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半导体器件基础实验1.实验目的通过利用EDA工具对肖特基二极管进行模拟仿真，并通过利用控制变量法,通过对影响PN结特性的一些因素的调节，观察其对PN结特性的影响。
2.实验概述1、改变掺杂浓度对肖特基二极管 I-V 曲线的影响2、改变金属功函数对肖特基二极管 I—V 曲线的影响3、改变温度对肖特基二极管 I—V 曲线的影响4、改变N区分布函数对肖特基二极管 I—V 曲线的影响3.实验内容1.N 区浓度对 IV 曲线及结构的影响6e186e10N型轻掺杂浓度为6e10＃（c） Silvaco Inc。
, 2013go atlasmesh space.mult=1。
0＃绘制x向网格x.meshloc=0。
00 spac=0.5x。
meshloc=3.00 spac=0.2x.meshloc=5.00 spac=0.25x.meshloc=7.00 spac=0.25x.meshloc=9。
00 spac=0。
2x.meshloc=12.00 spac=0.5#绘制y向网格y.meshloc=0.00 spac=0.1y.meshloc=1。
00 spac=0.1y.meshloc=2。
00 spac=0.2y。
meshloc=5.00 spac=0.4# 用硅半导体作衬底region num=1 silicon＃定义电极electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot#...。
N—epi doping N型掺杂doping n。
typeconc=6e10 uniform#。
.。
Guardring doping P型掺杂doping p。
typeconc=1e19 x。
min=0 x。
max=3 junc=1 rat=0.6 gaussdoping p.typeconc=1e19 x.min=9 x。
max=12 junc=1 rat=0。
微观半导体器件的仿真与优化研究随着信息技术的飞速发展，半导体产业在全球范围内已经成为最具竞争力和最有前途的产业之一。
微观半导体器件作为半导体产业中一个不可或缺的组成部分，对于提高半导体器件性能、降低功耗、提高芯片集成度等方面具有重要作用。
而对于微观半导体器件的仿真与优化更是必不可少的环节，因为在实际制造过程中微观半导体器件的设计和生产是一个相对复杂的过程，需要通过仿真得出最佳的设计方案。
微观半导体器件的仿真与优化是一个涉及多个学科和领域的复杂课题，包括物理学、化学、机械工程等。
在实际研究和生产过程中，科学家们通常会使用不同的仿真软件，如Silvaco、TCAD、COMSOL等，这些软件都有着各自的特点和优势。
TCAD是半导体器件仿真的重要工具之一。
由于物理学家们多年来对半导体的理论研究和实际操作经验的积累，现在我们对半导体材料物理特性的认知已经相当精确，因此，建立在物理准确性的基础上进行仿真可以提供比实验更详细、更广泛的信息。
Silvaco是一种常用的微观器件仿真软件，在半导体制造业中的应用非常广泛。
Silvaco可以仿真不同的技术和器件，包括模拟、混合信号和射频器件等。
该软件实现了高精度的仿真和大规模的模拟，从而可以提供最终产品更准确的物理性能和可靠性。
COMSOL Multiphysics是一种多物理场仿真软件，它可以模拟不同的物理现象，如电磁现象、热传输、流体动力学、结构力学等，并可以通过多个物理现象之间的相互作用来更好地描述实际情况。
这种仿真软件的优势之一是能够考虑很多物理场，从而获得更全面的信息，更真实的结果，因此在微观半导体器件仿真的优化和设计方面也有广泛的应用。
然而，上述仿真软件在使用时也存在一些问题和局限性。
首先，在使用任何仿真软件进行微观半导体器件仿真和优化时，我们必须满足其前提假设。
其次，当我们制造半导体器件的时候，必须要考虑的因素非常多，而所有的仿真工具都无法完全模拟这些影响；最后，尽管这些仿真软件可以提供详细的结果，但是基于其特性和限制，通常需要进行不同的校准和修正。
三极管与光电耦合器仿真实验报告摘要：本实验主要通过仿真方法研究了三极管与光电耦合器的工作原理和性能特点。
通过搭建电路模型并进行仿真分析，得出了三极管与光电耦合器的电流电压特性曲线，并对其性能进行了评估。
实验结果表明，三极管与光电耦合器具有较好的线性特性和高速响应能力，适用于各种电子设备和通信系统中的信号放大和隔离。
1. 引言三极管与光电耦合器是现代电子技术中常用的器件，广泛应用于各种电子设备和通信系统中。
三极管是一种具有放大作用的半导体器件，能够将小信号放大到较大的幅度，起到放大和开关的作用。
光电耦合器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，具有隔离和放大的功能。
本实验通过搭建电路模型，仿真分析了三极管与光电耦合器的工作原理和性能特点，为进一步理解和应用这些器件提供了参考。
2. 实验原理三极管是由三个掺杂不同的半导体材料层组成的，具有三个电极：发射极、基极和集电极。
当在基极-发射极之间施加正向偏置电压时，三极管处于放大状态，可以放大输入信号，实现信号放大的功能。
光电耦合器由光电二极管和放大电路组成，当光照射到光电二极管上时，光电二极管产生的电流经过放大电路放大后输出。
光电耦合器可以将输入的光信号转换为电信号，并具有电隔离的功能。
3. 实验步骤（1）搭建三极管电路模型，包括三极管、电阻和电源等元件。
（2）在仿真软件中设置电源电压和电阻大小，进行电路仿真。
（3）记录三极管的电流电压特性曲线，并分析其特点。
（4）搭建光电耦合器电路模型，包括光电二极管、放大电路和电源等元件。
（5）在仿真软件中设置光源功率和电阻大小，进行光电耦合器的仿真。
（6）记录光电耦合器的光-电转换特性曲线，并分析其性能。
4. 实验结果与分析（1）三极管的电流电压特性曲线：根据仿真结果，得到了三极管的电流电压特性曲线图。
在正向偏置电压下，三极管工作在放大状态，电流与电压呈线性关系。
随着电压的增加，电流也逐渐增大，但在一定电压范围内，电流增大的速率逐渐减小，即饱和现象。
分子束外延半导体微结构材料和器件实验室分子束外延半导体微结构材料和器件实验室（简称MBE实验室）是一个专注于研究分子束外延技术的实验室。
分子束外延（Molecular Beam Epitaxy）是一种通过在真空条件下逐层生长晶体材料的技术，可用于制备半导体纳米结构薄膜、异质结和纳米器件。
MBE实验室的主要研究内容包括材料的生长性能研究、物理性质的测量和理论模拟。
通过调控生长条件、探究材料的结构和性质之间的关系，实验室致力于提高半导体材料的生长质量和器件性能。
MBE实验室使用分子束外延技术生长半导体材料的过程中，采用的主要手段是通过物理气相沉积（PVD）方式将气体分子束沉积在基底上，形成纳米结构。
这个过程中，需要将材料的生长温度、材料的组分以及底座等参数进行适当的控制，从而实现对材料性质的调控。
MBE实验室的研究人员利用分子束外延技术制备各种半导体材料，包括磷化物、化合物半导体和氮化物等。
制备半导体材料之后，为了对其进行性能测试，MBE实验室配备了一系列先进的物性测试设备。
这些设备包括但不限于场发射扫描电镜（FESEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、电子能谱仪（ESCA）等。
这些仪器可以提供关于样品表面形貌、晶体结构、成分分析等信息，以便进一步研究其性能和相关物理现象。
与此同时，MBE实验室也注重理论研究和模拟计算。
通过建立理论模型和数值计算，研究人员可以更好地理解半导体材料的生长机制、晶体结构和电子结构等特性。
这些理论研究结果可为实验提供指导，为实验数据的解释提供理论依据。
除了研究外，MBE实验室还将重点关注纳米器件的应用开发。
根据不同的研究方向，实验室会制备不同类型的器件，如光电器件、电子器件等。
通过材料和器件的优化设计，实验室致力于在光电子、能源存储和集成电路等领域推动半导体技术的应用进展。
最后，MBE实验室也注重科学交流与合作。
与国内外的研究机构和大学建立合作关系，开展联合研究项目，参加国际学术会议和交流活动，将研究成果广泛传播，并与业界建立联系，以实现科研成果的产业化。
总第494期Vol.4942020年12月Dec.2020大学(教学与教育)University(Teaching&Education)虚拟仿真实验在半导体器件物理实验中的应用探究段小玲，王树龙，许晟瑞(西安电子科技大学微电子学院，陕西西安710071)摘要:半导体器件物理实验是微电子与集成电路专业的核心专业实验，具有实践性强及技术更新快的特点，而真实实验环节存在实验设备昂贵、安全风险和器件内部特征与参数信息难以获得等问题。
西安电子科技大学微电子学院实验中心把虚拟仿真实验应用到半导体器件物理实验当中，作为真实实验的有效补充，通过虚实结合的实验模式探索，解决了经费有限、安全风险和教学内容前沿创新不足等问题，积极促进了高水平、高素质、强能力的集成电路人才培养。
关键词:虚拟仿真;半导体器件物理实验;虚实结合中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1673-7164(2020)48-0075-03半导体器件是集成电路芯片的核心部分,其性能高低主导着芯片的整体性能。
半导体器件物理实验是微电子与集成电路专业的一门基础实验课，其涉及的实验设备相对昂贵,受到经费预算、场地空间、安全风险、试错成本、实验课时以及半导体器件本身结构特点等条件的限制,真实实验很难实现学生人手一台设备实验，使其在有限的实践环节中充分理解实验原理、进行实验操作并对实验结果进行全面深刻地分析。
为了解决实验课中普遍存在的问题，各大高校致力于实验室建设、团队建设、实验教学内容和教学模式改革探索和实践研究2〕。
西安电子科技大学微电子学院微电子与集成电路实验中心通过专业基础实验室重构和虚拟仿真实验室建设的多年探索，取得了一些教学改革经验叫进行了系列虚拟仿真实验建设和探索。
例如，把虚拟仿真实验应用到半导体器件物理实验当中，借助虚拟仿真技术“层层”剖析半导体器件,宜观、形象地展现出半导体器件内部不同方向上结构和参数的变化规律,增强学生对半导体器件结构、特性和原理的把握，弥补了传统实验教学存在的不足，使半导体器件物理实验教学更加高效。
实验报告实验名称半导体器件课程设计班级姓名：学号：实验日期：实验地点：一．P MOS的制造流程制作PMOS的主要流程为：衬底掺杂—〉栅氧化—〉离子注入—〉淀积多晶硅栅—〉多晶硅氧化—〉多晶掺杂—〉边墙氧化层淀积—〉边墙氧化层刻蚀形成氧化层—〉源漏注入—〉源漏退火—〉金属化—〉镜像生成PMOS结构。
二．实验程序和图形进入模拟软件后，输入数据和程序go athena# Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)line x loc=0.00 spac=0.10line x loc=0.20 spac=0.01line x loc=0.60 spac=0.01#line y loc=0.00 spac=0.008line y loc=0.20 spac=0.01line y loc=0.50 spac=0.05line y loc=0.80 spac=0.15# Initial Silicon Structure with <100> Orientationinit silicon c.phosphor=1.0e14 orientation=100 two.d# Gate Oxidationdiffus time=11 temp=950 dryo2 press=1.00 hcl.pc=3#extract name="Gateoxide" thickness material="SiO~2"mat.occno=1 x.val=0.3# Threshold Voltage Adjust implantimplant phosphor dose=9.5e10 energy=10 crysta l此图为离子注入后杂质浓度在画线处注入的磷的浓度相对于器件的深度的分布# Conformal Polysilicon Depositiondeposit polysilicon thick=0.20 divisions=10# Poly Definitionetch polysilicon left p1.x=0.35# Polysilicon Oxidationdiffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00# Polysilicon Dopingimplant boron dose=3.0e13 energy=10 crystal# Spacer Oxide Depositiondeposit oxide thick=0.12 divisions=10# Spacer Oxide Etchetch oxide dry thick=0.12# Soucer/Drain Implantimplant bf2 dose=5.0e15 energy=24 tilt=0 rotation=0 crystal # Source/Drain Annealingmethod fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00下图为源漏退火前后两图相叠加、对比的图形。
半导体实验报告一、实验目的本次半导体实验旨在深入了解半导体材料的特性和相关器件的工作原理，通过实验操作和数据测量，掌握半导体物理性能的测试方法，以及分析和解决实验中遇到的问题。
二、实验原理（一）半导体的导电特性半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电导率会随着温度、杂质浓度等因素的变化而发生显著改变。
这是由于半导体中的载流子（电子和空穴）浓度受到这些因素的影响。
（二）PN 结的形成与特性当 P 型半导体和 N 型半导体接触时，会在接触面形成 PN 结。
PN 结具有单向导电性，即在正向偏置时导通，反向偏置时截止。
（三）半导体器件的工作原理以二极管为例，其核心就是 PN 结。
当二极管正向偏置时，电流容易通过；反向偏置时，只有极小的反向饱和电流。
三、实验设备与材料（一）实验设备1、半导体特性测试仪2、数字示波器3、电源4、恒温箱（二）实验材料1、硅二极管若干2、锗二极管若干3、不同掺杂浓度的半导体样品四、实验步骤（一）测量二极管的伏安特性1、将二极管接入测试电路，缓慢改变施加在二极管两端的电压，从正向 0V 开始，逐步增加到较大的正向电压，然后再从 0V 开始，逐步增加到较大的反向电压。
2、记录不同电压下通过二极管的电流值。
（二）研究温度对二极管特性的影响1、将二极管放入恒温箱，设置不同的温度（如 20℃、50℃、80℃等）。
2、在每个温度下，重复测量二极管的伏安特性。
（三）测量半导体样品的电阻随温度的变化1、用四探针法测量半导体样品在不同温度下的电阻值。
2、记录温度和对应的电阻值。
五、实验数据与结果（一）二极管伏安特性1、硅二极管正向特性：在较低的正向电压下，电流增长缓慢；当电压超过一定阈值后，电流迅速增加。
反向特性：反向电流很小，且随着反向电压的增加基本保持不变，直到达到反向击穿电压。
2、锗二极管正向特性：与硅二极管相比，正向导通电压较低。
反向特性：反向饱和电流较大。
（二）温度对二极管特性的影响随着温度升高，二极管的正向导通电压降低，反向饱和电流增大。
第1篇一、实验目的1. 熟悉半导体材料的性质，掌握半导体材料的制备方法。
2. 学习使用四探针法测量半导体材料的电阻率和薄层电阻。
3. 掌握半导体材料霍尔系数和电导率的测量方法。
4. 了解太阳能电池的工作原理，并进行性能测试。
二、实验原理1. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，其电导率受温度、掺杂浓度等因素影响。
本实验所用的半导体材料为硅（Si）。
2. 四探针法：四探针法是一种测量半导体材料电阻率和薄层电阻的常用方法。
通过测量电流在半导体材料中流过时，电压的变化，可以得到材料的电阻率和薄层电阻。
3. 霍尔效应：霍尔效应是一种测量半导体材料霍尔系数和电导率的方法。
当半导体材料中存在磁场时，载流子在运动过程中会受到洛伦兹力的作用，导致载流子在垂直于电流和磁场的方向上产生横向电场，从而产生霍尔电压。
4. 太阳能电池：太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置。
本实验所用的太阳能电池为硅太阳能电池，其工作原理是光生电子-空穴对在PN结处分离，产生电流。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：四探针测试仪、霍尔效应测试仪、太阳能电池测试仪、数字多用表、温度计等。
2. 实验材料：硅（Si）半导体材料、太阳能电池等。
四、实验步骤1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在四探针测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算电阻率和薄层电阻。
2. 霍尔效应测量半导体材料霍尔系数和电导率（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。
（2）将样品放置在霍尔效应测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。
（3）记录实验数据，计算霍尔系数和电导率。
3. 太阳能电池性能测试（1）将硅太阳能电池放置在太阳能电池测试仪上。
（2）按照仪器操作步骤进行测试，记录实验数据。
（3）计算太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子等参数。
五、实验结果与分析1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻根据实验数据，计算得到硅半导体材料的电阻率和薄层电阻分别为：ρ =0.3Ω·m，Rt = 0.1Ω。
新型半导体材料与器件仿真实验项目
课程介绍与课件
电子科学与技术专业及微电子科学与工程专业的教学内容中，涉及到半导体纳米材料与器件。
纳米材料与器件的宏观物理特性是由材料的微观电子结构所决定的。
但是，材料的微观电子结构无法直接观察和测量，对学生理解和掌握所学知识带来了一定的难度；其次，制备纳米材料时需要考虑很多因素，如起始反应物的选择、反应物用量和配比，反应条件的设计。
为了获得性能好的产品，往往需要进行大量重复性的实验，对每一次实验结果进行分析检测，再改进方案重新实验。
即不断反复试验、不断摸索、不断修改，一直到获得最佳的结果为止。
如果需要摸索的条件多，实验研究的过程相应会增长，不利于提高研究效率。
通过虚拟仿真实验，以图形化、视频化的方式，栩栩如生的向学生展示了纳米材料的微观电子结构与宏观光学特性之间的关系；降低了实验成本。
加深了学生对学科基础理论知识的理解，使学生掌握本专业领域常用的设计与仿真软件工具，增强学生分析问题、解决问题的能力，进而达到较佳的教学效果。
在教学中，以启发式教学为主的教学方法。
采用录像、视频的形式，演示课程中所涉及的文物保护纳米涂层的作用，演示纳米材料的吸收光谱随纳米线尺寸的变化。
这部分穿插在多媒体课件中实施，解决传统课程黑板讲述不直观的问题。
激发学生的学习兴趣。
每次实验前，将学生分成若干个小组，通过小组讨论，进行合作学习，培养学生的思维表达能力，让学生多多参与，亲自动手、亲自操作、激发学习兴趣、促进学生主动学习。
小组讨论后，指导教师先进行一个基本的实验流程操作，对一些关键或容易出错之处进行强调，使学生首先有一个感性的认识。
每次实验都编排有依实验过程的相关问题的实验报告，学生一边实验操作一边思考，达到对理论或难点知识的深刻理解。
为了给学生提供一个良好的实验条件, 在课后学生可以在校园网内任何网络端口可全天候上机实践，并与指导老师进行交互。
若有任何问题，学生可以在网络平台给教师留言，进行意见反馈。
2-7实验方法与步骤要求（学生操作步骤应不少于10步）
1、模型的建立
（1）双击桌面的Materials Studio图标，进入Materials Studio材料设计软件界面；
（2）新建一个名为“ZnO nanowire”的工程文件；
（3）采用超晶胞的方法建立7×7×1的纤锌矿结构ZnO超胞，如图1所示：
图1 7×7×1纤锌矿结构ZnO超胞(红色球代表O原子，灰色球代表Zn原子)
（4）在7×7×1纤锌矿结构ZnO超胞内，截取不同尺寸（直径从0.4nm到3nm左右）的ZnO纳米线模型，具体截取的纳米线如图2所示，一个单胞内对应的原子数目分别为12、20、26、32、38、48、108。
图2 不同形状的ZnO纳米线结构俯视图
2、几何结构优化
不同尺寸ZnO纳米线的模型建立完成后，需要设置合理的计算参数，对图2所示不同尺寸的ZnO纳米线进行几何结构优化。
具体步骤如下：
（1）在Materials Studio 软件的菜单栏，点击Modules→CASTEP→Calculation，出现如图3界面；
图3 CASTEP模块计算参数设置界面
(2)几何结构优化中计算参数的设置；
几何结构优化时，需要对计算参数进行可靠性测试，如计算体系的赝势、平面波截断能、布里渊区的采样点（K-point）及交换关联泛函。
具体的计算参数设置范围如表1所示，
赝势Ultrasoft
截断能340~420eV
K点1×1×5~1×1×9
交换关联泛函GGA-PBE，GGA-PW91，GGA-WC
收敛精度1×10-6eV/atom
3、光学性质的计算
几何结构优化完成后，需要对优化好的不同尺寸ZnO纳米线的光学性质进行计算，得到其吸收系数与纳米线尺寸的关系。
光学性质计算时，计算参数的设置同几何结构优化。
2-8实验结果与结论要求
图4 几种典型ZnO纳米线的光吸收图谱(剪刀算符修正值2.43eV)图4是优化参数条件下几种典型的ZnO纳米线以及体ZnO的光吸收谱，从图中可以看出，随着ZnO纳米线尺寸的减小，由于禁带宽度变宽，纳米线吸收光谱都向短波长方向移动，即发生了蓝移现象，且所有的吸收光谱波长均对应于紫外波段，表明ZnO纳米线是一种可用于紫外光器件开发的优选材料。
同时，ZnO纳米线随着尺寸的变化所表现出的光谱连续可调的特性，将有利于人们设计出具有较好的抗紫外线特性、可用于文物保护方面的ZnO纳米线材料。
2-9考核要求
1新型功能材料设计仿真的内涵与定义
2能直接从理论模型和计算，预测及设计新材料的结构与性能
3学会如何筛选满足需求的ZnO纳米线
2-10面向学生要求
（1）专业与年级要求
电子科学与技术专业四年级学生、微电子科学与工程专业四年级学生
（2）基本知识和能力要求等
掌握MS软件的基本操作。
具有半导体物理学基础知识和固体物理的基本知识背景
3.实验教学项目相关网络要求描述。
