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物理实验技术中的半导体物理实验操作指南在现代科学研究和工程技术应用中，半导体物理实验起着举足轻重的作用。
半导体材料的电学、光学和热学性质对于电子器件设计和制造至关重要。
本文将为读者提供一份半导体物理实验操作指南，帮助他们进行高质量的实验研究。
第一步：准备工作在进行半导体物理实验之前，准备工作至关重要。
首先要确保实验室的环境整洁、安全。
然后检查实验仪器的状态，确保其正常工作。
如果有任何问题，应该及时更换或修复。
第二步：选择合适的实验材料根据实验目的和需求，选择合适的半导体材料进行研究。
常用的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
根据实验要求，可以选择不同的材料和掺杂方式，以研究其特定的电性、光学性质。
第三步：制备样品在进行半导体物理实验之前，需要制备样品。
对于硅和锗这样的材料，可以通过切割、抛光和清洗等步骤来获得所需的样品。
对于砷化镓这样的复合材料，通常需要使用分子束外延或金属有机气相外延等方法来制备样品。
第四步：测量电学性质半导体物理实验中的一个重要方面是测量材料的电学性质。
可以使用电阻计或霍尔效应测量仪来测量材料的电阻率、载流子浓度和迁移率。
这些测量结果有助于理解材料的导电机制和载流子输运过程。
第五步：研究光学性质光学性质也是半导体物理实验中的关键内容。
通过使用光源和光谱仪，可以测量材料的吸收、发射和透射等光学参数。
这些测量结果对于研究材料的能带结构和光电转换效率非常重要。
第六步：控制温度和外部条件半导体物理实验对温度和外部条件的控制要求非常高。
温度对于半导体材料的导电性能和光学特性具有重要影响。
因此，在实验过程中，需要使用恒温器和温度控制系统来精确控制样品的温度。
此外，外部条件（如湿度和气氛）也需要进行控制，以确保实验结果的准确性和一致性。
第七步：数据处理和分析在实验结束后，需要对实验数据进行处理和分析。
可以使用数据分析软件对测量结果进行统计和计算。
通过绘制图表和曲线拟合，可以找到材料的特定参数和规律。
利用半导体材料测量温度的物理实验步骤半导体材料是一种在温度变化下电阻变化显著的材料，因此被广泛应用于温度测量领域。
本文将介绍利用半导体材料测量温度的物理实验步骤。
步骤一：材料准备首先，我们需要准备以下材料和装置：1. 半导体材料：例如硅(Si)或锗(Ge)等。
2. 恒温槽：用于控制实验环境的温度。
3. 电源：用于为电路提供稳定的电压。
4. 电流表：用于测量电路中通过的电流。
5. 电压表：用于测量电路中的电压。
6. 温度计：用于校准实验环境的温度。
步骤二：搭建实验电路1. 将半导体材料通过导线连接到电路中，并将其与电源和电流表相连。
确保连接稳定可靠。
2. 将电压表与半导体材料的两端相连，以测量电路中的电压。
步骤三：校准温度与电阻的关系为了准确测量温度，我们需要先校准温度与电阻的关系。
进行如下操作：1. 将半导体材料浸入恒温槽中，并将温度保持在预设温度。
（如20°C）2. 记录此时电路中的电流和电压，并计算出电阻值。
3. 将温度逐步提高，重复上述步骤，并记录相应温度和电阻值。
步骤四：测量待测温度在完成温度与电阻的校准后，我们可以利用之前得到的关系式来测量待测温度。
按以下步骤操作：1. 将待测温度的半导体材料放入恒温槽中，等待温度稳定。
2. 通过实验电路传递一定的电流，并测量电路中的电压。
3. 利用之前校准得到的关系式，计算得到待测温度对应的电阻值。
步骤五：结果分析与讨论根据测量得到的电阻值，我们可以反推出待测温度。
同时，还可以在实验过程中对材料的温度特性进行进一步分析与讨论：1. 绘制温度与电阻的关系曲线，以展现材料的温度敏感性。
2. 分析材料的温度响应速度和灵敏度，以评估其适用范围。
3. 探索半导体材料温度变化的原理和机制，深入理解实验现象。
总结：本文介绍了利用半导体材料测量温度的物理实验步骤。
通过搭建实验电路、校准温度与电阻的关系以及测量待测温度，我们可以准确地获取实验结果。
在结果分析与讨论中，我们可以进一步了解半导体材料的温度特性，并拓展应用领域。
学号 姓名 实验室 实验时间：第 11 周 星期 三 第 9-11 节 指导老师 实验名称半导体电阻率的测量实验目的1．掌握电阻率的概念和意义。
2．掌握四探针法测量电阻率的原理。
3．熟悉SDY —4型四探针测试仪的操作。
实验设备 及型号 SDY —4型四探针测试仪软件硬件 原理：1． 电阻率对任意薄层半导体，有R wρ=□，其中ρ为半导体的电阻率，单位为cm Ω⋅。
有1ρσ=，σ即半导体的电导率，单位为/S cm 。
有n p nq pq σμμ=+。
∴1n pnq pq ρμμ=+。
电阻率取决于载流子浓度和载流子迁移率。
其中，载流子在半导体中运动受到电离杂质、晶格振动（声学波散射、光学波散射）散射。
有1111isoμμμμ=++。
（i μ、s μ、o μ分别表示只有一种散射机制（电离杂质、声学波、光学波）存在时的迁移率。
）迁移率与杂质浓度和温度有关，同时，载流子浓度也与杂质浓度和温度密切相关。
所以电阻率随杂志浓度和温度而异。
轻掺杂时，电阻率与杂质浓度成简单的反比关系；杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。
温度较低时，电阻率随温度升高而下降；室温下，电阻率随温度升高而增大；高温时，电阻率随温度升高而急剧下降。
2．四探针法测电阻率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探针间通过电流I （mA ），2、3探针间就产生一定的电压V(mV)。
按下列公式计算样品的方块电阻：()()V W D F F W Fsp I S S ρ=⨯⨯⨯⨯ cm Ω⋅其中，D:样品直径；S ：平均探针间距；W ：样品厚度； Fsp ：探针修正系数；F(W/S)：样品厚度修正系数； F(D/S)：样品直径修正系数； I ：1、4探针流过的电流值； V ：2、3探针间取出的电压值。
3. SDY —4型四探针测试仪的使用设计思想及流程图实 验原 理及 实 验 步骤源代码及注释实验步骤面板介绍：K7：电流换向按键K6：测量/电流方式选择按键（开机时自动在电流位）K5：/Rρ□测量选择按键（开机时自动设置在R□）K4、K3、K2、K1：测量电流量程选择按键W1：电流粗调电位器W2：电流细调电位器L：主机数字及状态显示器实验内容及步骤：1．开启主机电源，预热5分钟。
实验一硅的霍耳系数和电导率测量一、目的掌握测量霍耳系数和电导率的实验方法，测出硅的霍耳系数和电导率随温度变化的数据，确定硅的导电类型。
二、基本原理一块宽为a、厚为b的长方形半导体(见图1)。
若在x方向上有均匀的电流I X流过，再Z方向上加均匀磁场B z，那么在这块半导体A、B两点间（即Y方向上）产生一电位差，这种现象称为霍耳效应。
从实验中发现，在弱磁场情况下，霍耳电场E y的大小与电流密度J X和磁场强度B z成正比，即E y=RJ X B z由上式可得R=E y / J X B z (1)R称为霍耳系数。
在实验上直接测量的是霍耳电位差V H。
因为，E y=V H / aJ X=I X / ab（1）式可以写为R=V H b / I X B z (2)如果（２）式中各量所用的单位是V H－伏；I X－安培；B z－高斯；b－厘米；R－厘米3/库仑，则应该在(2)式中引入单位变换因子108，把它写成如下形式：R=( V H b /I X Bz ) * 108 (3)上式为实验中实际应用的公式。
因为电子和空穴的漂移运动是相反的，但是电荷符号也是相反的，磁场对它们的偏转作用力方向相同。
结果在边界上积累的电荷两种情况下相反，因此霍耳电场和电势差是相反的。
照这个道理可以区别电子性导电(n型)和空穴导电(P型)。
当E Y>0，为p型，E Y<0，为n型。
在霍耳效应的简单理论中，对电子和空穴混合导电的半导体，霍耳系数为：R=( pμp2-nμn2)/﹝( pμp+nμn )2 e﹞ (4)对n型半导体可简化为： R=﹣1 / ne (5)对p型半导体可简化为： R= 1 / pe (6) (4)、(5)、(6) 各式中，n和p分别表示电子和空穴浓度，μp 和μn分别为电子和空穴的迁移率。
图2给出两个硅样品霍耳系数随着温度变化的实验曲线。
样品1是n型的，样品2是p型的。
在图2中，样品1的曲线AB部分差不多是一水平线，在这一段温度范围，施主能级上的电子几乎全部跃迁到导带中去了，而本征激发是可以忽略的，因而表现出温度升高导带中电子密度不变。
电子科技大学半导体物理实验报告姓名：艾合麦提江学号：2010033040008班级：固电四班实验一 半导体电学特性测试测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。
根据霍尔系数的符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约 用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。
霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。
1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。
早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。
1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。
本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
一、实 验 原 理如图，一矩形半导体薄片，当沿其x 方向通有均匀电流I ，沿Z 方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y 方向上产生电势差。
这种想象叫霍尔效应。
所生电势差用V H 表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场E y 。
实验表明，在弱磁场下，E y 同J （电流密度）和B 成正比E y =R H JB（1）式中R H 为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，R H 有不同的表达式。
在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p 的P 型样品0pq1R H >=（2） 式中q 为电子电量。
对电子浓度为n 的N 型样品0nq1R H <-=（3）当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为nq 1R pq 1R nH H p H H ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ=（4）式中μH 为霍尔迁移率。
高中物理实验测量半导体材料的禁带宽度与导电性的实验方法半导体材料具有广泛的应用前景，包括电子器件、光电子器件等。
了解其禁带宽度和导电性对于材料性能的研究至关重要。
本文将介绍一种实验方法，用于测量半导体材料的禁带宽度和导电性。
实验步骤一：准备实验材料和仪器首先，准备以下实验材料：半导体材料样品、电源、电流表、电压表、电阻、导线等。
确定使用的半导体材料，可以选择硅(Si)或者锗(Ge)作为实验对象。
同时，根据实验需求配备合适的仪器：电源用于提供电流，电流表用于测量电流值，电压表用于测量电压值，电阻用于限制电路中的电流，导线用于连接电路。
实验步骤二：搭建实验电路将电源连接到电流表和电阻，再将电压表连接到电阻两端。
接下来，将半导体材料样品与电路连接，确保电路连接可靠稳定。
实验步骤三：测量电流-电压特性曲线在搭建好的电路中，逐渐调节电流值，同时记录对应的电压值。
根据测量的电流-电压值，绘制半导体材料的电流-电压特性曲线。
实验步骤四：分析电流-电压特性曲线根据绘制的电流-电压特性曲线，分析半导体材料的导电性和禁带宽度。
在正向偏置情况下，观察电流是否出现明显增加，如果存在，则说明半导体具有导电性。
在反向偏置情况下，观察电流是否接近于零，如果是，则说明半导体存在禁带宽度。
实验步骤五：计算禁带宽度通过反向偏置情况下的电流值，采用指数函数关系计算禁带宽度。
根据理论公式和实验数据，进行计算并得出结果。
实验步骤六：实验结果的分析与讨论根据实验数据和计算结果，进行结果的分析与讨论。
比较不同半导体材料的禁带宽度和导电性差异，讨论可能的原因和影响因素。
小结：通过上述实验方法，我们可以测量半导体材料的禁带宽度和导电性。
这一实验方法为我们研究材料性质和优化器件设计提供了重要的参考。
同时，通过对实验数据和结果的分析，我们可以进一步理解半导体材料的特性及其应用潜力，为相关领域的发展做出贡献。
（注：本文所提供的实验方法仅供参考，请在实验操作过程中严格按照实验室的安全操作规范执行。
自编经典教材目录一、 半导体物理实验指导书1.实验的地位、作用和目的 (4)2. 实验一单晶硅少子寿命测试 (5)3. 实验二半导体方块电阻的测量 (9)4 .实验三半导体电阻率的测量 (12)二、 微电子器件实验指导书1. 实验的地位、作用和目的 (16)2. 实验一测量双极晶体管的性质 (17)3 实验二晶体管特征频率的测量 (19)4 实验三测量双极晶体管的击穿特性 (22)三、 集成电路工艺实验指导书1 实验的地位、作用和目的 (24)2.实验一氧化工艺实验 (26)3. 实验二光刻工艺实验 (28)4、实验三硼扩散工艺实验 (31)5. 实验四磷扩散工艺实验 (34)6. 集成电路工艺课程设计 (37)四、《PLD原理及应用》实验指导书1 实验一 PLD 开发相关软件和实验开发箱的使用 (40)2 实验二 电路图设计与仿真_半加器原理图输入 (51)3 实验三 PLD 组合逻辑设计BCD 码—七段数码显示译器 (56)4 实验四 PLD 时序逻辑设计——8位移位寄存器.... . (61)5.实验五PLD 混合逻辑设计——跑步计时用的数字跑表 (67)6.实验六 自动售饮料机的设计 (74)7.实验七PLD 混合逻辑设计正弦信号发生器的FPGA实现. 798.实验八 步进电机的FPGA 实现 (84)半导体物理实验指导书微电子技术教学部编写光电工程学院微电子技术教学部2006年2月一．实验的地位、作用和目的：《半导体物理实验》课是微电子学与固体电子学专业本科教学中的重要教学实践环节，通过本实验课使学生掌握实验的基本原理及基本测试方法，加强对半导体物理理论的理解，提高学生的实际动手能力，为将来开展科学试验和产品研制打下基础。
基本原理及课程简介：《半导体物理实验》包括三个实验：Si单晶少子寿命测试，方块电阻测试，电阻率ρ的测试。
二．实验方式及基本要求1.教师在课堂上讲解实验的基本原理、仪器使用、测试内容及实验要求，交代实验注意事项。
《半导体物理》实验指导书（2022年版）半导体物理实验指导书信息工程学院电子科学与技术教研室2022目录实验一：霍尔效应1实验二：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻6实验三：椭偏法测薄膜厚度和折射率9附录A:《RTS-8型双电测四探针测试仪用户手册》11附录B:《WJZ/WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪使用手册》30I实验一霍尔效应一、实验目的1.了解霍尔器材对材料要求的知识；2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH~IS曲线；3.学会确定试样的导电类型，载流子浓度以及电导率。
二、仪器设备QS-H型霍尔效应实验组合仪三、实验原理1.导体材料霍尔系数的确定由霍尔电压VH与磁感应强度B的关系，VHB和d，可计算出霍尔系数RHISB知，只要测出VH以及知道IS、dRHVHd（1）ISB2.导体材料导电类型的确定若实验中能测出IS、B的方向，就可判断VH的正负，决定霍尔系数的正负，从而判断出半导体的导电类型。
当RH0时，样品属N型（载流子为电子），反之则为P型（载流子为空穴）。
3.导体材料载流子浓度的确定由霍尔系数RH如果知道VH、IS、B，就可确定该材料的载流子浓度。
根据电导率与载流子浓度n以及迁移率之间的关系ne知，通过实验测出值即可求出1VHd，可得neISBIBnS（2）VHdeRH（3）4.霍尔组件对材料的要求根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率亦较高）的材料。
因RH，就金属导体而言，和均很低，而不良导体虽高，但极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔组件。
半导体高，适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔元件都采用N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔组件的输出电压较片状要高得多。
5.实验中的副效应及其消除方法在产生霍尔效应的同时，还存在一些与温度、电极与半导体接触处的接触电阻有关的效应，这些效应也会在霍尔元件的上下侧面产生电位差。
半导体实验探究：初三物理教案分享初三物理教案分享在初三物理课程中，半导体是一个重要的知识点。
我们可以使用实验来帮助学生更好地理解半导体的特性和应用。
本文将分享一个初三物理教案，该教案可以帮助学生探究半导体的导电特性。
一、实验目的探究不同材料的导电特性，了解半导体材料的特点及应用。
二、实验器材铜片、锡片、钙钛矿、硅晶片、镍片、铁片、导线、万用表、电池。
三、实验步骤1、在每个导电材料上面分别连接两条导线，并将导线分别插入到万用表的红色和黑色测试笔的插口。
2、将万用表设为电阻档位，记录下每个材料的电阻值，并填写到实验记录表格上。
3、将尖端锋利、表面光滑、尽量无杂质的硅晶片放在桌子上，然后用手摸硅晶片观察现象。
4、接下来，接上电池，然后用导线从铜片接到硅晶片上，在连接铜片和硅晶片的导线处观察现象并记录下来。
接着，断开铜片，改用锡片接到硅晶片上，观察与记录。
然后按照同样的方法，更换其它不同的材料，如钙钛矿、镍片和铁片，在每次更换材料后观察和记录相应的现象和电阻值。
5、通过比较，总结这些实验结果，给学生讲解半导体的导电原理和特点。
四、实验结果和分析当硅晶片没有电流通过时，它的表面是光滑的，摸上去与普通玻璃差不多。
但是当电流通过时，它的表面变得非常粗糙，就像被打磨过一样。
这个现象被称为电化学腐蚀。
电流通过时，硅晶片表面的氧化物离子将电子抓走，变成自由电荷，湿润的空气则将自由电荷吸引起来，最终形成了“肉眼可见”的电化学腐蚀。
根据实验结果，我们可以发现半导体在不同情况下的电导率是不同的。
当硅晶片没有与任何电导体相连，因为它属于半导体，而且内部含有很少的自由电子和空穴，所以电阻非常大，几乎是无限的。
当它与金属连接时，因为半导体与金属之间存在电子转移和掺杂，从而提高了半导体的导电性能，电阻降低。
至于金属何种材料是否影响了半导体的导电性能，并没有一个明确的答案，因为这与半导体的掺杂方式和金属性质有密切关系。
五、实验总结通过这个实验，学生们看到了半导体材料在不同情况下的导电特性，加深了对半导体的认识，提高了动手能力和实践能力。
实验指导书实验名称：实验一、半导体霍尔效应学时安排：4学时实验类别：验证性实验要求：必做一、实验目的1.理解霍尔效应的物理意义；2.了解霍尔元件的实际应用；3.掌握判断半导体导电类型，学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、载流子浓度、漂移迁移率及霍尔迁移率的实验方法。
二、实验原理将一块宽为2a，厚为d，长为b的半导体样品，在X方向通以均匀电流I X，Z方向上加有均匀的磁场B z时（见图1.1所示），则在Y方向上使产生一个电势差，这个电势差为霍尔电势差，用U H 表示，这种现象就称为霍尔效应。
图 1.1与霍尔电势对应的电场，叫做霍尔电场，用E Y表示，其大小与电流密度J X和所加磁场强度B z成正比，可以定义如下形式：E Y = R H·B Z·J X（1）上式中，R H为比例系数，称为霍尔系数。
霍尔效应的物理意义可做如下解释：半导体中的电流是载流子（电子或空穴）的定向动动引起的，一人以速度υx 运动的载流子，将受到沦仑兹力f B = e υx B Z 的作用，使载流子沿虚线方向偏转，如图1.2所示，并最后堆积在与Y 轴垂直的两个面上，因而产生静电场E Y ，此电场对载流子的静电作用力f E =e E Y ,它与磁场对运动载流子的沦仑兹力f B 大小相等，电荷就能无偏离地通过半导体，因而在Y 方向上就有一个恒定的电场E Y 。
下面以N 型半导体为例：有 eυx B Z = e E Y （2）电流密度 X X v n e J ⋅⋅=所以 Z X Y 1B J en E ⋅⋅⋅= （3） 将（3）式与（1）式比较，可得：e n R ⋅=1H （4） 上式中n 为电子的浓度，e 为电子电荷量，其值为e = 1.602 × 10-19C 。
同理，如果霍尔元件是P 型（既载流子为空穴）半导体制成的，则R H =1/（pe ），其中p 为空穴的浓度。
图 1.2又因a U E 2H Y = adI J 2X X =由（3）式得：Z X H Z X H z x B I K B I dR d e n B I U =⋅=⋅⋅= (5) K H 为霍尔元件灵敏度，单位为V/（A·T ）所以 R H = K H ·d （6) 霍尔系数R H 的单位为m 3/C （米3/库仑）如果霍尔元件的灵敏度K H 已经测定，就可以用式（5）来测量未知磁场B Z ，既有：XH H Z I K U B = （7） 由图1.2可以看出，若载流子带正电，则所测出的U H 极性为下正上负；若载流子带负电，则所测出的U H 极性为上正下负。
高中物理实验测量半导体材料的电导率与禁带宽度的实验方法1. 实验介绍电导率和禁带宽度是半导体材料性质的重要参数。
本实验旨在通过合适的实验方案测量半导体材料的电导率与禁带宽度，进而了解半导体的导电性质。
2. 实验材料和仪器- N 型半导体样品- P 型半导体样品- 二极管- 直流电源- 万用表- 老式胶带- 实验电路图（见附录）3. 实验步骤步骤1：准备工作将实验仪器台面擦拭干净，确保实验环境整洁有序。
取出 N 型和 P 型半导体样品，检查是否有损坏。
步骤2：电导率测量a. 将 N 型半导体样品连接到电路中，如图中所示，并将直流电源的电压调至适当值（例如 5V）。
使用万用表测量电流值，并记录下来。
b. 拔出 N 型半导体样品，换成 P 型半导体样品，重复步骤 a，记录电流值。
步骤3：禁带宽度测量a. 首先将二极管连接到电路中，如图中所示，并将直流电源的电压调至适当值（例如 5V）。
使用万用表测量电流值，并记录下来。
b. 用老式胶带部分遮挡住二极管上的表面，使得半导体样品暴露在胶带上。
重复步骤 a，记录电流值。
4. 数据处理根据上述测量结果，计算出 N 型和 P 型半导体样品的电导率。
可以使用以下公式进行计算：电导率（S/m）= 电流（A）/ 电压（V）/ 电样品所占的长度（m）5. 结果与讨论将实验数据整理成表格形式，并计算出 N 型和 P 型半导体样品的电导率。
比较两者的差异并进行讨论。
通过比较实验结果可以得出结论：N 型半导体样品的电导率较高，而 P 型半导体样品的电导率较低。
这是因为 N 型半导体样品的导电性主要由自由电子贡献，而 P 型半导体样品的导电性主要由空穴贡献。
此外，根据禁带宽度的测量，可以初步了解半导体样品的能带结构。
通过遮挡二极管上的表面，在禁带宽度范围内减少了电流的流动。
这表明半导体样品在禁带宽度范围内是不导电的。
6. 实验注意事项- 在实验过程中要注意电路连接的准确性，保持仪器的正常工作状态。
《半导体物理实验》实验指导书广东工业大学物理与光电工程学院电子科学与技术系二０一四年九月修订目录实验一半导体的霍尔效应 (1)实验二半导体PN结的温度特性及弱电流测量 (10)实验三PN结电容的测量 (15)实验四四探针法测半导体材料电阻率及方块电阻 (22)实验五少子寿命及硅缺陷的观察 (28)实验六表面电阻和体电阻测量 (41)实验一 半导体的霍尔效应置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。
在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。
掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
【实验目的】1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的V H -I S 和V H -I M 曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
【实验仪器】霍尔效应实验组合仪。
【实验原理】XYZ1．霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。
如图1.1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样 A-A / 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
对图1.1（a ）所示的N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，（b ）的P 型试样则沿Y 方向。
即有)(P 0)()(N 0)(型型⇒>⇒<Y E Y E H H显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛仑兹力B v e 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故B v e eE H = (1-1)其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
半导体物理实验报告物理学院 12级电子3班 郭旭洪学号：3112008307合作者：冯嘉进实验一 半导体的霍尔效应实验目的1、了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。
2、学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH-IS 和VH-IM 曲线。
3、确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
实验仪器霍尔效应实验组合仪实验步骤⑴ 开关机前，测试仪的“IS 调节”和“IM 调节”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。
⑵ 按图1.2 连接测试仪与实验仪之间各组连线。
注意：①样品各电极引线与对应的双刀开关之间的连线已由制造厂家连接好，请勿再动！②严禁将测试仪的励磁电源“IM 输出”误接到实验仪的 “IS 输入”或“ＶＨ、V 输出”处，否则，一旦通电，霍尔样品即遭损坏！样品共有三对电极，其中A 、A/或C 、C/用于测量霍尔电压H V ，A 、C 或A/、C/用于测量电导，D 、E 为样品工作电流电极。
样品的几何尺寸为：d=0.5mm ,b=4.0mm ,A 、C 电极间距l=3.0mm 。
仪器出产前，霍尔片已调至中心位置。
霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严防撞击，或用手去摸，否则，即遭损坏! 霍尔片放置在电磁铁空隙中间，在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变y 轴方向的高度，以免霍尔片与磁极面磨擦而受损。
⑶ 接通电源，预热数分钟，电流表显示“.000”( 当按下“测量选择”键时 )或“0.00”（放开“测量选择”键时），电压表显示为“0.00”。
⑷ 置“测量选择”于IS 挡（放键），电流表所示的值即随“IS 调节”旋钮顺时针转动而增大，其变化范围为0-10mA ，此时电压表所示读数为“不等势”电压值，它随IS 增大而增大，IS 换向，ＶＨ极性改号（此乃“不等势”电压值，可通过“对称测量法”予以消除）。
图1.2 实验线路连接装置图⑸ 置“测量选择”于IM 挡（按键），顺时针转动“IM 调节” 旋钮，电流表变化范围为0-1A 。
半导体物理实验报告《半导体物理实验报告》摘要：本实验通过测量半导体材料的电阻率和霍尔系数，研究了半导体的电学性质。
实验结果表明，半导体材料的电阻率随温度的变化呈现出特定的规律，而霍尔系数则与半导体材料的载流子类型和浓度有着密切的关系。
通过实验数据的分析，我们得出了半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值，并对半导体的电学特性进行了深入的研究。
引言：半导体材料因其在电子学领域的重要应用而备受关注。
通过对半导体材料的电学性质进行研究，可以深入了解其内在的物理机制，为半导体器件的设计和制备提供重要的参考。
本实验旨在通过测量半导体材料的电阻率和霍尔系数，研究半导体的电学性质，并对实验结果进行分析和讨论。
实验方法：1. 准备实验所需的半导体样品和测量设备；2. 测量半导体样品在不同温度下的电阻率，并绘制出电阻率随温度变化的曲线；3. 使用霍尔效应测量半导体样品的霍尔系数，并计算出半导体的载流子类型和浓度；4. 对实验数据进行分析，得出半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值。
实验结果和讨论：通过实验测量和数据分析，我们得出了半导体材料的电阻率随温度变化的规律，以及半导体的载流子类型和浓度。
实验结果表明，半导体材料的电阻率随温度的升高呈现出指数型的变化规律，这与半导体材料的能带结构和载流子浓度有着密切的关系。
同时，霍尔系数的测量结果也表明，半导体材料的载流子类型和浓度对其电学性质有着重要的影响。
通过对实验数据的分析，我们得出了半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值，并对半导体的电学特性进行了深入的研究。
结论：本实验通过测量半导体材料的电阻率和霍尔系数，研究了半导体的电学性质，得出了半导体材料的电子迁移率和载流子浓度的数值，并对半导体的电学特性进行了深入的研究。
实验结果对于深入了解半导体材料的内在物理机制，以及为半导体器件的设计和制备提供了重要的参考。
实验技术在半导体物理中的应用指导引言：半导体物理作为现代科学的重要领域之一，对于人类社会的发展起着重要的作用。
而实验技术作为半导体物理研究的重要手段之一，具有不可替代的作用。
本文将探讨实验技术在半导体物理中的应用指导，以期提高研究效率和研究质量。
一、传统测量技术的应用传统测量技术是实验技术的基石，也是半导体物理研究的重要环节。
例如，电阻、电流和电压的测量是基础中的基础，往往是很多实验的起始点。
在半导体物理中，我们要准确地测量材料的电阻特性以及器件的电流-电压特性。
这些数据的可靠性和准确性对于分析材料和器件的特性非常重要。
在实际应用中，我们可以使用稳定的电源和高精度的电流表、电压表进行测量。
此外，针对一些特殊的测量要求，我们还可以使用低温、高温等条件进行测量，以获得更加准确的数据。
例如，我们可以通过低温测量来研究超导体的特性、通过高温测量来研究火花等。
二、先进的成像技术在半导体物理中的应用随着科技的进步，先进的成像技术也在半导体物理研究中得到广泛应用。
例如，扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)可以用于观察材料内部的形貌和结构，分析半导体材料的缺陷和表面形貌。
这种不依赖人眼的直观观察方式，使得研究者能够更加全面和深入地了解材料的特性。
在采用先进的成像技术时，需要注意保持样品的纯净度和储存条件以避免外界杂质的干扰。
此外，在处理和分析图像数据时，也需要注意选择合适的图像处理工具和方法，以获得更加准确的结论。
三、精确控制的实验环境在半导体物理中的应用实验环境的稳定性对于半导体物理研究的准确性和可重复性具有重要影响。
在半导体器件的研究中，如薄膜生长、器件性能测量等，环境的温度、湿度、气压等因素都需要进行精确控制。
只有在稳定而又可控的环境下，我们才能获得准确的实验结果。
为了实现精确控制的实验环境，我们需要合理选择和安装温控器、湿控器、气控器等设备，并进行精确的调试和校准。
此外，在设计和搭建实验装置时，也需要合理考虑实验环境因素的影响，以确保实验结果的准确性。
试验一 单晶硅少子寿命测试一．试验目的1．了解半导体非平衡少子寿命的概念和重要性。
2．掌握高频光电导衰减法测量寿命的基本原理。
3．学会“DSY-Ⅱ硅单晶寿命仪”的使用。
二．实验原理1．非平衡载流子的注入我们知道，处于热平衡状态的半导体，在一定的温度下，载流子浓度使一定的。
这种处于平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。
对非简并半导体来说，有20exp()g o o c v i E n p N N n k T=-=如果对半导体施加外界作用（光注入或者电注入），破坏热平衡条件，则半导体处于非平衡状态，其载流子浓度不再是o n 、o p ，而是存在过剩载流子n ∆、p ∆，称为非平衡载流子。
当外界作用消失后，注入的非平衡载流子不能一直存在下去，最后，载流子浓度恢复导平衡时的值，半导体又回到平衡态，这个过程即是非平衡载流子的复合。
但非平衡载流子不是立刻全部消失，而有一个过程，即它们在导带和价带中有一定的生存时间，有的长，有的短。
非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命，用τ表示。
由于相对于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子的更重要，因而非平衡载流子的寿命常称为少数载流子寿命。
假定一束光在n 型半导体内部均匀地产生非平衡载流子n ∆、p ∆，且n p ∆=∆。
在t ＝0时，突然光照停止，p ∆将随时间变化。
单位时间内非平衡载流子浓度的减少应为()d p t dt∆，它是由复合引起的，因此应当等于非平衡载流子的复合率。
即()()d p t p t dtτ∆∆=-。
小住入时，τ为恒量，与()p t ∆无关，()tp t Ceτ-∴∆=。
设t ＝0时，0(0)()p p ∆=∆，则0()C p =∆， 0()()tp t p eτ-∴∆=∆。
这就是非平衡载流子浓度随渐渐按指数衰减的规律。
利用上式可求出非平衡载流子平均生存时间t 就是τ。
()/()/ttt td p t d p t tedt dedt τττ--∞∞∞∞=∆∆==⎰⎰⎰⎰所以寿命标志着非平衡载流子浓度减少导原值1/e 所经历的时间。
寿命不同，非平衡载流子衰减的快慢不同，寿命越短，衰减越快。
2．高频光电导衰减法光注入必然导致半导体电导率的增大，引起附加电导率。
()n p n p nq pq pq σμμμμ∆=∆+∆=∆+。
实际上，并不是光生电子河光生空穴都对光电导有贡献。
在复合消失前，只有其中一种光生载流子（一般是多数载流子）有较长时间存在于自由状态，而另一种往往被一些能级束缚。
这样n p ∆>>∆或p n ∆>>∆。
附加电导率应为：0n nq σμ∆=∆或0p pq σμ∆=∆。
可利用图示装置观察。
图中，电阻R 比半导体电阻r 大很多，以保证通过半导体的电流I 恒定。
半导体上电压降V Ir =。
设平衡时半导体电导率为0σ，光照引起的附加电导率为σ∆， 小注入时，00σσσ+∆≈∴电阻率的改变20011σρσσσ∆∆=-=-∴电阻的改变2l lr ss ρσσσ∆=∆=-∆∝∆∴电压降的改变V I r p σ∆=∆∝∆∝∆0tV eτ-=∆。
则，可从示波器观察到半导体上电压降的变化，以检验非 平衡载流子的注入。
并且，可根据电压降随时间衰减的曲 线，确定少子寿命。
三．DSY-Ⅱ硅单晶寿命仪的使用1．仪器工作原理仪器的简单工作原理可以从方框图中看出， 高频源提供的高频电流流经被测样品，当 红外光源的脉冲光照射样品时，单晶体内 即产生光生载流子，使样品产生附加光电 导，样品电阻下降，由于高频员为恒压输 出 ，因此，流过样品的高频电流幅值增加I ∆；光照消失后，I ∆便逐渐衰退，其衰退速度取决于光生非平衡载流子在晶体内 存在的平均时间（即寿命τ）。
在小注入下 ，当样品光照区内复合是主要因素是，I ∆ 按指数规律衰减，在取样器上产生的电压 也变化V ∆，也按同样的规律变化。
即：0tV V eτ-∆=∆。
此调幅高频信号经检波器解调河高频滤波，再经宽频放大器放大后输入到脉冲示波器，再示波器上就显示出一条如图指数衰减曲线，衰减的时间常数τ就是要测的寿命值。
2．面板介绍KD：开关及指示灯K：制脉冲发生电路电源通/断KW：外光远主电源的电压调整电位器（顺时针为调高）CZ：信号输出高频插座M1：红外光源主电源电压表（指示红外发光管工作电压大小）M2：磁环取样检波电压表（指示输出信号大小）四．实验内容及步骤1．接通电源线及用高频连线将CZ与示波器Y输入端接通，开通示波器。
2．将清洁处理后的样品置于电极上，可在电极上涂抹点水，以提高灵敏度。
如样品太轻，可在单晶上端压上重物，以改善接触。
3．开启总电源KD，预热15分钟，按下K接通脉冲电路电源。
旋转KW，适当调高电压。
4．调整示波器电平及释抑时间，同步调整Y轴衰减、X轴扫描速度及曲线的上下左右位置，使仪器输出的指数衰减光电导信号波形稳定，尽量与标准指数曲线吻合。
5．如果光电导信号衰减波形部分偏离指数曲线，应作如下处理：（1）如波形初始部分衰减较快，则用波形较后部分测量。
（2）如波形头部出现平顶现象，说明信号太强，应减弱光强，在小信号下进行测量。
（3）为保证测试准确性，满足小注入条件，即在可读数前提下，示波器尽量使用大的倍率，光远电压尽量地调小。
6．关机时，先将开关K按起。
五．实验报告1．观察非平衡载流子随时间的衰减，绘出衰减曲线2．确定非平衡载流子的寿命。
六．思考题强注入情况下，τ还是定值吗？这个时候的p∆的曲线方程？实验二 半导体方块电阻的测量一．试验目的1．掌握方块电阻的概念和意义。
2．掌握四探针法测量方块电阻的原理。
3．学会操作SDY —4型四探针测试仪。
二．实验原理1．方块电阻对任意一块均匀的薄层半导体，厚w ，宽d ，长l ， 则电阻为l R d wρ=⋅当l ＝d 时，表面成方块，它的电阻称为方块电阻， 记为R wρ=□，单位为Ω□。
设电流为I ，则l R R d=□。
对于一扩散层，结深为j x ，宽d ，长l ，则jl R d x ρ=⋅。
定义l ＝d 时，为扩散层的方块电阻， 1jjR x x ρσ==□，这里的ρ、σ均为平均电阻率和平均电导率。
若原衬底的杂质浓度为()B N x ，扩散层杂质浓度分布为()N x ， 则有效杂质浓度分布为()()()eff B N x N x N x =-。
在j x x =处，()eff N x 0=。
又假定杂质全部电离，则载流子浓度也是()eff N x 。
∴扩散层的电导率分布为1()()()eff x N x q x σμρ==∴011()()j j x x eff jjx dx N x q dx x x σσμ==⎰⎰。
∴若μ为常数，则01()j x eff R q N x dxμ=⎰□。
其中0()jx eff N x dx ⎰表示扩散层的有效杂质总量。
当衬底的原有杂质浓度很低时，有()()eff N x N x ≈。
∴()()jjx x eff N x dx N x dx Q ==⎰⎰（单位面积的扩散杂志总量）∴有1R q Qμ≈□。
2．四探针法测扩散层的方块电阻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探针间通过电流I （mA ），2、3探针 间就产生一定的电压V(mV)。
（如图） 按下列公式计算样品的方块电阻：()()VWDR F F Fsp I S S=⨯⨯⨯□ Ω□其中，D:样品直径；S ：平均探针间距；Fsp ：探针修正系数；F(W/S)：样品厚度修正系数；F(D/S)：样品直径修正系数；I ：1、4探针流过的电流值； V ：2、3探针间取出的电压值。
三．SDY —4型四探针测试仪的使用 面板介绍：K 7：电流换向按键K 6：测量/电流方式选择按键（开机时自动在电流位） K 5：/R ρ□测量选择按键（开机时自动设置在R □） K 4、K 3、K 2、K 1：测量电流量程选择按键 W1：电流粗调电位器 W2：电流细调电位器 L ：主机数字及状态显示器 四．实验内容及步骤1．开启主机电源，预热5分钟。
2．估计所测样品的方块电阻范围，按下表选择电流量程。
方块电阻（Ω□）电流量程（mA ） <2.5 100 2.0~25 10 20~2501>200 0.1如无法估计时 ，一般先选择0.1mA 量程进行测试，再估计。
3．放置样品，压下探针，使样品接通电流。
从显示器上读出电流数值。
调节电位器，即可得到所需的测试电流值。
测试点流选取：()()WDI F F Fsp S S=⨯⨯,计算出I=A.BCD 。
调整电流后，按K 6键选择测量/R ρ□，按K 5选择R □，则可以读出所测样品的方块电阻。
五．实验报告样品的方块电阻值。
六，思考题和扩展电阻进行对比。
试验三 半导体电阻率的测量一．试验目的1．掌握电阻率的概念和意义。
2．掌握四探针法测量电阻率的原理。
3．熟悉SDY —4型四探针测试仪的操作。
二．实验原理 1． 电阻率对任意薄层半导体，有R wρ=□，其中ρ为半导体的电阻率，单位为cm Ω⋅。
有1ρσ=，σ即半导体的电导率，单位为/S cm 。
有n p nq pq σμμ=+。
∴1n pnq pq ρμμ=+。
电阻率取决于载流子浓度和载流子迁移率。
其中，载流子在半导体中运动受到电离杂质、晶格振动（声学波散射、光学波散射）散射。
有1111i s oμμμμ=++。
（i μ、s μ、o μ分别表示只有一种散射机制（电离杂质、声学波、光学波）存在时的迁移率。
）迁移率与杂质浓度和温度有关，同时，载流子浓度也与杂质浓度和温度密切相关。
所以电阻率随杂志浓度和温度而异。
轻掺杂时，电阻率与杂质浓度成简单的反比关系；杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。
温度较低时，电阻率随温度升高而下降；室温下，电阻率随温度升高而增大；高温时，电阻率随温度升高而急剧下降。
2．四探针法测电阻率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探针间通过电流I （mA ），2、3探针 间就产生一定的电压V(mV)。
（如图） 按下列公式计算样品的方块电阻：()()VWDF F W Fsp ISSρ=⨯⨯⨯⨯ cm Ω⋅其中，D:样品直径；S ：平均探针间距；W ：样品厚度；Fsp ：探针修正系数；F(W/S)：样品厚度修正系数；F(D/S)：样品直径修正系数；I ：1、4探针流过的电流值； V ：2、3探针间取出的电压值。
三．SDY —4型四探针测试仪的使用 面板介绍：K 7：电流换向按键K 6：测量/电流方式选择按键（开机时自动在电流位） K 5：/R ρ□测量选择按键（开机时自动设置在R □） K 4、K 3、K 2、K 1：测量电流量程选择按键 W1：电流粗调电位器 W2：电流细调电位器 L ：主机数字及状态显示器 四．实验内容及步骤1．开启主机电源，预热5分钟。
