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上篇 半导体物理实验 2

第1章 半导体物理基础知识 2

1.1 半导体的晶体结构与价键模型 2

1.1.1 晶格 2

1.1.2 原子价键 3

1.1.3 晶体结构 5

1.2 半导体的电子结构 7

1.2.1 晶体能带模型与能带三要素 7

1.2.2 半导体的电子结构 8

1.3 半导体中的载流子 10

1.3.1 平衡载流子与非平衡载流子 10

1.3.2 本征半导体与本征激发 11

1.3.3 非本征半导体与浅能级 13

1.3.4 载流子的复合 17

1.4 三维半导体中载流子的电输运 18

1.4.1 漂移运动、漂移电流与迁移率 18

1.4.2 散射与迁移率 19

1.4.3 电导率 23

1.4.4 扩散运动与扩散电流 23

1.4.5 电流密度方程与爱因斯坦关系 24

1.5 金属-半导体的接触 24

1.5.1 功函数与电子亲和能 24

1.5.2 阻挡层和反阻挡层 25

1.5.3 金属-半导体肖特基接触 27

1.5.4 肖特基势垒的电流输运 28

1.5.5 势垒电容 33

1.5.6 金属-半导体欧姆接触 33

1.6 半导体表面效应和金属-绝缘体-半导体（MIS）结构 34

1.6.1 半导体表面强反型与开启电压 35

1.6.2 理想MIS结构的C-V特性 36

1.6.3 理想MIS结构C-V特性的影响因素 41

1.6.4 非理想MIS结构的C-V特性 42

第2章 半导体物理实验 46

2.1 晶体结构构建 46

2.1.1 实验目的 46

2.1.2 实验原理 46

2.1.3 实验仪器（软件） 48

2.1.4 实验步骤 49

2.1.5 思考题 58

2.1.6 参考资料 58

2.2 晶体电子结构仿真与分析 58

2.2.1 实验目的 58

2.2.2 实验原理 59

2.2.3 实验仪器（软件） 60

2.2.4 实验步骤 61

2.2.5 思考题 64

2.2.6 参考资料 64

2.3 单波长椭偏法测试分析薄膜的厚度与折射率 64

2.3.1 实验目的 64

2.3.2 实验原理 65

2.3.3 实验仪器（软件） 68

2.3.4 实验步骤 68

2.3.5 思考题 69

2.3.6 参考资料 69

2.4 四探针测试半导体电阻率 70

2.4.1 实验目的 70

2.4.2 实验原理 70

2.4.3 实验仪器 74

2.4.4 实验步骤 75

2.4.5 思考题 75

2.4.6 参考资料 75

2.5 霍尔效应实验 76

2.5.1 实验目的 76

2.5.2 实验原理 76

2.5.3 实验仪器 79

2.5.4 实验步骤及注意事项 79

2.6 高频光电导法测少子寿命 81

2.6.1 实验目的 81

2.6.2 实验原理 81

2.6.3 仪器使用 83

2.6.4 实验步骤 86

2.6.5 思考题 87

2.6.6 参考资料 87

2.7 肖特基二极管的I-V特性测试分析 87

2.7.1 实验目的 87

2.7.2 实验原理 88

2.7.3 实验仪器 88

2.7.4 实验步骤 89

2.7.5 数据处理 92

2.7.6 思考题 93

2.7.7 参考资料 93

2.8 肖特基二极管的势垒高度及半导体杂质浓度的测试分析 93

2.8.1 实验目的 93

2.8.2 实验原理 94

2.8.3 实验仪器 95

2.8.4 实验步骤 95

2.8.5 数据处理 101

2.8.6 思考题 101

2.8.7 参考资料 101

2.9 pn结势垒特性及杂质的测试分析 102

2.9.1 实验目的 102

2.9.2 实验原理 102

2.9.3 实验仪器 104

2.9.4 实验步骤 104

2.9.5 数据处理 105

2.10 MIS的高频C-V测试 105

2.10.1 实验目的 105

2.10.2 实验原理 105

2.10.3 实验仪器 109

2.10.4 实验步骤 109

2.10.5 思考题 114

2.10.6 参考资料 114

下篇 微电子器件实验 116

第3章 微电子器件基础知识 116

3.1 二极管 116

3.1.1 二极管的基本结构 116

3.1.2 二极管的伏安特性 116

3.1.3 二极管的击穿电压 118

3.2 双极结型晶体管 119

3.2.1 双极结型晶体管的基本结构 119

3.2.2 BJT的工作状态 120

3.2.3 BJT的放大作用 120

3.2.4 BJT的输出特性曲线 123

3.2.5 BJT的反向截止电流和击穿电压 124

3.3 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET） 125

3.3.1 MOSFET的基本结构 125

3.3.2 转移特性曲线和输出特性曲线 126

3.3.3 MOSFET的阈电压 128

3.3.4 MOSFET的直流电流电压方程 129

第4章 微电子器件实验 130

4.1 二极管直流参数测试 130

4.1.1 实验目的 130

4.1.2 实验原理 130

4.1.3 实验器材 131

4.1.4 实验方法和步骤 136

4.1.5 实验数据处理 140

4.1.6 思考题 140

4.2 双极型晶体管直流参数测试 141

4.2.1 实验目的 141

4.2.2 实验原理 141

4.2.3 实验器材 142

4.2.4 实验方法和步骤 142

4.2.5 实验数据处理 148

4.2.6 思考题 152

4.3 MOS场效应晶体管直流参数测试 152

4.3.1 实验目的 152

4.3.2 实验原理 152

4.3.3 实验器材 154

4.3.4 实验方法和步骤 154

4.3.5 实验数据处理 162

4.3.6 思考题 163

4.4 双极型晶体管开关时间测试 163

4.4.1 实验目的 163

4.4.2 实验原理 163

4.4.3 实验器材 165

4.4.4 实验方法和步骤 165

4.4.5 实验数据处理 168

4.4.6 思考题 169

4.5 双极型晶体管特征频率测试 169

4.5.1 实验目的 169

4.5.2 实验原理 169

4.5.3 实验器材 171

4.5.4 实验方法和步骤 171

4.5.5 实验数据处理 175

4.5.6 思考题 176

4.5.7 参考资料 176