
- •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
Указания по технике безопасности
Перечитать в лаборатории.
1. Каждый приступающий к работе в лаборатории должен предварительно ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, получить у руководителя занятий дополнительный инструктаж и расписаться в соответствующем журнале. Ознакомиться с местом расположения медицинской аптечки, средств пожаротушения, силовых и осветительных рубильников.
2. Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с нужным оборудованием и приборами и убедиться в их исправности.
Внимание! Лабораторный макет и все измерительные приборы, используемые при выполнении лабораторных работ, питаются от промышленной сети переменного тока напряжением 220 В, что может быть опасным для жизни и здоровья.
3. Все работы в лаборатории могут проводиться только с разрешения преподавателя или заведующего лабораторией (инженера).
4. При выполнении лабораторных работ следует использовать только перечисленные в методических указаниях приборы и оборудование. Запрещается самовольное включение макетов и приборов, особенно не относящихся к выполняемой работе.
5. Если по ходу выполнения работы требуется неоднократное включение и выключение лабораторного макета, эта операция должна быть поручена одному лицу.
6. При выполнении лабораторных работ запрещается:
• включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя работ;
• касаться токоведущих частей приборов и оборудования, находящихся под напряжением переменного или постоянного тока;
• оставлять включенные приборы и оборудование без надзора;
• работать с приборами в лаборатории одному;
• ходить по лаборатории без дела;
• загромождать рабочее место посторонними предметами, затрудняя доступ к сетевым выключателям и розеткам.
7. При несчастном случае следует немедленно устранить источник опасности, отключить все приборы и оборудование, оказать пострадавшему первую помощь и сообщить о случившемся руководителю занятий.
8. По окончании занятий нужно отключить приборы, привести в порядок рабочее место и с разрешения преподавателя покинуть лабораторию.
Предисловие
Изучение курса «Физические основы микроэлектроники» включает в себя проведение лабораторных и практических работ по основным разделам программы. Настоящая книга является учебным пособием для выполнения таких работ студентами вузов. При написании учебного пособия автор исходил из следующих основных задач:
1). отобрать для практикума лабораторные работы таким образом, чтобы обеспечить поддержку основных разделов курса;
2). в руководствах к лабораторным работам достаточно подробно изложить теорию рассматриваемого вопроса и метода, чтобы обеспечить возможность качественного выполнения студентами лабораторных работ, даже если теоретический материал еще не прочитан на лекциях (что особенно существенно для студентов-заочников);
3). привести базовые формулы для решения задач по основным разделам дисциплины, показать основные пути решения задач и представить необходимый минимум таких задач для самостоятельного решения. В пособии приводится алгоритм подбора задач для контроля.
4). ознакомить студентов с вопросами подготовки и планирования эксперимента, проведения физических измерений, обработки полученных результатов, анализа основных источников ошибок и оценки погрешностей.
Книга состоит из трех разделов и приложений.
В первой главе пособия особое внимание уделяется анализу основных источников ошибок, способам их оценок, учета и уменьшения влияния ошибок на результаты опыта. Представлена таблица и алгоритм для оценки погрешностей записи и обработки результатов эксперимента. В первом разделе также рассмотрены правила обращения с приближенными числами системы единиц измерений.
Во второй главе приведены описания одиннадцати лабораторных работ по физике полупроводников, контактов, МДП-структур, термоэлектрических явлений, фотоэффектов и физике тонких пленок. Рассмотрены вопросы практического применения этих эффектов. Третья глава пособия посвящена решению задач. В приложении приведены справочные данные: свойства полупроводников, константы, единицы СИ.
В каждой лабораторной работе сформулирована цель, что позволяет студенту четко уяснить, что является главным в работе. Приведенная теория вопроса и метода облегчает осознанное выполнение лабораторной работы. Контрольные вопросы позволяют студенту оценить степень усвоения материала. В каждом описании работы приведена литература, изучение которой позволит более полно ответить на контрольные вопросы.
Содержание пособия соответствует стандартам специальностей. Такие разделы, как основы квантовой механики, применение уравнения Шредингера, фазовая и групповая скорости, уравнение непрерывности, фотоны, перенос заряда в тонких пленках рассмотрены в практических работах. Остальные разделы: элементы зонной теории, примесные уровни, рекомбинационные эффекты, контактные и поверхностные явления, полевой транзистор рассмотрены в лабораторных и частично в практических работах.
Автор выражает благодарность сотрудником кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры и радиотехнического факультета МарГТУ за помощь в постановке данного практикума.
Лабораторная работа 2.8 поставлена Г.А. Меркурьевым. Автор благодарит А.П. Большакова.