- •В.Н. Игумнов физические основы микроэлектроники практикум
- •Оглавление
- •Глава 1 7
- •Глава 2 36
- •Глава 3 163
- •Указания по технике безопасности
- •Предисловие
- •Глава 1 Обработка результатов измерений
- •1.1. Основные понятия и определения метрологии
- •1.2. Погрешности прямых измерений
- •1.2.1. Поправки
- •1.2.2. Случайные погрешности
- •Коэффициенты Стьюдента
- •Обратный ток через p-n-переход
- •1.2.3. Погрешность прибора
- •1.2.4. Погрешность округления. Полная погрешность прямого измерения
- •Э.Д.С. Датчика Холла
- •1.3. Погрешность косвенных измерений
- •1.3.1. Вычисление абсолютной и относительной погрешности
- •Результаты наблюдений
- •1.3.2 Схемы и формулы расчета погрешностей
- •1.3.3. Планирование эксперимента и оценка погрешности
- •1.4. Приближенные вычисления
- •1.5. Единицы измерения физических величин
- •1.6. Оформление результатов измерений
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 2 Лабораторные работы
- •2.1. Исследование характеристических параметров полупроводников
- •Зонная структура полупроводников
- •Температурная зависимость электропроводности
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Исследование полупроводников с помощью эффекта Холла
- •Основные сведения из теории
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Исследование эффекта поля в полупроводниках на базе полевого транзистора
- •Поверхностные состояния
- •Порядок выполнения работы
- •Величина тока стока
- •Величина тока стока
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Определение потенциала Ферми в полупроводниках с помощью коэффициента термоэдс
- •Основные сведения из теории
- •Задание и отчетность
- •Контрольные вопросы
- •2.5. Определение коэффициента Пельтье компенсационным методом
- •Основные сведения из теории
- •Применение эффекта Пельтье для охлаждения радиоаппаратуры
- •Описание установки и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.6. Контакт металл – полупроводник
- •Основные сведения из теории
- •Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.7. Изучение электрофизических процессов вp-nпереходе
- •Основные сведения из теории
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.8. Исследование кинетики формовки оксидных пленок при электрохимическом окислении металлов
- •Основные сведения из теории
- •Плазменно-электролитическое анодирование
- •Состояние теории образования оксидных пленок
- •Свойства оксидных пленок
- •Описание установки и анодирование
- •Измерение динамики роста и свойств оксидной пленки
- •Задания и отчетность
- •Контрольные вопросы
- •2.9. Исследование процессов в полупроводниковом фоторезисторе
- •Фотопроводимость и поглощение света полупроводниками
- •Процессы захвата, заряда, прилипания и рекомбинации носителей заряда
- •Время жизни носителей заряда. Квантовый выход
- •Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.10. Полупроводники в сильных электрических полях
- •Теоретическая часть
- •Эффект Ганна
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •2.11. Свойства тонких проводящих пленок
- •Свойства тонких пленок
- •Контроль толщины тонких пленок
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 3 Решение задач
- •3.1. Структура твердых тел Основные справочные формулы
- •Примеры решения задач
- •3.2. Энергетические состояния микрочастиц Основные справочные формулы
- •Примеры решения задач
- •3.3. Электрические свойства твердых тел Основные справочные формулы
- •Примеры решения задач
- •3.4. Свойстваp-nперехода Основные справочные формулы
- •Примеры решения задач
- •Приложения п.1. Фундаментальные физические постоянные
- •П.2. Свойства полупроводников
- •П.3. Некоторые единицы системы си Основные единицы
- •Некоторые производные механические единицы
- •Некоторые производные единицы электрических величин
- •Некоторые производные единицы магнитных величин
- •П.4. Внесистемные единицы, допускаемые к применению
- •П.5. Плотность некоторых твердых тел
- •Библиографический список
- •424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина,3
- •424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова,17
Измерительная установка и методика измерений
В работе используется компенсационный метод измерений на постоянном токе. Принципиальная схема измерительной установки приведена на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Ориентировочное расположение элементов измерительной схемы
Четыре зонда (1,2,3,4), находящиеся в одной плоскости, помещаются на поверхности образца. Зонды (1, 4) служат для проведения тока к образцу, зонды (2,3) – для снятия падения напряжения с определенного участка образца.
Через токовые контакты пропускают ток заданной величины и измеряют падение напряжения между двумя зондами. Если можно пренебречь переходными сопротивлениями токовых контактов, то эти контакты могут быть использованы для измерения падения напряжения между ними. Однако, как правило, для контакта металл-проводник это не так. Во всех случаях необходимо принимать меры к предотвращению инжекции неосновных носителей заряда через токовые контакты.
Рис. 2.7. Упрощенная схема четырехзондового метода измерения
Для определения удельного сопротивления обычно используют так называемый четырехзондовый метод. На плоской поверхности устанавливают четыре точечных зонда (рис. 2.7), расположенных достаточно близко друг от друга и далеко от границ образца, чтобы границы не влияли на электрическое поле вблизи контактов. Через наружные зонды пропускают ток, а внутренние зонды служат для измерения падения напряжения. Если зонды расположены по прямой линии, то в случае полубесконечного слитка удельное сопротивление материала определяют выражением:
, (2.12)
где I– ток, проходящий через зонды, А;
U– разность потенциалов между зондами, В;
S1,S2,S3, – расстояние между зондами, см.
Если зонды установлены на равном расстоянии друг от друга, т.е. S1=S2=S3, то выражение (2.12) значительно упрощается:
. (2.13)
При выполнении лабораторной работы используется образец, ограниченный снизу непроводящей поверхностью. В этом случае нужно воспользоваться поправочным коэффициентом , учитывающим толщину образца. На рис. 2.8 показан график поправочной функции. С учетом поправочного коэффициентарасчет производят по следующей формуле:
, (2.14)
где – поправочный коэффициент для расчета образца в форме такой пластины, нижняя поверхность которой является изолятором;
d– толщина пластины, 0,5 мм;
S– расстояние между зондами, 1 мм.
Рис. 2.8. График для определения поправочного коэффициента
Порядок выполнения работы
Измерить температурную зависимость электропроводности образца и определить ширину запрещенной зоны и энергию ионизации примесей.
При выполнении работы придерживаться следующего порядка:
1) вращая ручку регулятора температуры установить последовательно температуру 20°, 24,4°, 28,8°, …, 72,8°, т.е. начиная с 20°С замерять через каждое деление шкалы термометра. Проделать измерения три раза при тех же t. Результаты усреднить.
2) Удельное сопротивление образца определить по формуле:
, (2.15)
где ΔU– падение напряжения на зондовых электродах 2,3;
I– ток, протекающий через образец;
– поправочный коэффициент (см. рис. 2.8);
S– расстояние между зондами.
Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.
Таблица 2.1
№ |
ΔUср |
t, ºC |
T, K |
ρ |
σ |
ln σ |
1/T |
|
|
|
|
|
|
|
|
3) построить график температурной зависимости электропроводности в координатахT-1и определитьEgиΔE.
4) По данным, определенным в задании, построить зонную диаграмму.
5) По рис. 2.9 для двух образцов рассчитать ширину запрещенной зоны.
6) Оценить погрешности полученных результатов.