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上篇 半导体物理实验2

第1章 半导体物理基础知识2

1.1 半导体的晶体结构与价键模型2

1.1.1 晶格2

1.1.2 原子价键3

1.1.3 晶体结构5

1.2 半导体的电子结构7

1.2.1 晶体能带模型与能带三要素7

1.2.2 半导体的电子结构8

1.3 半导体中的载流子10

1.3.1 平衡载流子与非平衡载流子10

1.3.2 本征半导体与本征激发11

1.3.3 非本征半导体与浅能级13

1.3.4 载流子的复合17

1.4 三维半导体中载流子的电输运18

1.4.1 漂移运动、漂移电流与迁移率18

1.4.2 散射与迁移率19

1.4.3 电导率23

1.4.4 扩散运动与扩散电流23

1.4.5 电流密度方程与爱因斯坦关系24

1.5 金属-半导体的接触24

1.5.1 功函数与电子亲和能24

1.5.2 阻挡层和反阻挡层25

1.5.3 金属-半导体肖特基接触27

1.5.4 肖特基势垒的电流输运28

1.5.5 势垒电容33

1.5.6 金属-半导体欧姆接触33

1.6 半导体表面效应和金属-绝缘体-半导体（MIS）结构34

1.6.1 半导体表面强反型与开启电压35

1.6.2 理想MIS结构的C-V特性36

1.6.3 理想MIS结构C-V特性的影响因素41

1.6.4 非理想MIS结构的C-V特性42

第2章 半导体物理实验46

2.1 晶体结构构建46

2.1.1 实验目的46

2.1.2 实验原理46

2.1.3 实验仪器（软件）48

2.1.4 实验步骤49

2.1.5 思考题58

2.1.6 参考资料58

2.2 晶体电子结构仿真与分析58

2.2.1 实验目的58

2.2.2 实验原理59

2.2.3 实验仪器（软件）60

2.2.4 实验步骤61

2.2.5 思考题64

2.2.6 参考资料64

2.3 单波长椭偏法测试分析薄膜的厚度与折射率64

2.3.1 实验目的64

2.3.2 实验原理65

2.3.3 实验仪器（软件）68

2.3.4 实验步骤68

2.3.5 思考题69

2.3.6 参考资料69

2.4 四探针测试半导体电阻率70

2.4.1 实验目的70

2.4.2 实验原理70

2.4.3 实验仪器74

2.4.4 实验步骤75

2.4.5 思考题75

2.4.6 参考资料75

2.5 霍尔效应实验76

2.5.1 实验目的76

2.5.2 实验原理76

2.5.3 实验仪器79

2.5.4 实验步骤及注意事项79

2.6 高频光电导法测少子寿命81

2.6.1 实验目的81

2.6.2 实验原理81

2.6.3 仪器使用83

2.6.4 实验步骤86

2.6.5 思考题87

2.6.6 参考资料87

2.7 肖特基二极管的I-V特性测试分析87

2.7.1 实验目的87

2.7.2 实验原理88

2.7.3 实验仪器88

2.7.4 实验步骤89

2.7.5 数据处理92

2.7.6 思考题93

2.7.7 参考资料93

2.8 肖特基二极管的势垒高度及半导体杂质浓度的测试分析93

2.8.1 实验目的93

2.8.2 实验原理94

2.8.3 实验仪器95

2.8.4 实验步骤95

2.8.5 数据处理101

2.8.6 思考题101

2.8.7 参考资料101

2.9 pn结势垒特性及杂质的测试分析102

2.9.1 实验目的102

2.9.2 实验原理102

2.9.3 实验仪器104

2.9.4 实验步骤104

2.9.5 数据处理105

2.10 MIS的高频C-V测试105

2.10.1 实验目的105

2.10.2 实验原理105

2.10.3 实验仪器109

2.10.4 实验步骤109

2.10.5 思考题114

2.10.6 参考资料114

下篇 微电子器件实验116

第3章 微电子器件基础知识116

3.1 二极管116

3.1.1 二极管的基本结构116

3.1.2 二极管的伏安特性116

3.1.3 二极管的击穿电压118

3.2 双极结型晶体管119

3.2.1 双极结型晶体管的基本结构119

3.2.2 BJT的工作状态120

3.2.3 BJT的放大作用120

3.2.4 BJT的输出特性曲线123

3.2.5 BJT的反向截止电流和击穿电压124

3.3 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）125

3.3.1 MOSFET的基本结构125

3.3.2 转移特性曲线和输出特性曲线126

3.3.3 MOSFET的阈电压128

3.3.4 MOSFET的直流电流电压方程129

第4章 微电子器件实验130

4.1 二极管直流参数测试130

4.1.1 实验目的130

4.1.2 实验原理130

4.1.3 实验器材131

4.1.4 实验方法和步骤136

4.1.5 实验数据处理140

4.1.6 思考题140

4.2 双极型晶体管直流参数测试141

4.2.1 实验目的141

4.2.2 实验原理141

4.2.3 实验器材142

4.2.4 实验方法和步骤142

4.2.5 实验数据处理148

4.2.6 思考题152

4.3 MOS场效应晶体管直流参数测试152

4.3.1 实验目的152

4.3.2 实验原理152

4.3.3 实验器材154

4.3.4 实验方法和步骤154

4.3.5 实验数据处理162

4.3.6 思考题163

4.4 双极型晶体管开关时间测试163

4.4.1 实验目的163

4.4.2 实验原理163

4.4.3 实验器材165

4.4.4 实验方法和步骤165

4.4.5 实验数据处理168

4.4.6 思考题169

4.5 双极型晶体管特征频率测试169

4.5.1 实验目的169

4.5.2 实验原理169

4.5.3 实验器材171

4.5.4 实验方法和步骤171

4.5.5 实验数据处理175

4.5.6 思考题176

4.5.7 参考资料176