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第四章晶圆制造1. CZ法提单晶旳工艺流程。
阐明CZ法和FZ法。
比较单晶硅锭CZ、MCZ和FZ三种生长措施旳优缺陷。
1、溶硅2、引晶3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
CZ法：使用射频或电阻加热线圈，置于慢速转动旳石英坩埚内旳高纯度电子级硅在1415度融化。
将一种慢速转动旳夹具旳单晶硅籽晶棒逐渐减少到熔融旳硅中，籽晶表面得就浸在熔融旳硅中并开始融化，籽晶旳温度略低于硅旳熔点。
当系统稳定后，将籽晶缓慢拉出，同步熔融旳硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体旳方向凝固。
FZ法：即悬浮区融法。
将一条长度50-100cm 旳多晶硅棒垂直放在高温炉反应室，加热将多晶硅棒旳低端熔化，然后把籽晶溶入已经熔化旳区域。
熔体将通过熔融硅旳表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间，然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅旳上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端旳熔融旳硅开始凝固，形成与籽晶相似旳晶体构造。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后，便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒CZ法长处：单晶直径大，成本低，可以很好控制电阻率径向均匀性。
缺陷：石英坩埚内壁被熔融旳硅侵蚀及石墨保温加热元件旳影响，易引入氧、碳杂质，不易生长高电阻率单晶FZ法长处：1、可反复生长，单晶纯度比CZ法高。
2、无需坩埚石墨托，污染少。
3、高纯度，高电阻率，低碳，低氧。
缺陷：直径不如CZ法，熔体与晶体界面复杂，很难得到无位错晶体，需要高纯度多晶硅棒作为原料，成本高。
MCZ：改善直拉法长处：较少温度波动，减轻溶硅与坩埚作用，减少了缺陷密度，氧含量，提高了电阻分布旳均匀性2.晶圆旳制造环节【填空】1、整形处理：去掉两端，检查电阻确定单晶硅抵达合适旳掺杂均匀度。
2、切片3、磨片和倒角4、刻蚀5、化学机械抛光3. 列出单晶硅最常使用旳两种晶向。
【填空】111.100.4. 阐明外延工艺旳目旳。
阐明外延硅淀积旳工艺流程。
在单晶硅旳衬底上生长一层薄旳单晶层。
5. 氢离子注入键合SOI晶圆旳措施1、对晶圆A清洗并生成一定厚度旳SO2层。
微电子基础实验实验指导书孙显龙主编二○一五年四月半导体导电类型的观测一、实验目的：半导体材料有电子和空穴两种导电机构，N型硅以电子导电为主，P型硅以空穴导电为主。
半导体导电类型测量的实验目的就是要确定被测样品（单晶硅片）是以电子导电为主，还是以空穴导电为主，从而确定样品的导电类型。
二、实验原理：在半导体材料中，载流子的浓度随温度升高而增加。
如图1所示，在半导体表面接触一个有一定温度的热探针和另一个为室温的冷凝针，在半导体中会产生热电势，其大小取决于导电类型、载流子浓度和温差。
N型和P型材料的电势方向是相反的。
对于P型硅热探针附近的多数载流子空穴增加形成浓度梯度，引起空穴由热端向冷端扩散，因此，其热电势是热端为负，对N型硅则相反，热端为正，在两探针外接上电流表，则可根据电流方向判断硅的导电类型。
三、实验内容：1、掌握半导体导电类型的冷热探针测量法原理及方法。
2、熟悉测量前对半导体被测量表面的处理方法。
3、测量硅单晶样品的导电类型。
四、实验方法和步骤：图1 冷热探针测量原理图仪器测量：接通仪器电源，加热热探针，注意热探针要放好位置，防止烧坏导线和其他物品。
冷热探针同时垂直压于单晶硅表面，观察电流表指针的偏转方向判断硅的导电类型。
自选方法：自制冷热探针（如用电烙铁做热探针），选用微安电流表连接成测量电路，测量硅单晶的导电类型。
也可将采集的信号通过放大后再用仪器或仪表观察导电类型。
五、实验要求：（略）单晶硅电阻率的测试一、实验目的：金属材料的电阻率可用万用表测量，对于半导体材料这样测量则会带来较大误差。
因为万用表的金属表笔和半导体接触时有很高的接触电阻，有时接触电阻会远大于被测样品本身的电阻。
此外，当测量电流较大时，通常在接触处会引起非平衡载流子的注入，将导致材料电阻率的变化。
测量半导体的电阻率的方法很多。
如二探针法、扩展电阻法和四探针法等，而四探针法是目前广泛使用的标准方法。
它具有设备简单，操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等优点。
微电子基础实验实验指导书孙显龙主编二○一五年四月半导体导电类型的观测一、实验目的：半导体材料有电子和空穴两种导电机构，N型硅以电子导电为主，P型硅以空穴导电为主。
半导体导电类型测量的实验目的就是要确定被测样品（单晶硅片）是以电子导电为主，还是以空穴导电为主，从而确定样品的导电类型。
二、实验原理：在半导体材料中，载流子的浓度随温度升高而增加。
如图1所示，在半导体表面接触一个有一定温度的热探针和另一个为室温的冷凝针，在半导体中会产生热电势，其大小取决于导电类型、载流子浓度和温差。
N型和P型材料的电势方向是相反的。
对于P型硅热探针附近的多数载流子空穴增加形成浓度梯度，引起空穴由热端向冷端扩散，因此，其热电势是热端为负，对N型硅则相反，热端为正，在两探针外接上电流表，则可根据电流方向判断硅的导电类型。
三、实验内容：1、掌握半导体导电类型的冷热探针测量法原理及方法。
2、熟悉测量前对半导体被测量表面的处理方法。
3、测量硅单晶样品的导电类型。
四、实验方法和步骤：图1 冷热探针测量原理图仪器测量：接通仪器电源，加热热探针，注意热探针要放好位置，防止烧坏导线和其他物品。
冷热探针同时垂直压于单晶硅表面，观察电流表指针的偏转方向判断硅的导电类型。
自选方法：自制冷热探针（如用电烙铁做热探针），选用微安电流表连接成测量电路，测量硅单晶的导电类型。
也可将采集的信号通过放大后再用仪器或仪表观察导电类型。
五、实验要求：（略）单晶硅电阻率的测试一、实验目的：金属材料的电阻率可用万用表测量，对于半导体材料这样测量则会带来较大误差。
因为万用表的金属表笔和半导体接触时有很高的接触电阻，有时接触电阻会远大于被测样品本身的电阻。
此外，当测量电流较大时，通常在接触处会引起非平衡载流子的注入，将导致材料电阻率的变化。
测量半导体的电阻率的方法很多。
如二探针法、扩展电阻法和四探针法等，而四探针法是目前广泛使用的标准方法。
它具有设备简单，操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等优点。
实验三触发器的电路结构与仿真班级姓名学号指导老师袁文澹一、实验目的1、掌握时序电路基本特点；2、掌握D触发器的结构、原理及特性；二、实验内容及要求1、分析并仿真晶体管级CMOS D触发器（不带复位端）；（不带复位端的D触发器）2、分析并仿真晶体管级CMOS D触发器（带复位端）；（带复位端的D触发器）三、实验原理1、不带复位端的D触发器如图所示为不带复位端的始终CMOS结构的D触发器，该电路利用时钟CMOS反相器构成动态锁存器，由两个动态锁存器构成时钟上升沿有效的D触发器。
1）当clk处于低电平时，M P2与M N2都导通，主锁存器采样数据，D端数据反相后传递到节点X的电容C1上，而M P4和M N4截止，从锁存器保持数据，Q端电容C2保持旧数据；2）当clk处于高电平时，M P2与M N2都截止，主锁存器保持数据，D端数据反相后传递到节点Q的电容C2上，而M P4和M N4导通，从锁存器采样数据，X端电容C1保持旧数据.2、带复位端的D触发器为确保时序数字电路稳定可靠地工作，复位电路是必不可少的一部分。
本次试验设计的是高电平复位，即加上一个复位信号，电路会自动清零，即输出Q=0。
当复位信号消失时，电路能够恢复正常工作，其原理与不带复位端D触发器原理一致，此处不再重述。
四、实验方法与步骤实验方法：计算机平台：（在戴尔计算机平台、Windows XP操作系统。
）软件仿真平台：（在VMware和Hspice软件仿真平台上。
）实验步骤：1、编写源代码。
按照实验要求，在记事本上编写相应代码，并以相应的文件扩展名存储文件。
2、打开Hspice软件平台，点击File中的一个文件。
3、编译与调试。
确定源代码文件为当前工程文件，点击Complier进行文件编译。
编译结果有错误或警告，则将要调试修改直至文件编译成功。
4、软件仿真运行及验证。
在编译成功后，点击simulate开始仿真运行。
点击Edit LL单步运行查看结果,无错误后点击Avanwaves按照程序所述对比仿真结果。
微电子技术实验报告一、实验目的本实验旨在通过实际操作，加深对微电子技术的理解，掌握基本的电路设计和实验技能，提高学生的实践能力和动手能力。
二、实验原理微电子技术是一门研究电子器件、电路和系统中微观器件的制造工艺、物理特性、器件特性及其应用技术的学科。
本实验涉及到微电子技术中的基本器件，如二极管、场效应管等。
三、实验内容1. 利用示波器和信号源等工具，对二极管的正向和反向特性曲线进行测量。
2. 利用基本电路元件，如电阻、电容、电感等，设计并搭建一个简单的电路。
3. 使用场效应管并对其进行测试，掌握其工作原理和特性。
四、实验步骤1. 准备工作：连接示波器和信号源。
2. 测量二极管的正向特性曲线：在示波器上设置适当的参数，连接二极管并记录电压-电流特性曲线。
3. 测量二极管的反向特性曲线：更改示波器参数，连接二极管并记录反向漏电流。
4. 搭建简单电路：根据设计要求，选取合适的元件，进行电路搭建。
5. 测试场效应管：通过实验测试场效应管的工作状态，并记录相关数据。
五、实验数据及图表1. 二极管正向特性曲线图（插入图表）2. 二极管反向特性曲线图（插入图表）3. 搭建的简单电路图（插入图表）4. 场效应管测试数据（数据表）六、实验分析通过本次实验，我深刻理解了二极管的正反向特性曲线，掌握了电路设计和搭建的基本技能，并对场效应管有了更深入的了解。
实验过程中，通过数据的分析和曲线的对比，我得出了一些结论，并发现了一些问题需要进一步探讨和解决。
七、实验结论本实验通过对微电子技术中的基本器件进行实际操作，增强了我对电子器件特性的认识，提高了我的实验技能。
通过本次实验，我不仅学到了理论知识，还掌握了实践技能，为将来的学习和工作打下了坚实的基础。
八、参考文献1. 《微电子技术基础》2. 《电子技术实验指导》（以上为实验报告内容，供参考。
）。
（1）温度）温度是粒子（分子、原子、电子等）平均动能的量度。
热量是粒子的随机运动、通过碰撞把动能从较高温度的物体传递给较低温度的物体的平均动能。
对于热平衡系统，其中无热量的转移。
（2）热平衡状态）热平衡状态就是整个系统中温度均匀的状态；对于几个系统而言，即是处于相同温度的一种状态，它们之间不存在热量转移的现象。
（3）热涨落）热涨落是系统的能量或者温度发生瞬间波动（起伏）的现象。
虽然处于热平衡状态的两个体系之间并无净能量的转移；但是热平衡是一种动态平衡。
从某一个瞬间来看，由于粒子的速度有高、（服从Maxwell 速率分布定律）有低，则仍然存在着瞬间动能——热量的传递，这就会造成热涨落。
（4）热噪声）热噪声（又称为Johnson 噪声）是电路系统中发生的电流和电压不可控制的一种涨落现象。
因为热涨落是热平衡体系中存在的一种普遍现象，则在电路系统中，载流子的热涨落就会导致载流子浓度发生涨落（起伏），并从而产生电流和电压的涨落——热噪声。
晶系。
按照晶格型式，则共有14（5）晶体结构的种类：有七大类，即7 个晶系）晶系种（因为每一个晶系可以有几个不同的晶格型式），即14 种Bravais 格子格子。
按照点群对称性，则共有32 种，即32 个点群点群。
按照空间群对称性，则共有230 点群种，即230 个空间群空间群。
空间群晶胞也是晶（6）原胞）原胞是晶体的最小重复单元，但只反映了晶体的周期性；晶胞晶胞体的一种重复单元，但反映了晶体的对称性（一般，体积要大一些）。
原胞中只有一个原子的晶格是简式晶格原胞中有一个以上原子的晶格是复式晶格简式简式晶格，复式晶格。
简式晶格复式晶格晶格的热振动只有声学波声学波，复式晶格的热振动则既有声学波、也有光学波光学波。
声学波光学波（7）晶体原胞的选取方法可以有无穷多种（体积不变），但是最具有对称）原胞；这种原胞是由一个格点到所以的近邻性的一种原胞是所谓Wigner-Seitz 原胞格点连线的垂直平分面所构成的一种多面体。
微电子技术基础教案1. 引言本教案旨在介绍微电子技术的基础知识和应用。
微电子技术是研究和应用微观电子器件的学科，对现代电子领域具有重要意义。
通过本教案的研究，学生将能够掌握微电子技术的基本原理和应用方法。
2. 教学目标- 理解微电子技术的概念和基本原理- 掌握微电子器件的制造和工艺流程- 了解常见的微电子器件及其应用领域- 能够运用微电子技术解决实际问题3. 教学内容3.1 微电子技术概述- 微电子技术的定义和发展历程- 微电子技术在现代科技中的应用领域3.2 微电子器件制造- 半导体材料的选取与制备- 微电子器件的工艺流程介绍- 常见的微电子器件制造方法3.3 微电子器件与应用- 二极管、晶体管和集成电路等常见微电子器件的原理和特点- 微电子器件在电子产品中的应用案例3.4 微电子技术的应用案例- 微电子技术在通信、电子设备和医疗等领域的应用案例- 运用微电子技术解决实际问题的案例分享4. 教学方法- 讲授：通过课堂讲解，介绍微电子技术的相关知识和概念。
- 实验：组织学生进行微电子器件的制作实验，加深对技术原理的理解。
- 讨论：引导学生进行小组讨论，探讨微电子技术在实际应用中的价值和挑战。
- 教材：使用教材配套的题和案例分析，提升学生的应用能力。
5. 教学评估- 作业：布置相关题和实验报告，检验学生对微电子技术的理解和应用能力。
- 考试：组织期末考试，考察学生对微电子技术的掌握情况。
- 评价：根据学生的表现和成绩，对其研究情况进行评价和反馈。
6. 教学资源- 教材：《微电子技术基础教程》- 实验设备：半导体加工实验室等相关设备- 参考资料：相关学术论文和电子期刊7. 教学时序- 第1周：微电子技术概述- 第2周：微电子器件制造工艺- 第3周：微电子器件原理和特点- 第4周：微电子技术的应用案例- 第5周：实验室实践和案例分享- 第6周：复和考试8. 总结通过这门课程的研究，学生将能够对微电子技术有一个全面的了解，并具备一定的应用能力。
微电子实验_算术运算单元ALU的设计实验目的（1）设计4位ALU，可实现8种算术逻辑运算。
a.进行两个四位二进制数的运算。
b.算术运算：A+B,A-B,A+1,A-1c.逻辑运算：A and B,A or B,A not, A xor B（2）4位输入A3—A0、B3---B0用开关设置输入。
（3）8种算术逻辑运算通过3位功能选择开关选择某一种功能。
（4）运算结果用两个数码管显示和2个发光管显示（有一个显示进借位、有一个显示溢出）。
实验原理：该电路是是实现四种算术运算和四种逻辑运算功能的算术运算单元电路。
主要是由算术运算模块、逻辑运算模块、输入控制模块和输出控制模块几部分组成。
通过时序输入控制实现信号A,B同时送入到运算电路中进行运算，这样能解决非时序信号先后输入进行运算时产生的错误。
信号送入运算单元后，逻辑运算和算术运算是同时进行的，只是在不同的模块中进行的而已。
而四种算术运算则是通过控制端来进行先后选择运算的。
在输出时只显示一种功能则是通过5片74LS244（三态门芯片）和一些门电路通过控制信号f3,f2,f1置不同的数进行控制的选择输出的，数码显示管显示的算术运算的结果，小灯泡则是用来显示逻辑运算的结果。
f3f2f1置数111、000、001、010、011、100、101、110分别控制的输出显示是A+B,A-B,A与B,A或B,A异或B，非A，A+1，A-1.运算结果是同时被送出的，当f3f2f1被置某一个数时，对应的芯片244的使能端有效，那么相应的功能就被出去显示。
当f3f2f1被置111、000，101、110时第一片244始终有效，此时输出的是哪一种功能则取决于这几个数所控制的算术运算电路在进行的是哪一种功能了，它们都是经过一定的门器件进行控制的。
输出除了显示这8中功能外，还显示了算术运算中的溢出与进借位显示。
功能介绍：（输入时序控制）解释：通过两片74LS373（锁存器）、一片74LS161（计数器）和相应的门器件来实现使输入信号A、B能同时送入运算单元电路进行运算，避免了一些不必要错误的发生。
电子行业微电子复习资料1. 引言微电子是电子科学与工程中的一个重要分支，主要研究电子元器件、电路和系统的微小尺寸制造和集成技术。
在现代电子行业中，微电子技术的发展在诸多领域中扮演着重要角色，如通信、计算机、医疗、能源等。
本文将为读者提供一份电子行业微电子的复习资料，旨在帮助读者回顾微电子的基础知识和常用技术。
2. 微电子基础知识微电子学涉及多个基础知识点，包括半导体物理、固态电子学和集成电路设计等。
以下是一些常见的基础知识点：2.1 半导体物理•半导体物理基础：介绍半导体材料的基本特性，包括导电性、能带理论和载流子的运动机制等。
•PN结：讲解PN结的形成原理、电流输运和应用。
•半导体器件：介绍常见的半导体器件，如二极管、BJT晶体管和MOSFET场效应晶体管等。
2.2 固态电子学•晶体管工作原理：介绍晶体管的结构和工作原理，包括BJT晶体管和MOSFET晶体管。
•放大器设计：讲解放大器的基本原理和设计方法，包括共射放大器、共基放大器和共集放大器等。
•频率响应：介绍电路的频率特性和滤波器的设计原理。
2.3 集成电路设计•CMOS工艺：讲解CMOS工艺的基本原理和制造过程。
•数字电路设计：介绍数字电路设计的基本原理和常用的逻辑门电路。
•模拟电路设计：讲解模拟电路设计的基本原理和设计方法，如放大器、滤波器和振荡器等。
3. 微电子技术应用微电子技术在多个领域中广泛应用，下面列举了一些常见的微电子技术应用：3.1 通信领域•无线通信系统：介绍无线通信系统的基本原理和各个模块的微电子技术应用。
•射频电路设计：讲解射频电路设计的基本原理和常用技术，如功率放大器、混频器和滤波器等。
3.2 计算机领域•微处理器：介绍微处理器的结构和工作原理，涵盖指令集体系结构和流水线技术等。
•存储器：讲解存储器的基本原理和常见类型，如RAM和ROM等。
•高速接口：介绍高速数据传输接口的设计和优化，如USB、HDMI和PCIe等。
一、前言随着科技的飞速发展，微电子技术已经成为当今世界最具发展潜力的领域之一。
为了更好地了解微电子技术的原理和应用，提高自身的实践能力，我们班级于近期进行了为期两周的微电子技术实训。
本次实训旨在通过实际操作，让学生掌握微电子技术的基本原理和操作技能，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
二、实训内容本次实训主要分为以下几个部分：1. 微电子技术基础理论讲解实训开始前，我们首先进行了微电子技术基础理论的讲解。
通过学习，我们了解了半导体物理、集成电路设计、制造工艺等方面的知识，为后续的实训操作打下了理论基础。
2. 实验室参观与设备熟悉在实训过程中，我们参观了实验室，了解了实验室的布局、设备功能以及安全注意事项。
同时，我们还熟悉了各种实验设备的使用方法，为接下来的实验操作做好了准备。
3. 基本工艺操作训练实训期间，我们进行了以下基本工艺操作训练：（1）光刻工艺：学习了光刻原理、光刻机操作方法，掌握了光刻胶、抗蚀剂等材料的配制和使用技巧。
（2）蚀刻工艺：了解了蚀刻原理、蚀刻液的选择和配制方法，掌握了蚀刻机操作技巧。
（3）离子注入工艺：学习了离子注入原理、离子注入机操作方法，掌握了离子注入参数的设置。
（4）化学气相沉积（CVD）工艺：了解了CVD原理、CVD设备操作方法，掌握了CVD工艺的参数设置。
4. 集成电路设计与制作在实训的最后阶段，我们进行了集成电路设计与制作。
首先，我们学习了电路设计软件的使用方法，然后根据所学知识设计了一个简单的集成电路。
接着，我们按照设计图纸进行光刻、蚀刻、离子注入等工艺操作，最终完成了集成电路的制作。
三、实训心得1. 理论与实践相结合通过本次实训，我深刻体会到理论与实践相结合的重要性。
在理论学习过程中，我们了解到了微电子技术的基本原理，但在实际操作中，我们才能更好地理解这些原理，并掌握相应的技能。
2. 团队协作与沟通在实训过程中，我们不仅需要掌握个人操作技能，还需要与团队成员密切配合。
微电子基础实验实验指导书孙显龙主编二○一五年四月半导体导电类型的观测一、实验目的：半导体材料有电子和空穴两种导电机构，N型硅以电子导电为主，P型硅以空穴导电为主。
半导体导电类型测量的实验目的就是要确定被测样品（单晶硅片）是以电子导电为主，还是以空穴导电为主，从而确定样品的导电类型。
二、实验原理：在半导体材料中，载流子的浓度随温度升高而增加。
如图1所示，在半导体表面接触一个有一定温度的热探针和另一个为室温的冷凝针，在半导体中会产生热电势，其大小取决于导电类型、载流子浓度和温差。
N型和P型材料的电势方向是相反的。
对于P型硅热探针附近的多数载流子空穴增加形成浓度梯度，引起空穴由热端向冷端扩散，因此，其热电势是热端为负，对N型硅则相反，热端为正，在两探针外接上电流表，则可根据电流方向判断硅的导电类型。
三、实验内容：1、掌握半导体导电类型的冷热探针测量法原理及方法。
2、熟悉测量前对半导体被测量表面的处理方法。
3、测量硅单晶样品的导电类型。
四、实验方法和步骤：图1 冷热探针测量原理图仪器测量：接通仪器电源，加热热探针，注意热探针要放好位置，防止烧坏导线和其他物品。
冷热探针同时垂直压于单晶硅表面，观察电流表指针的偏转方向判断硅的导电类型。
自选方法：自制冷热探针（如用电烙铁做热探针），选用微安电流表连接成测量电路，测量硅单晶的导电类型。
也可将采集的信号通过放大后再用仪器或仪表观察导电类型。
五、实验要求：（略）单晶硅电阻率的测试一、实验目的：金属材料的电阻率可用万用表测量，对于半导体材料这样测量则会带来较大误差。
因为万用表的金属表笔和半导体接触时有很高的接触电阻，有时接触电阻会远大于被测样品本身的电阻。
此外，当测量电流较大时，通常在接触处会引起非平衡载流子的注入，将导致材料电阻率的变化。
测量半导体的电阻率的方法很多。
如二探针法、扩展电阻法和四探针法等，而四探针法是目前广泛使用的标准方法。
它具有设备简单，操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等优点。
本实验的目的是掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理和方法。
并能针对不同几何尺寸的样品，掌握其修正方法。
了解电阻率准确测量的各种因素及改进措施。
二、实验原理：1、采用四探针法测量半导体材料电阻率。
设被测样品电阻率ρ均匀，样品几何尺寸相对测量探针的间距可看作半无限大。
引入点电流源的探针其电流强度为I ，则产生的电力线有球面对称性，即等位面为一系列以点电流源为中心的半球面，如图1所示。
图1 半无穷大样品上点电流源的半球等位面对于均匀材料，电流密度j 的分布是均匀的，若以r 为半径的半球面上，则22Ij r π=由此可得半径为r 的等位面上的电场强度E ，22I E j rρρπ==取距离点电极无穷远处的电位ϕ为零，并利用d E drϕ=-可得 ()202()2r r RI dr d Edr r I r r ϕρϕπρϕπ∞∞=-=-=⎰⎰⎰上式就是半无限大均匀样品上离点电流源距离为r 的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离r 处的点的电势的贡献。
实际测试用的四探针分布如图2所示。
任意位置的四探针 直线型的四探针 S1S2S32341V23+-图2 四探针分布示意图测试时四探针位于样品中央，排列成直线，间距为S ，点电流从探针 l 流入，从探针4流出，则可以认为1、4探针是点电流源，代入上式后可得探针2和探针3处电位2ϕ、3ϕ，211()22I S S ρϕπ=- 311()22I S Sρϕπ=- 从而求出探针2、3间电压23V ，23232I V Sρϕϕπ=-= 则，样品的电阻率为：232SV Iπρ= 四探针测试仪探针间距S=1mm 则上式变为232V I ρπ=实际测量时调解电流I 的值为I=2π=6.28，单位是mA ，则231.0V =ρ单位是cm Ω。
样品厚度和边缘与探针间距大于4S 时，可认为样品几何尺寸与探针间距为无限大，即可满足测量精度要求。
这样测量的电压23V 数值，即为电阻率值的有效数字，电流I 取不同单位时，ρ的有效数值倍率如表1所示表1电流I 取不同单位时所对应电阻率ρ的有效数值当不满足上述条件而用上述方法测量时，电阻率公式要修正为：230V B ρ=。
其中，0B 为修正系数，与样品尺寸及所处条件有关。
2、采用四探针法测量扩散层方块电阻方块电阻是指表面为正方形的薄层沿表面方向所呈现的电阻，单位为/Ω。
一般在测扩散层方块电阻时，扩散层与衬底间的PN 结处于截止状态，可以认为扩散层与衬底间相互绝缘。
显然，扩散层方块电阻S R 可表示为：j j S x x L L R ρρ=⋅=当扩散层厚度j χ远小于探针间距S 、且表面横向尺寸远大于S 时，经和前面类似推导得到：I V I V x R j S 232353.42ln =⎪⎭⎫ ⎝⎛==πρ上式即为用四探针法测方块电阻的计算公式，仿照前例取I=4.53，则23S R V =。
在测量S R 时，也要求样品边缘与探针间距大于4S ，否则还需进行修正。
双电测组合四探针法采用了以下二种组合的测量模式（见图2）。
图2 双电测组合四探针法将直线四探针垂直压在被测样品表面上分别进行I 14V 23和I 13V 24组合测量，测量过程如下：1、进行I 14V 23组合测量：电流I 从1针→4针，从2、3针测得电压V23+；电流换向，I 从4针→1针，从2、3针测得电压V23-；计算正反向测量平均值：V23＝(V23+ ＋V23- )/2；2、进行I 13V 24组合测量：电流I 从1针→3针，从2、4针测得电压V24+；电流换向，I 从3针→1针，从2、4针测得电压V24-；计算正反向测量平均值：V24＝(V24+ ＋V24- )/2；I 14V 23组合I 13V 24组合3、计算（V23/V24）值：（以上V23、V24均以 mV 为单位）按以下两公式计算几何修正因子Ｋ：若 1.18＜（V23 /V24）≤1.38 时；K ＝－14.696＋25.173(V23/V24)－7.872(V23/V24)2；若 1.10≤（V23/V24）≤1.18 时；K ＝－15.85＋26.15(V23/V24)－7.872(V23/V24)2 ；双电测组合四探针法改变点电流的流入探针，测试样品形状的影响会反映到两次电压的比值上，进而通过计算得到修正系数，直接将修正系数与测量结果相乘，省去了我们根据样品形状查修正系数表再得到测量结果的麻烦过程。
三、实验内容：独立完成所给硅样品电阻率的测试，在样品的中心位置选择不同的6点进行测试，得到测试结果并记录。
RTS-9型双电测四探针测试仪的使用见用户手册。
四、实验要求：1、了解用四探针法测量半导体材料的电阻率的原理。
2、掌握用双电测四探针测量半导体材料电阻率的方法。
3、在所给样品的不同点测试，至少6点，测试完毕，记录各点()R ρ值，并计算最大值、最小值、最大百分变化率、平均百分变化率和径向不均匀度E 。
其中 “最大百分变化”、“平均百分变化”、“径向不均匀度E”表示如下最大百分变化(％)=M m mρρρ-l00％ 平均百分变化(％)=c a aρρρ-100% 径向不均匀度E （%）=2()M m M m ρρρρ--100% 上式中M ρ、m ρ分别为测量的电阻率最大值与最小值，单位：Ωcm ，c ρ为第1、2点（即圆片中心测量点）测量平均值，单位：Ωcm ，a ρ为第3、4、5、6点的测量平均值单位：Ωcm 。
MOS 结构C-V 特性测试一、实验目的与意义：本实验是半导体物理课程中的重要基础性实验。
通过实验全过程的操作及数据处理，使学生加深对所学“半导体物理学”中半导体表面理论的理解，特别是对半导体表面电场效应和硅-二氧化硅系统性质的理解。
利用MOS 结构高频电容-电压（C-V ）特性曲线的测试结果，不但可以获得MOS 结构的多个参数：二氧化硅层的厚度，衬底硅掺杂类型、浓度等，还可对二氧化硅层中可动电荷与固定电荷密度进行分析。
二、实验原理：MOS 结构如图1(a)所示，它类似于金属和介质形成的平板电容器。
但是由于半导体中的电荷密度比金属中的小得多，所以充电电荷在半导体表面形成的空间电荷区有一定的厚度（在微米量级），而不象金属那样，只集中在一薄层（约0.1nm ）内。
半导体表面空间电荷区的厚度随外加偏压V G 而改变，所以MOS 电容C 是微分电容。
(a) 结构示意图 (b) 等效电路 (c) P-SiMOS 理想C-V 曲线图1 MOS 结构及其C-V 特性GG dv dQ A C ………………………………………（3-1） 式中： Q G 是金属电极上的电荷面密度；A 是电极面积。
理想情形可假设MOS 结构满足下列条件：①金属-半导体间的功函数差为零；② SiO 2为理想绝缘层而且其中没有电荷；③ SiO 2与半导体界面处不存在界面态。
偏压V G 一部分降在SiO 2上，记为Vo ；一部分降在半导体表面空间电荷区，记为Vs ，即：S G V Vo V +=……………………………… （3-2）Vs 又称为表面势。
考虑到半导体空间电荷区电荷和金属电极上的电荷数量相等、符号相反，有:G s Q Q = ……………………………… （3-3）式中：Qs 为半导体表面空间电荷区电荷面密度。
将（3-2）、（3-3）代入（3-1）式，有：S O G G G dV dV dQ A dV dQ A C +==SO S O C C C C += ………………… （3-4） 式（3-4）表明MOS 电容是C 0和Cs 串联而成，其等效电路为图3-1 的b 所示。
其中Co 是以SiO 2为介质的氧化层电容，它的数值不随V G 改变，Cs 是半导体表面空间电荷区电容，其数值随V G 改变。
因此，有： 000d A C r O εε= ………………………… （3-5） SS S dV dQ A C = ………………………… （3-6） 式中: ε0=8.85*10-12 F/m 、εr0= 3.9分别为真空介电常数和二氧化硅相对介电常数。
由式（3-6）看，Cs 的大小主要由空间电荷区单位面积电量Qs 随表面势Vs 的变化而定。
P 型硅的理想MOS 结构高频C-V 特性曲线如图3-1 的c 所示，V 轴表示外加偏压，C 轴是电容值。
最大电容Cmax ≈Co ，最小电容Cmin 和最大电容Cmax 之间有如下关系：)4(1120m a x m i n i rS Ors ro n N Ln N q KT d C C εεεε+= ……………… （3-7）式中：N 为Si 衬底参杂浓度；εrs =11.7，为半导体的相对介电常数；KT （室温）=0.0259eV ； q=1.6*10-19 C ，为电子荷电；n i =1.45*1010/cm 3，为Si 本征载流子浓度。
