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《半导体物理实验》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：半导体物理实验所属专业：电子材料与器件工程专业本科生课程性质：专业必修课学分: 4（二）课程简介、目标与任务；本课程是为物理科学与技术学院电子材料与器件工程专业大四本科生所开设的实验课，是一门专业性和实践性都很强的实践教学课程。
开设本课程的目标和任务是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法，为半导体材料与器件的开发设计与研制坚定基础。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；由于是实验课，所以需要学生首先掌握《半导体物理》和《半导体器件》的基本知识，再通过本课程培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践能力。
其具体要求包括：1、了解半导体材料与器件的基本研究方法；2、理解半导体材料与器件相关制备与基本测试设备的原理、功能及使用方法，并能够独立操作；3、通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高理论学习的主动性。
开设本课程的目的是培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力，提高实验技能。
（四）教材与主要参考书。
教材：《半导体物理实验讲义》,自编教材参考书：1. 半导体器件物理与工艺(第三版)，施敏，苏州大学出版社，2. [美]A.S.格罗夫编,齐健译.《半导体器件物理与工艺》.科学出版社，1976二、课程内容与安排实验一绪论1、介绍半导体物理实验的主要内容2、学生上课要求，分组情况等实验二四探针法测量电阻率一、实验目的或实验原理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、能对给定的薄膜和块体材料进行电阻率测量，并对实验结果进行分析、处理。
二、实验内容1、测量单晶硅样品的电阻率；2、测量FTO导电层的方块电阻；3、对测量结果进行必要的修正。
三、实验仪器与材料四探针测试仪、P型或N型硅片、FTO导电玻璃。
一、实验名称：（例如：半导体PN结特性研究）二、实验目的：1. 理解半导体的基本特性。
2. 掌握PN结的形成原理和特性。
3. 学习使用半导体测试仪器进行实验操作。
4. 分析实验数据，加深对半导体物理知识的理解。
三、实验原理：（简要介绍实验涉及的物理原理和理论基础）四、实验仪器与材料：1. 半导体测试仪2. 信号发生器3. 示波器4. 测量电阻5. 测试架6. 硅二极管7. 氮化镓二极管（可选）8. 实验指导书五、实验步骤：1. 仪器准备：- 检查所有实验仪器是否正常工作。
- 连接好测试架，确保电路连接正确。
2. 实验测量：- 将硅二极管和氮化镓二极管（如有）分别接入测试仪。
- 调整信号发生器，输出不同频率和幅值的正弦波。
- 通过测试仪测量二极管的正向和反向电流，记录数据。
- 使用示波器观察二极管的伏安特性曲线。
3. 数据分析：- 分析不同电压和频率下二极管的电流变化。
- 比较硅二极管和氮化镓二极管的伏安特性差异。
4. 实验报告：- 撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、结果和分析。
六、实验注意事项：1. 在操作过程中，注意安全，避免触电和烫伤。
2. 调整信号发生器时，注意避免输出过大的电压和电流。
3. 实验过程中，保持电路连接的稳定性。
4. 实验结束后，关闭所有仪器，整理实验台。
七、实验报告模板：1. 实验目的2. 实验原理3. 实验步骤4. 实验数据记录与分析- 不同电压下硅二极管的正向和反向电流- 不同电压下氮化镓二极管的正向和反向电流- 伏安特性曲线对比分析5. 实验结论6. 讨论与改进7. 实验心得八、教学评估：1. 实验操作规范性2. 数据记录与分析能力3. 实验报告质量4. 对半导体物理知识的理解程度九、教学反思：（教师对实验教学效果的反思和改进建议）---本模板可根据具体实验内容和要求进行调整和补充，以确保实验教学的有效性和学生学习的积极性。
半导体物理试验《半导体物理实验》教学大纲课程编号：MI4221016课程名称：半导体物理实验英文名称：Experiments ofSemiconductor Physics学时：8 学分：0.5课程类别：限选课程性质：专业课适用专业：集成电路与系统集成先修课程：半导体物理和半导体器件电子学开课学期：4 开课院系：微电子学院一、课程的教学目标与任务目标：培养学生独立完成半导体材料特性测试、分析的实践动手能力，巩固和强化半导体物理知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力，锻炼学生分析、探讨和总结实验结果的能力。
任务：在理论课程的学习基础上，通过大量实验，熟练掌握现代微电子技术中半导体材料特性相关的实验手段和测试技术。
课程以教师讲解，学生实际动手操作以及师生讨论的形式实施。
二、本课程与其它课程的联系和分工本实验要求学生掌握半导体物理效应的测试技术和分析手段，共设置9个实验，要求学生选择完成其中4个实验。
（一）高频光电导衰退法测量非平衡少子寿命（2学时）具体内容：利用高频光电导衰退法分别测量具有高、中、低电阻率的半导体单晶硅样品的少子寿命，并对测试结果进行分析和探讨。
1.基本要求（1）掌握高频光电导衰退法测量少子寿命的测试原理和方法；（2）掌握半导体材料中少子、少子寿命和电阻率等相关概念。
2.重点、难点重点：高频光电导衰退法测试实验样品的少子寿命；难点：概念理解和测试结果分析和探讨。
3.说明：学习和掌握非平衡少子寿命的测试原理和测试方法。
（二）恒定表面光电压法测量硅中少子的扩散长度（2学时）具体内容：利用恒定表面光电压法测试硅样品中少子的扩散长度。
1.基本要求（1）了解恒定表面光电压法测试硅材料中少子扩散长度的测试原理；（2）掌握半导体中少子扩散长度的测试方法。
2.重点、难点重点：对实验样品进行少子扩散长度的测试；难点：实验仪器的使用和少子扩散长度的准确测量。
3.说明：掌握半导体中少子扩散长度的测试方法。
半导体物理50本书1、半导体激光器基础633/Q003 (日)栖原敏明著科学出版社;共立出版2002.72、半导体异质结物理211/Y78虞丽生编著科学出版社1990.53、超高速光器件9/Z043 (日)斋藤富士郎著科学出版社;共立出版2002.74、半导体超晶格物理214/X26夏建白，朱邦芬著上海科学技术出版社19955、半导体器件:物理与工艺6/S52 (美)施敏(S.M.Sze)著科学出版社1992.56、材料科学与技术丛书.第16卷,半导体工艺5/K035(美)R.W.卡恩等主编科学出版社19997、光波导理论与技术95/L325李玉权,崔敏编著人民邮电出版社2002.128、半导体光学性质240.3/S44沈学础著科学出版社1992.69、半导体硅基材料及其光波导571.2/Z43赵策洲电子工业出版社199710半导体器件的材料物理学基础612/C49陈治明，王建农著科学出版社1999.511、半导体导波光学器件理论及技术666/Z43赵策洲著国防工业出版社1998.612、半导体光电子学631/H74黄德修编著电子科技大学出版社1989.913、分子束外延和异质结构523.4/Z33 <美>张立刚，<联邦德国>克劳斯·普洛格著复旦大学出版社1988.614、半导体超晶格材料及其应用211.1/K24康昌鹤，杨树人编著国防工业出版社1995.1215、现代半导体器件物理612/S498 (美)施敏主编科学出版社2001.616、外延生长技术523.4/Y28杨树人国防工业出版社1992.717、半导体激光器633/J364江剑平编著电子工业出版社2000.218、半导体光谱和光学性质240.3/S44(2)沈学础著科学出版社200219、超高速化合物半导体器件572/X54谢永桂主编宇航出版社1998.720、半导体器件物理612/Y75余秉才，姚杰编著中山大学出版社1989.621、半导体激光器原理633/D807杜宝勋著兵器工业出版社2001.622、电子薄膜科学524/D77 <美>杜经宁等著科学出版社1997.223、半导体超晶格─材料与应用211.1/H75黄和鸾，郭丽伟编著辽宁大学出版社1992.624、半导体激光器及其应用633/H827黄德修，刘雪峰编著国防工业出版社1999.525、现代半导体物理O47/X172夏建白编著北京大学出版社200026、半导体的电子结构与性能22/Y628 <英>W.施罗特尔主编科学出版社200127、半导体光电子技术9/Y770余金中编著化学工业出版社2003.428、半导体器件研究与进展.三6/W36/3王守武主编科学出版社1995.1029、国家自然科学基金重大项目“半导体光子集成基础研究”学术论文集:项目编号：69896260(2001.7-2002.5)638/G936/2001-022002.630、半导体激光器件物理学665/T23 <英>G.H.V.汤普森著电子工业出版社198931、半导体的检测与分析34/Z66中国科学院半导体研究所理化分析中心研究室编著科学出版社198632、材料分析测试技术:材料X射线衍射与电子显微分析55/Z78周玉,武高耀编著哈尔滨工业大学出版社1998.833、光纤通信用光电子器件和组件TN929.11/H800.2黄章勇编著北京邮电大学出版社200134、硅微机械加工技术571.2/H76黄庆安科学出版社1996.35、X射线结构分析与材料性能表征O72/T49滕凤恩科学出版社1997.1236、非线性光学频率变换及激光调谐技术O436.8/Y35姚建铨科学出版社;1995.337、半导体光检测器631.5/Z22 (美)W.T.Tsang主编电子工业出版社1992.338、介观物理O462/Y17阎守胜,甘子钊主编北京大学出版社1995.439、人工物性剪裁:半导体超晶格物理、材料及新器件结构的探索211.1/Z57郑厚植编著湖南科学技术出版社1997.40、光学薄膜原理O437.14/L63林永昌,卢维强编著国防工业出版社199041、半导体物理学2/L71B刘恩科，朱秉升等编国防工业出版社1979.1242、半导体物理学2/L33李名复著科学出版社1991.243、半导体物理与器件2/X58忻贤坤编著上海科学技术文献出版社1996.244、砷化镓微波功率声效应晶体管及其集成电路624.26/L35李效白编著科学出版社1998.245、半导体测试技术55/S98孙以材编著冶金工业出版社1984.1046、X射线衍射与电子显微分析基础O439.634/M18马咸尧主编华中理工大学出版社1993.847、砷化镓的性质572.162/Y14亚当斯.A.R.等著科学出版社199048、高等激光物理学O45/L31李福利编著中国科技大学出版社1992.849、半导体器件工艺616/D52电子工业半导体专业工人技术教材编写组上海科学技术文献出版社1984.150、凝聚态物理学新论O462.031/F61N冯端,金国钧著上海科学技术出版社1992.12“压力传感器的设计制造与应用”目录压力传感器的设计制造与应用作者：孙以材出版：北京冶金工业出版社2000 年出版尺寸：20cmISBN：7-5024-2400-8形态：615 页- 107 章节定价：CNY40.00附注：河北省教育委员会学术著作出版基金资助浏览：在线阅读全文下载摘要本书主要介绍压阻型压力传感器的原理、弹性力学应力机械加工到芯片封接与引线;介绍压力传感器的技术特性、选用及各种热漂移补偿技术等。
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。
国外好的半导体物理教材
在国外，有几本被广泛认为是非常优秀的半导体物理教材，包括：
1. 《Physics of Semiconductors》 by Richard M. Bostedt：这本书是半
导体物理的经典教材之一，内容涵盖了从基本物理到现代半导体技术的各个方面，包括晶体结构、电子能级、光学性质、电学性质等。
该书的特点是深入浅出，易于理解，适合本科生和研究生学习。
2. 《Introduction to Semiconductor Physics》 by Artur Grossner：这
是一本相对较新的教材，介绍了半导体物理的基本原理和应用。
该书的内容涵盖了半导体的基本性质、能带结构、载流子输运、光学性质等，同时也介绍了现代半导体技术，如光伏、LED等。
该书的特点是内容新颖，重点突出，适合本科生和研究生学习。
3. 《Semiconductor Physics and Devices》 by S. M. Sze：这是一本比较全面的半导体物理教材，涵盖了从基本物理到各种半导体器件的介绍。
该书的内容包括半导体的能带结构、载流子输运、光电性质、以及各种半导体器件的原理和特性。
该书的特点是内容全面，深入浅出，适合本科生和研究生学习。
以上是一些优秀的半导体物理教材，选择适合自己学习风格的教材是非常重要的。
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。
《半导体物理与器件》实验教学大纲一、课程简介《半导体物理与器件》实验是应用物理专业课程《半导体物理与器件》的相应实践教学环节，是该课程的课内实验部分。
二、课程实验教学目的与要求通过对基本的半导体物理参量和半导体器件特性的测量与观察，培养学生的实验操作能力和解决实际问题的能力；培养学生实事求是、理论联系实际的科学作风，加深对半导体物理与器件相关理论的理解。
三、实验项目1. 霍耳效应测半导体中的载流子浓度及载流子迁移率实验目的任务：1）了解霍耳效应实验原理，掌握测量霍耳系数和电导率的实验方法； 2）会根据测试数据判断出半导体样品的导电类型； 3）会计算半导体样品的载流子浓度及载流子迁移率。
实验原理：1）固定励磁电流（400mA ）测量霍尔电压与工作电流的关系曲线；IB K end IBU H H =-=式中end K H 1-=称为霍耳元件的灵敏度，则载流子浓度 edK n H 1-=，ed K p H 1-=载流子迁移率V I b l K H=μ实验内容：测霍尔元件的载流子浓度1）调节“励磁电流”旋钮使励磁电流sI 为400毫安。
调节工作电流I 为2.00、3.00…毫安(间隔为1.00mA)记录霍耳电压,描绘H U I-曲线，求斜率；2）根据所测数据，判断霍尔实验样品的导电类型（P 或N 型）。
3）根据所给出的样品参数和磁场参数以及所测数据，计算半导体样品的载流子浓度。
测霍尔元件的载流子迁移率1）调节工作电流I 为2.00、3.00…毫安(间隔为1.00mA)，记录对应的根据所测数据，判断霍尔实验样品的导电类型（P 或N 型）。
输入电压V ；描绘V I -曲线;2）根据所给出的样品参数和磁场参数以及所测数据，计算半导体样品的载流子迁移率。
2. PN 结二极管伏安特性的测试实验目的：1.掌握PN 结二极管单向导电性的基本原理；2. 针对二极管的非线性特点，要求同学们根据实验任务要求，确定实验方案，选择实验仪器，设计实验线路，做好测试工作，画出二极管的伏安特性曲线。
