硼磷共掺杂n型金刚石薄膜的Hall效应_红外光谱和EPR研究

化学实验预习报告第一篇：化学实验预习报告工科化学实验预习报告实验题目：三草酸合铁酸钾的制备实验目的：1、熟悉络合物的基本知识2、掌握合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的基本原理和操作技术实验原理：实验以硫酸亚铁铵为原料,与草酸在酸性溶液中先制得草酸亚铁沉淀，然后再用草酸亚铁在草酸钾和草酸的存在下，以过氧化氢为氧化剂，得到铁(Ⅲ)草酸配合物，主要反应为:(NH4)2Fe(SO4)2 + H2C2O4 + 2H2O=FeC2O4·2H2O↓+(NH4)2SO4 + H2SO42FeC2O4·2H2O + H2O2 + 3K2C2O4 + H2C2O4=2K3[Fe(C2O4)3]·3H2O实验仪器及试剂：电子天平，抽滤装置，烧杯，酒精灯，水浴装置，表面皿。

(NH4)2Fe(SO4)2⋅6H2O，H2C2O4⋅2H2O，H2SO4（2 mol/L）,饱和K2C2O4溶液，乙醇（95%），H2O2（3%）实验步骤：1、草酸亚铁的制备称取适量硫酸亚铁铵固体放在烧杯中，然后加适量蒸馏水和H2SO4，加热溶解后，再加入一定量草酸溶液，加热搅拌至沸，然后迅速搅拌片刻，防止飞溅。

停止加热，静置。

待黄色晶体FeC2O4·2H2O沉淀后倾析，弃去上层清液，加入适量蒸馏水洗涤晶体，搅拌并温热，静置，弃去上层清液，即得黄色晶体草酸亚铁。

2、三草酸合铁（III）酸钾的制备往草酸亚铁沉淀中，加入饱和K2C2O4溶液，313K下水浴加热，恒温下慢慢滴加H2O2溶液，沉淀转为深棕色,加热溶液至沸以去除过量的H2O2,静置一会。

然后加入草酸溶液(沉淀溶解，溶液变为翠绿色)，溶液的pH值保持在4～5，加入95%的乙醇，混匀后冷却，可以看到烧杯底部有晶体析出（翠绿色）。

晶体完全析出后，抽滤，用乙醇淋洒滤饼，抽干混合液。

固体产品置于一表面皿上，置暗处晾干。

称重，计算产率。

注意事项：三草酸合铁（III）酸钾为翠绿色单斜晶体。

第十一章掺杂概述导电区和N-P结是晶圆内部或表面形成的半导体器件的基本组成部分。

他们是通过扩散或离子注入技术在晶圆中形成的。

本章将具体介绍N-P结的定义，扩散与离子注入的原理及工艺。

目的完成本章后您将能够：1.定义P-N结。

2.画出完整的扩散工艺流程图。

3.描述淀积步骤与推进步骤的不同。

4.列举三种类型的淀积源。

5.画出淀积和推进工艺的典型杂质浓度与深度位置的关系曲线。

6.列举离子注入机的主要部件。

7.描述离子注入的原理。

8.比较扩散与离子注入工艺的优势劣势。

结的定义使晶体管和二极管工作的结构就是N-P结。

结（junction）就是富含带负电的电子的区域（N 型区）与富含空穴的区域（P型区）的分界处。

结的具体位置就是电子浓度与空穴浓度相同的地方。

这个概念在扩散结的形成章节中已作过解释。

在半导体表面形成结的通常做法是热扩散（diffusion）或离子注入（ion implantation）。

掺杂区的形成扩散的概念扩散掺杂工艺的发展是半导体生产的一大进步。

扩散，一种材料通过另一种材料的运动，是一种自然的化学过程，在现实生活中有很多例子。

扩散的发生需要两个必要的条件。

第一，一种材料的浓度必需高于另外一种。

第二，系统内部必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。

扩散的原理被用来将N-型或P-型杂质引进到半导体表层深部。

然而，小尺寸器件的要求使业界转而采用离子注入作为主要的掺杂技术。

但是，一旦杂质进入晶圆的表面，后续的高温过程都会使它继续移动。

扩散定律决定了后续的移动。

气相扩散的一个例子就是常见的充压的喷雾罐（图11.1），比如房间除臭剂。

按下喷嘴时，带有压力的物质离开罐子进入到附近的空气中。

此后，扩散过程使得气体移动分布到整个房间。

这种移动在喷嘴被按开时开始，并且在喷嘴关闭后还会继续。

只要前面的喷雾引入的浓度高于空气中的浓度，这种扩散过程就会一直继续。

随着物质远离喷雾罐，物质的浓度会逐渐降低。

霍尔效应霍尔效应⼀、简介霍尔效应是磁电效应的⼀种，这⼀现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究⾦属的导电机构时发现的。

后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，⽽半导体的霍尔效应⽐⾦属强得多，利⽤这现象制成的各种霍尔元件，⼴泛地应⽤于⼯业⾃动化技术、检测技术及信息处理等⽅⾯。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本⽅法。

通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流⼦浓度及载流⼦迁移率等重要参数。

流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。

⼆、理论知识1． 1．霍尔效应将⼀块半导体或导体材料，沿Z ⽅向加以磁场B，沿X ⽅向通以⼯作电流I ，则在Y ⽅向产⽣出电动势H V ，如图1所⽰，这现象称为霍尔效应。

H V 称为霍尔电压。

(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正⽐，与板的厚度d 成反⽐，即d IB R V HH =(1)或 IB K V H H =(2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。

产⽣霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒⼦即载流⼦（N 型半导体中的载流⼦是带负电荷的电⼦，P 型半导体中的载流⼦是带正电荷的空⽳）在磁场中所受到的洛仑兹⼒作⽤⽽产⽣的。

如图1（a ）所⽰，⼀快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄⽚，置于沿Z 轴⽅向的磁场B中，在X 轴⽅向通以电流I ，则其中的载流⼦——电⼦所受到的洛仑兹⼒为j eVB B V e B V q F m -=?-=?=(3)式中V为电⼦的漂移运动速度，其⽅向沿X 轴的负⽅向。

e 为电⼦的电荷量。

m F 指向Y轴的负⽅向。

⾃由电⼦受⼒偏转的结果，向A 侧⾯积聚，同时在B 侧⾯上出现同数量的正电荷，在两侧⾯间形成⼀个沿Y 轴负⽅向上的横向电场H E （即霍尔电场），使运动电⼦受到⼀个沿Y 轴正⽅向的电场⼒e F，A 、B ⾯之间的电位差为H V （即霍尔电压），则 jb V e j eE E e E q F H H H H e ==-==(4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有0=+e m F F=+-j b V e j eVB H即b V eeVB H= 得 VBb V H =(5)此时B 端电位⾼于A 端电位。

复习思考题与自测题第一章1.原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同, 原子中层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。

答：原子中的电子是在原子核与电子库伦相互作用势的束缚作用下以电子云的形式存在，没有一个固定的轨道；而晶体中的电子是在整个晶体运动的共有化电子，在晶体周期性势场中运动。

当原子互相靠近结成固体时，各个原子的层电子仍然组成围绕各原子核的封闭壳层,和孤立原子一样;然而，外层价电子则参与原子间的相互作用，应该把它们看成是属于整个固体的一种新的运动状态。

组成晶体原子的外层电子共有化运动较强，其行为与自由电子相似，称为准自由电子，而层电子共有化运动较弱，其行为与孤立原子的电子相似。

2.描述半导体中电子运动为什么要引入"有效质量"的概念, 用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性。

答：引进有效质量的意义在于它概括了半导体部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体部势场的作用。

惯性质量描述的是真空中的自由电子质量，而不能描述能带中不自由电子的运动，通常在晶体周期性势场作用下的电子惯性运动，成为有效质量3.一般来说, 对应于高能级的能带较宽,而禁带较窄,是否如此，为什么？答：不是，能级的宽窄取决于能带的疏密程度，能级越高能带越密，也就是越窄；而禁带的宽窄取决于掺杂的浓度，掺杂浓度高，禁带就会变窄，掺杂浓度低，禁带就比较宽。

4.有效质量对能带的宽度有什么影响，有人说:"有效质量愈大,能量密度也愈大,因而能带愈窄.是否如此，为什么？答：有效质量与能量函数对于K的二次微商成反比，对宽窄不同的各个能带，1（k）随k的变化情况不同，能带越窄，二次微商越小，有效质量越大，层电子的能带窄，有效质量大；外层电子的能带宽，有效质量小。

5.简述有效质量与能带结构的关系；答：能带越窄，有效质量越大，能带越宽，有效质量越小。

6.从能带底到能带顶,晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同；答：在能带底附近，电子的有效质量是正值，在能带顶附近，电子的有效质量是负值。

氮化硼(BN)材料制备与应用剖析
氮化硼(boron nitride，BN)是由第三族元素硼(B)和第五族元素氮(N)组成一种重要的III．V族化合物。

氮化硼具有宽带隙、高热导率、抗氧化性等优异的物理化学性能。

氮化硼还在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。

因此，氮化硼纳米材料的制备、纳米结构的测量、纳米器件的组装、氮化硼增韧陶瓷及光、电学性能的测试等成为当今无机纳米材料领域的重要研究方向。

 1.氮化硼结构
 氮化硼具有宽带隙、高热导率、抗氧化性等优异的物理化学性能。

氮化硼的结构与石墨相似，它常见的有两种杂化方式，sp2和sp3杂化。

sp2杂化的BN主要包括六方相氮化硼（h-BN）和三方相氮化硼（r-BN）：sp3
杂化的BN主要包括立方相氮化硼（c-BN）和纤锌矿结构氮化硼（w-BN）。

图1为氮化硼各晶型结构示意图。

 图1 氮化硼各晶型结构示意图
 2.氮化硼性质
 虽然氮化硼与石墨的结构相似，但是与石墨相比，氮化硼还具有很多优异的物理化学特性：
 1. 高耐热性，能耐2000℃的高温，直到3000℃时才升华。

 2. 高导热性，氮化硼具有良好导热性，是众多陶瓷材料中导热最火的材料之一。

 3. 优异的介电性能，高温绝缘性很好，电阻率在25℃时为104ΩNaN，在2000℃时为104ΩNaN，是陶瓷材料中最好的高温绝缘材料。

介电常数为。

氮化硼吸光范围
氮化硼是一种由硼和氮元素组成的化合物，具有多种形式，如六方氮化硼（h-BN）和立方氮化硼（c-BN）等。

它在光吸收方面的特性与其结构和化学性质有关。

对于h-BN，它通常表现出较低的光吸收，尤其是在可见光和近红外光区域。

这是因为h-BN 的能带结构使得其对这些波长的光的吸收较少。

然而，在紫外光区域，h-BN 可能会有一定程度的吸收。

c-BN 的光吸收特性与h-BN 有所不同。

c-BN 在可见光和近红外光区域的吸收可能较h-BN 稍微高一些，但总体上仍然相对较低。

这是由于c-BN 的晶体结构和电子能带结构的特点所决定的。

需要注意的是，氮化硼的光吸收范围可能还受到其他因素的影响，例如氮化硼的纯度、结晶度、表面形貌以及样品的制备方法等。

此外，不同的应用场景和实验条件也可能会对氮化硼的光吸收行为产生影响。

在实际应用中，氮化硼的光吸收特性可以通过光谱分析等技术来研究。

这些技术可以提供关于氮化硼在不同波长下的吸收强度和波长范围的详细信息。

总的来说，氮化硼对光的吸收范围相对较窄，主要集中在紫外光区域。

然而，具体的吸收范围可能会因氮化硼的形式和样品特性而有所变化。

对于特定的应用，需要进行详细的实验研究和光谱分析来确定氮化硼对光的吸收情况，并根据具体需求来选择和利用氮化硼的光吸收特性。

西安邮电大学微电子学系商世广半导体器件试题库常用单位：在室温（ T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为n i = 1.510×10/cm3电荷的电量 q= 1.6 ×10-19Cn2/V sp2/V s μ=1350 cmμ=500 cmε0×10-12F/m=8.854一、半导体物理基础部分（一）名词解释题杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消的作用，通常称为杂质的补偿作用。

非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。

迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。

晶向：晶面：（二）填空题1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为、多晶和三种。

2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为杂质和杂质两种。

3．点缺陷主要分为、和反肖特基缺陷。

4．线缺陷，也称位错，包括、两种。

5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向弯曲，获得空穴时，能带向弯曲。

6．能向半导体基体提供电子的杂质称为杂质；能向半导体基体提供空穴的杂质称为杂质。

7．对于 N 型半导体，根据导带低E C和 E F的相对位置，半导体可分为、弱简并和三种。

8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是、。

9．在 Si-SiO 2系统中，存在、固定电荷、和辐射电离缺陷 4 种基本形式的电荷或能态。

10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向移动；对于P 型半导体，当温度升高时，费米能级向移动。

（三）简答题1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？2．说明元素半导体Si 、 Ge中主要掺杂杂质及其作用？3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？（四）问答题1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？（五）计算题1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a，计算晶面（ 100）、（ 110）的面间距和原子面密度。