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课程类型：物理实验课教学对象：高中一年级教学目标：1. 知识与技能：了解半导体材料的基本特性，掌握半导体器件的测试方法。
2. 过程与方法：通过实验操作，培养学生动手实践能力、观察分析能力和实验报告撰写能力。
3. 情感态度与价值观：激发学生对半导体科学的兴趣，培养严谨的科学态度和团队协作精神。
教学重点：1. 半导体材料的导电特性。
2. 半导体器件的测试方法。
教学难点：1. 半导体器件的测试原理。
2. 实验操作中的误差分析。
教学准备：1. 实验器材：半导体材料、半导体器件、万用表、示波器、电阻、电容、导线等。
2. 教学课件：半导体基本知识、半导体器件测试原理、实验步骤等。
教学过程：一、导入新课1. 复习半导体材料的基本特性，引导学生思考半导体器件的测试方法。
2. 提出本节课的学习目标。
二、讲解半导体器件测试原理1. 讲解半导体材料的导电特性，如PN结正向导通、反向截止等。
2. 介绍常用的半导体器件，如二极管、晶体管等。
3. 讲解半导体器件的测试原理，如正向导通测试、反向截止测试、放大倍数测试等。
三、实验操作1. 学生分组，每组配备一套实验器材。
2. 按照实验步骤进行操作，包括连接电路、设置参数、测量数据等。
3. 教师巡回指导，解答学生疑问。
四、数据分析和讨论1. 学生根据实验数据，分析半导体器件的导电特性。
2. 讨论实验过程中遇到的问题及解决方案。
3. 比较不同半导体器件的测试结果，总结规律。
五、实验报告撰写1. 学生根据实验步骤和数据分析，撰写实验报告。
2. 教师对实验报告进行批改和点评。
六、课堂小结1. 回顾本节课的学习内容，强调半导体器件测试原理和实验操作的重要性。
2. 鼓励学生在课后进一步学习半导体科学。
教学评价：1. 实验操作：观察学生的实验操作是否规范，能否熟练完成实验步骤。
2. 数据分析：评估学生对实验数据的分析和总结能力。
3. 实验报告：检查实验报告的格式、内容是否完整，是否体现了学生的思考过程。
《半导体材料与器件测试技术》课程实验指导书光电工程学院2012年8月实验一 半导体电阻率和方阻测量的研究一 、实验意义电阻率是半导体材料的重要电学参数之一, 可以反映出半导体内浅能级替位杂质浓度，薄层电阻是表征半导体掺杂浓度的一个重要工艺参数。
测量电阻率与薄层电阻的方法很多，如二探针法、扩展电阻法等。
而四探针法是目前广泛采用的标准方法，它具有操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等特点。
二、实验目的1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。
三、实验原理测 量 原理：将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在 1、4 探针间通以电流 I(mA)，2、3 探针间就产生一定的电压 V(mV)(如图1)。
测量此电压并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率、方块电阻、电阻： `①. 薄圆片(厚度≤4mm)电阻率：⨯=IVρ F （D/S ）╳ F （W/S ）╳ W ╳ Fsp Ω·cm …(1) 图１.直线四探针法测试原理图↓4↑其中：D —样品直径，单位：cm 或mm ，注意与探针间距S 单位一致；S —平均探针间距，单位：cm 或mm ，注意与样品直径D 单位一致(四探针头合格证上的S 值)； W —样品厚度，单位：cm ，在F(W/S)中注意与S 单位一致； Fsp —探针间距修正系数(四探针头合格证上的F 值)；F(D/S)—样品直径修正因子。
当D →∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B 查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。
W/S<0.4时，F(W/S)=1；W/S>0.4时，F(W/S)值由附表C 查出； I —1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V —2、3探针间取出的电压值，单位mV ；②. 薄层方块电阻Ｒ□：Ｒ□＝⨯IVF （D/S ）╳F （W/S ）╳ Fsp Ω/□ …(2) 其中：D —样品直径，单位：cm 或mm ，注意与探针间距S 单位一致；S —平均探针间距，单位：cm 或mm ，注意与样品直径D 单位一致(四探针头合格证上的S 值)； W —样品厚度，单位：cm ，在F(W/S)中注意与S 单位一致； Fsp —探针间距修正系数(四探针头合格证上的F 值)；F(D/S)—样品直径修正因子。
半导体C-V测量基础吉时利仪器公司C-V测量为人们提供了有关器件和材料特征的大量信息通用测试电容-电压（C-V）测试广泛用于测量半导体参数，尤其是MOSCAP和MOSFET 结构。
此外，利用C-V测量还可以对其他类型的半导体器件和工艺进行特征分析，包括双极结型晶体管（BJT）、JFET、III-V族化合物器件、光伏电池、MEMS器件、有机TFT显示器、光电二极管、碳纳米管（CNT）和多种其他半导体器件。
这类测量的基本特征非常适用于各种应用和培训。
大学的研究实验室和半导体厂商利用这类测量评测新材料、新工艺、新器件和新电路。
C-V测量对于产品和良率增强工程师也是极其重要的，他们负责提高工艺和器件的性能。
可靠性工程师利用这类测量评估材料供货，监测工艺参数，分析失效机制。
采用一定的方法、仪器和软件，可以得到多种半导体器件和材料的参数。
从评测外延生长的多晶开始，这些信息在整个生产链中都会用到，包括诸如平均掺杂浓度、掺杂分布和载流子寿命等参数。
在圆片工艺中，C-V测量可用于分析栅氧厚度、栅氧电荷、游离子（杂质）和界面阱密度。
在后续的工艺步骤中也会用到这类测量，例如光刻、刻蚀、清洗、电介质和多晶硅沉积、金属化等。
当在圆片上完全制造出器件之后，在可靠性和基本器件测试过程中可以利用C-V测量对阈值电压和其他一些参数进行特征分析，对器件性能进行建模。
半导体电容的半导体电容的物理特性MOSCAP结构是在半导体制造过程中形成的一种基本器件结构（如图1所示）。
尽管这类器件可以用于真实电路中，但是人们通常将其作为一种测试结构集成在制造工艺中。
由于这种结构比较简单而且制造过程容易控制，因此它们是评测底层工艺的一种方便的方法。
金属二氧化硅电容计（交流信号）P型图1. P型衬底上形成的MOSCAP结构的C-V测量电路图1中的金属/多晶层是电容的一极，二氧化硅是绝缘层。
由于绝缘层下面的衬底是一种半导体材料，因此它本身并不是电容的另一极。
半导体材料测试技术半导体材料测试技术是指对半导体材料进行表征和性能测试的一系列技术方法和工具。
半导体材料是电子器件制造与应用的基础，而半导体材料的质量和性能对电子器件的性能和可靠性有着直接的影响。
因此，了解和掌握半导体材料的性能及其测试方法是十分重要的。
1.结构表征技术：通过采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等仪器，对半导体材料的晶体结构、晶格缺陷等进行分析和表征。
同时可以通过X射线衍射(XRD)技术对材料的晶格常数、晶体结构和材料的纯度进行分析。
2.光学特性测试技术：光学特性测试主要包括折射率、透明度、吸收谱、发射谱等光学性质的测试。
通过光学显微镜、紫外可见分光光度计、激光扫描显微镜等设备来进行测试。
3.电学特性测试技术：电学特性测试是对半导体材料的电导率、电介质常数、击穿电压等电学性质进行测试。
常见的测试设备包括电阻测试仪、电容测试仪、电压源/电流源等。
4.磁学特性测试技术：磁学特性测试主要是对半导体材料的磁化强度、磁畴结构等进行测试。
通过霍尔效应测试仪、磁学测试仪等设备来进行测试。
5.热学特性测试技术：热学特性测试主要是对半导体材料的热导率、热膨胀系数等进行测试。
热电测试仪、热膨胀仪等设备可以用来进行这方面的测试。
此外，还有一些特殊的测试技术，如电子能谱、质谱等，可以用来对半导体材料的表面组分和杂质掺杂进行分析。
综上所述，半导体材料测试技术是对半导体材料进行各种性能指标测试的一系列方法和工具的集合。
掌握这些测试技术，可以对半导体材料的质量和性能进行准确分析，为电子器件的研发和生产提供有力的支撑。
半导体材料测试技术引言：随着半导体制造技术的快速发展，半导体材料在各种电子设备中起着重要的作用。
对于半导体材料的质量和性能进行准确的测试和评估对于提高产品的可靠性和性能至关重要。
本文将介绍半导体材料测试技术，并重点讨论其在质量控制和性能评估中的应用。
一、半导体材料测试的目的1.测试材料的纯度和杂质含量：半导体材料的纯度对于其电学性能的影响非常大。
通过测试材料的纯度和杂质含量，可以评估材料的质量，并且对材料进行进一步的处理，以提高其纯度。
2.测试材料的结构和晶体质量：半导体材料的结构和晶体质量对于其电学性能也有很大的影响。
通过测试材料的结构和晶体质量，可以评估材料的结晶状态和晶体缺陷情况，并对材料进行后续加工和处理。
3.测试材料的电学性能：半导体材料的电学性能是评估其适用性和应用领域的重要指标。
通过测试材料的电学性能，可以评估材料的导电性、载流子迁移率、禁带宽度等参数，并且对材料进行性能优化和选择。
二、半导体材料测试的常用技术1.光学测试技术：光学测试技术可以用来评估材料的光学性能和结构。
常用的光学测试技术包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱等。
2.电学测试技术：电学测试技术可以用来测量材料的电学性能，包括导电性、载流子迁移率、禁带宽度等。
常用的电学测试技术包括电阻测试、电子迁移率测试、霍尔效应测试等。
3.结构测试技术：结构测试技术可以用来评估材料的结构和晶体质量。
常用的结构测试技术包括X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)等。
4.化学测试技术：化学测试技术可以用来评估材料的纯度和杂质含量。
常用的化学测试技术包括质谱分析、能谱分析、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等。
三、半导体材料测试的应用1.半导体材料的制备和加工：在半导体材料的制备和加工过程中，需要对材料进行质量控制和性能评估。
通过测试材料的纯度和结晶状态，可以选择合适的制备和加工工艺，并对材料进行后续的处理和改良。
常规材料测试技术一、适用客户：半导体，建筑业，轻金属业，新材料，包装业，模具业，科研机构，高校，电镀，化工，能源，生物制药，光电子，显示器。
二、金相实验室• Leica DM/RM 光学显微镜主要特性：用于金相显微分析，可直观检测金属材料的微观组织，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脱碳层、氮化层及焊接、冷加工、铸造、锻造、热处理等等不同状态下的组织组成，从而判断材质优劣。
须进行样品制备工作，最大放大倍数约1400倍。
• Leica 体视显微镜主要特性：1、用于观察材料的表面低倍形貌，初步判断材质缺陷；2、观察断口的宏观断裂形貌，初步判断裂纹起源。
• 热振光模拟显微镜• 图象分析仪• 莱卡DM/RM 显微镜附CCD数码照相装置三、电子显微镜实验室• 扫描电子显微镜(附电子探针) (JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335) 主要特性：1、用于断裂分析、断口的高倍显微形貌分析，如解理断裂、疲劳断裂（疲劳辉纹）、晶间断裂（氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蚀形貌、侵蚀产物分析及焊缝分析。
2、附带能谱，用于微区成分分析及较小样品的成分分析、晶体学分析，测量点阵参数/合金相、夹杂物分析、浓度梯度测定等。
3、用于金属、半导体、电子陶瓷、电容器的失效分析及材质检验、放大倍率：10X—300,000X；样品尺寸：0.1mm—10cm；分辩率:1—50nm。
• 透射电子显微镜（菲利蒲CM-20,CM-200）主要特性：1、需进行试样制备为金属薄膜，试样厚度须<200nm。
用于薄膜表面科学分析，带能谱，可进行化学成分分析。
2、有三种衍射花样：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样。
斑点花样用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件。
菊池线花样用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体精确取向、布拉格位移矢量、电子波长测定。
会聚束花样用于测定晶体试样厚度、强度分布、取向、点群• XRD-Siemens500—X射线衍射仪主要特性：1、专用于测定粉末样品的晶体结构（如密排六方，体心立方，面心立方等），晶型，点阵类型，晶面指数，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各组成相的含量及类型的测定。
第五章IV-CV表征(IV（current-voltage）and CV（capacitance－voltage）Characterization)§1. 简介z IV（current-voltage）和CV（capacitance－voltage）测量是测量材料电学性能的重要手段，从广义上说就是通过测量材料或器件的电压－电流或电压－电容之间的内在关系来获得材料的电学性质，例如电阻率、导电类型、载流子浓度等。
IV、CV测试的应用范围很广，在电子元器件、通讯、传感器等领域都发挥着重要的作用。
特别是近年来随着微电子行业的快速发展，半导体元器件的尺寸越来越小，对硅晶片的均匀性、杂质浓度分布、晶体管的参数以及整个集成电路器件的失效性分析的测试显得更加重要。
世界著名的测试设备生产厂商如吉时利(Keithley)和安捷伦(Agilent)都推出了IV和CV测试功能整合在一起的测试设备，用于半导体行业的元器件参数测试和失效性分析，这种仪器统称为半导体参数测试仪，具有功能模块化设计，电脑自动控制，测试快速和结果图形化显示等优点，本章所讨论的IV、CV测试主要就是指使用半导体参数测试仪检测半导体器件的IV和CV特性的方法，这在半导体性能测试中具有非常重要的实用意义¾半导体器件种类很多，应用广泛，例如各种晶体管：二极管、三极管、场效应管、晶闸管等，而由各种晶体管和连线组成的集成电路更加多种多样，功能各异。
¾对于半导体器件，根据不同的功能和需要，所要测试的电学参数也各不相同，一般包含电阻率、导电类型、极性、载流子浓度、迁移率、少子寿命、载流子浓度分布等。
¾半导体材料和器件的电学性能测量有很多种方法，例如扩展电阻、四探针、三探针、IV、CV及Hall测量等。
¾I-V测试的是器件两端在施加不同电压时的电流特性。
得到的是关于器件的输运性质的参数如电阻率、载流子浓度、二极管的整流特性等。
半导体材料测量 (measurement for semiconductor material)用物理和化学分析法检测半导体材料的性能和评价其质量的方法。
它对探索新材料、新器件和改进工艺控制质量起重要作用。
在半导体半barl材料制备过程中，不仅需要测量半导体单晶中含有的微量杂质和缺陷以及表征其物理性能的特征参数，而且由于制备半导体薄层和多层结构的外延材料，使测量的内容和方法扩大到薄膜、表面和界面分析。
半导体材料检测技术的进展大大促进了半导体科学技术的发展。
半导体材料测量包括杂质检测、晶体缺陷观测、电学参数测试以及光学测试等方法。
杂质检测半导体晶体中含有的有害杂质，不仅使晶体的完整性受到破坏，而且也会严重影响半导体晶体的电学和光学性质。
另一方面，有意掺入的某种杂质将会改变并改善半导体材料的性能，以满足器件制造的需要。
因此检测半导体晶体中含有的微量杂质十分重要。
一般采用发射光谱和质谱法，但对于薄层和多层结构的外延材料，必须采用适合于薄层微区分析的特殊方法进行检测，这些方法有电子探针、离子探针和俄歇电子能谱。
半导体晶体中杂质控制情况见表1。
表1半导体晶体中杂质检测法晶体缺陷观测半导体的晶体结构往往具有各向异性的物理化学性质，因此，必须根据器件制造的要求，生长具有一定晶向的单晶体，而且要经过切片、研磨、抛光等加工工艺获得规定晶向的平整而洁净的抛光片作为外延材料或离子注入的衬底材料。
另一方面，晶体生长或晶片加工中也会产生缺陷或损伤层，它会延伸到外延层中直接影响器件的性能，为此必须对晶体的结构及其完整性作岀正确的评价。
半导体晶体结构和缺陷的主要测量方法见表 2。
表2半导体晶体结构和缺陷的主要测量方法电学参数测试半导体材料的电学参数与半导体器件的关系最密切，因此测量与半导体导电性有关的特征参数成为半导体测量技术中最基本的内容。
电学参数测量包括导电类型、电阻率、载流子浓度、 迁移率、补偿度、少子寿命及其均匀性的测量等。
教学对象：高中物理或信息技术课程学生教学目标：1. 理解半导体测试的必要性及其在半导体产业中的重要性。
2. 掌握半导体测试的基本流程和常用方法。
3. 了解晶圆测试和封装测试的基本原理及操作步骤。
4. 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。
教学重点：1. 半导体测试的基本流程和常用方法。
2. 晶圆测试和封装测试的基本原理及操作步骤。
教学难点：1. 晶圆测试和封装测试的原理及操作步骤。
2. 半导体测试在半导体产业中的重要性。
教学准备：1. 教师准备：多媒体课件、半导体测试相关图片、视频等。
2. 学生准备：了解半导体基本知识，预习教材相关内容。
教学过程：一、导入1. 引导学生回顾半导体基本知识，如晶体管、集成电路等。
2. 提问：为什么需要对半导体进行测试？半导体测试在半导体产业中有什么作用？二、新课讲授1. 介绍半导体测试的必要性及其在半导体产业中的重要性。
2. 讲解半导体测试的基本流程和常用方法。
3. 详细讲解晶圆测试和封装测试的基本原理及操作步骤。
4. 展示半导体测试相关图片、视频，加深学生对半导体测试的理解。
三、实践操作1. 学生分组，每组准备一个半导体测试实验器材。
2. 教师示范半导体测试操作，学生观摩。
3. 学生按照操作步骤进行实践，教师巡回指导。
4. 学生交流实践心得，分享测试结果。
四、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，总结半导体测试的基本流程和常用方法。
2. 强调半导体测试在半导体产业中的重要性。
3. 鼓励学生在课后进一步学习半导体测试相关知识。
五、作业布置1. 完成教材课后习题，巩固所学知识。
2. 查阅资料，了解半导体测试的最新进展。
教学反思：1. 本节课通过理论与实践相结合的方式，使学生掌握了半导体测试的基本流程和常用方法。
2. 在实践操作环节，学生的动手实践能力和团队协作精神得到了提高。
3. 针对学生学习中存在的问题，教师应加强个别辅导，提高教学质量。
半导体材料测试技术半导体材料测试技术是现代半导体工业中的关键环节，对半导体芯片的质量和性能进行准确的测量和评估，是保证半导体产品质量的重要手段。
本文将从半导体测试的背景与意义、半导体材料测试的基本原理、常用测试方法以及未来发展方向等四个方面进行详细阐述。
一、半导体测试的背景与意义半导体行业是现代高科技产业的基础，其产品广泛应用于电子设备、通信设备、计算机等各个领域。
而半导体芯片作为半导体产品的核心，其性能和质量在很大程度上决定了整个产品的性能和可靠性。
为了保证半导体产品的质量和竞争力，需要对半导体芯片进行全面的测试，以确保其性能指标符合设计要求，且能在各种应用场景下正常工作。
半导体材料测试技术的研究和应用，对于提高半导体产品的质量、降低缺陷率、提高生产效率等方面具有重要意义。
二、半导体材料测试的基本原理1.电学测试电学测试是半导体材料测试的基础，通过测量材料的电阻、电容、电压等参数，来评估材料的性能和特性。
常用的电学测试方法包括四引线测量法、电学参数测试、电流-电压特性测试等。
2.光学测试光学测试是半导体材料测试中的重要手段，通过测量材料对光的吸收、透射、反射等特性，来评估材料的光学性能。
常用的光学测试方法包括透射光谱分析、反射光谱分析、激发发光等。
3.结构测试结构测试是对半导体材料的外形、形态、组成等进行测量和评估的一种方法。
常用的结构测试方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等。
三、常用测试方法1.失效分析失效分析是对半导体芯片进行故障检测和分析的方法，通过对芯片的电学、光学、结构等多个方面进行全面测试，查找故障点和原因，并提供改进和优化建议。
常用的失效分析方法包括故障模式与效应分析(FMEA)、故障定位、芯片切片分析等。
2.可靠性测试可靠性测试主要是对半导体芯片在不同环境条件下的工作稳定性和寿命进行测试和评估。
常用的可靠性测试方法包括高温老化、湿度测试、可靠性模型分析等。
半导体材料吸收光谱测试分析一、实验目的1.掌握半导体材料的能带结构与特点、半导体材料禁带宽度的测量原理与方法。
2.掌握紫外可见分光光度计的构造、使用方法和光吸收定律。
二、实验仪器及材料紫外可见分光光度计及其消耗品如氘灯、钨灯，玻璃基ZnO薄膜。
三、实验原理1.紫外可见分光光度计的构造、光吸收定律(1)仪器构造：光源、单色器、吸收池、检测器、显示记录系统。
a．光源：钨灯或卤钨灯——可见光源，350~1000nm；氢灯或氘灯——紫外光源，200~360nm。
b．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件色散元件：棱镜——对不同波长的光折射率不同分出光波长不等距；光栅——衍射和干涉分出光波长等距。
c．吸收池：玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区；石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区。
要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）d．检测器：将光信号转变为电信号的装置。
如：光电池、光电管（红敏和蓝敏）、光电倍增管、二极管阵列检测器。
紫外可见分光光度计的工作流程如下：0.575光源单色器吸收池检测器显示双光束紫外可见分光光度计则为：双光束紫外可见分光光度计的光路图如下：(2)光吸收定律单色光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律：xxeII⋅-=αdteII⋅-=α0(1)I0：入射光强；I x：透过厚度x的光强；I t：透过膜薄的光强；α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。
透射率T为：deIIT⋅-==αt(2)则deT d⋅==⋅ααln)/1ln(透射光I t即半导体薄膜对不同波长λi 单色光的吸收系数为：dT i i )/1ln(=α (3)2.吸收光谱、半导体材料的能带结构和半导体材料禁带宽度的测量 (1) 吸收光谱以不同波长λi 单色光入射半导体ZnO 薄膜（膜厚d 为593 nm ），测量透射率T i ，由式(3)计算吸收系数αi ；由i i hc h E λν/== 计算光子能量E i ，其中，ν是频率，c 是光速(c =3.0×1017nm/s)，λi 是波长(nm)，h 是普朗克常数= 4.136×10－15s eV ⋅。
