
- •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
Приложения п.1. Фундаментальные физические постоянные
Числовые значения констант даны с таким числом знаков, чтобы при возможном их уточнении изменение произошло не более чем на единицу в предпоследней значащей цифре.
Скорость света в вакууме
с= 2,9979∙108 м/с.
Постоянная Планка
h= 6,62∙10-34Дж.c,
ћ=h/2π= 1,05∙10-34Дж·c.
Заряд электрона
е= 1,60∙10-19Кл,
Масса покоя электрона
me= 9,108∙10-31кг.
Число Фарадея
F=eNa= 9,6485∙104Кл/моль,
где Na– число Авогадро;
Na= 6,022∙1023моль-1.
Постоянная Больцмана
1,3807∙10-23
Дж/ К,
где R– универсальная газовая постоянная;
R= 8,314 Дж/(моль К).
Магнитная постоянная
μ0=12,56·10-7Гн/м
Электрическая постоянная
ε0=8,85·10-12Ф/м.
Абсолютный нуль температуры
0К = -273,15ºС.
П.2. Свойства полупроводников
Наименование параметра |
Ge |
Si |
GaAs |
Атомный номер |
32 |
14 |
|
Атомная масса |
72,59 |
28,08 |
72,32 |
Кристаллическая структура |
решетка типа алмаза |
решетка типа алмаза |
решетка типа цинк. обманки |
Постоянная решетки, нм |
0,566 |
0,543 |
0,563 |
Концентрация атомов, 1028 м-3 |
4,42 |
4,99 |
1,3 |
Плотность (при 250С), 103 кг м -3 |
5,32 |
2,33 |
5,3 |
Твердость по шкале Мооса |
6,25 |
7 |
- |
Относительная диэлектрическая проницаемость |
16 |
12 |
11,1 |
Показатель преломления |
4,1 |
3,42 |
3,4 |
Работа выхода, эВ |
4,78 |
4,8 |
- |
Термическая ширина запрещенной зоны, эВ экстраполированная к 0К при 300К |
0,74 0,67 |
1,21 1,12 |
1,52 1,43 |
Температура плавления, ºС |
937 |
1420 |
1238 |
Температура кипения, ºС |
2700 |
2600 |
- |
Теплоемкость (при 300К) Дж/(моль К) |
22,919 |
19,483 |
- |
Линейный коэффициент теплового расширения, 10-6 К-1 |
6,1 |
4,2 |
5 |
Теплопроводность, Вт/м (25ºС) |
58,6 |
83,7 |
44 |
Подвижность (при 300 К) дырок, см2/(Вс) электронов, см2/(Вс) |
1820 3800 |
470 1300 |
435 11000 |
Коэффициент диффузии (300 К) электронов, см2/с дырок, см2/с |
98 47 |
34 12 |
220 11 |
Критическая напряженность поля для электронов, В/см для дырок, В/см |
900 1400 |
2500 7500 |
3000 - |
Критическая скорость электронов, 104 м/с дырок, 104 м/с |
3,2 2,4 |
3,3 2,8 |
- - |
Удельное сопротивление собственного полупроводника (300 K), Ом.см. |
47 |
2,3·105 |
- |
Относительная эффективная масса электронов дырок |
0,12 0,28 |
0,26 0,49 |
0,043 0,68 |
Концентрация собственных носителей заряда каждого знака (300 К), см-3 |
2,5·1013 |
1,5·1010 |
9,21·1013 |
П.3. Некоторые единицы системы си Основные единицы
Величина |
Символ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Длина |
L |
метр |
м |
L |
Масса |
m |
килограмм |
кг |
M |
Время |
t |
секунда |
с |
T |
Электрический ток |
I |
Ампер |
А |
I |
Температура |
T |
Кельвин |
К |
Θ |
Сила света |
Iv |
кандела |
Кд |
J |