二. 场效应晶体管特性的测量与分析 实验三. 硅光电器件管芯特性的测量与分析 实验四. 硅材料电阻率及扩散薄层电阻的测量 实验五. 硅光电池光照特性的测量与分析 实验六. 功率晶体管热参数的测量 实验七. 硅光电器件光谱响应特性的测量 实验八. 单晶体的激光定向及材料缺陷的显示与观察 实验九. 用椭偏仪测量透明介质薄膜的厚度和折射率 实 验 卡 片 实验一 双极型晶体管特性的测量与分析 实验要求 1．弄清双极型晶体管主要参数的物理意义和使用Keithley4200半导体参数分析仪的基本方法。 2．测试样品为3AX31和3DG6，弄清这两类器件的类型和引脚，任选一只按共发射极接法进行测量。 3．测量该晶体管的输入特性曲线，并根据曲线求晶体管输入阻抗 (VCE = 10V时)； 4．测量该晶体管的输出特性曲线，在VCE为10V、第六级曲线处求电流放大倍数β(交流)、HFE(直流)。用转移特性曲线再次测量这两个参数，将两次结果进行对比。 5．测量晶体管的极限参数BVebo、BVceo、BVcbo。 6. 将测试结果和测试条件列表表示并与标准参数进行比较,看看所测的器件是否合格。 习题 1．分析小注入和大注入时晶体管β变小的物理原因。 2．为什么硅管的漏电流较锗管小? 3．如何用B2902A双通道源测量单元区分硅npn和pnp管？ 4．分析晶体管出现软击穿和管道型击穿的原因以及饱和压降VCES过大的原因 5．分析用图示仪测试晶体管的优缺点。 实验一 双极型晶体管特性的测量与分析 一 前言 双极晶体管是最重要的分立器件，是双极集成电路的基础，其特性的测量与分析是基本的实验技能。通常用半导体管特性图示仪来完成这一工作。B2902A双通道源测量单元是能直接测量半导体各种特性曲线和直接读出被测管各项参数的测试仪器。它还能显示和测量多种半导体和集成电路的特性和参数，可以直接显示数据，输出特性曲线等优点。 要测定共射晶体管的输出特性，其基本测试原理电路如图1-1所示，测试时通过Keithley4200半导体参数分析仪直接测量出共射晶体管输出特性曲线 图1-1 共射晶体管接法 图1-2 共射晶体管输出特性曲线 B2902A双通道源测量单元既能较全面地检测半导体管的各种参数，又能显示半导体管的特征曲线。 本实验要求： （1）了解B2902A双通道源测量单元的基本原理方框图及源测量单元的作用。 （2）了解被测管各项参数的定义及读测方法。 （3）掌握晶体管特性常见缺陷及其产生原因。 二 实验原理 1．B2902A双通道源测量单元的测试基本原理 源测量单元是电压源，电流源，电压表，电流表合成一起的仪器，简单原理如下图： 测量晶体管特性曲线原理图如下： 通过基极加电流驱动，集电极加电压扫描测量电流的方法既可描绘出晶体管的输出特性曲线 2．B2902A quick IV软件设置 1）定义源测量单元，针对npn型晶体管，直接在QUICK IV软件内进行设置 如图所示SMU2，SMU1,GND单元分别接到晶体管的b,c,e 三极，设置SM2位电流源模式，SMU1为扫描电压模式 SM2设置step 模式，电流步进，从1uA扫描到10uA，步进为1uA SMU1设置为电压扫描模式,电压从0扫描到2V,步进为0.05V SMU3设置为0V电压，作为共地点 2．测量结果分析 点击运行按钮，系统会自动运行，并测出输出数据和特性曲线。 输出特性曲线 2．放大倍数测量 1) 定义源测量单元，针对npn型晶体管，直接在QUICK IV软件内找到gummel测试项目进行设置，如下图 2) 按照软件界对SMU进行设置，运行分析结果 3）结果曲线Ic,Ib, 通过公式计算器，计算B=Ic/Ib ,得出B的数值，见数据表。 3．反向击穿电压BVCBO、BVCEO和BVEBO 外延片制作的双极晶体管的反向击穿电压VB（一般指BVCEO或BVCBO）既与外延层电阻率ρc有关，也与结的曲率半