1、半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱一、課程說明（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學(xué)分；課程名稱：半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)所屬專業(yè)：電子材料與器件工程專業(yè)本科生課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分:4（二）課程簡介、目標(biāo)與任務(wù)；本課程是為物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院電子材料與器件工程專業(yè)大四本科生所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課，是一門專業(yè)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)課程。開設(shè)本課程的目標(biāo)和任務(wù)是使學(xué)生熟練掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備、基本物理參數(shù)以及物理性質(zhì)的測試原理和表征方法，為半導(dǎo)體材料與器件的開發(fā)設(shè)計(jì)與研制堅(jiān)定基礎(chǔ)。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；由于是實(shí)驗(yàn)課，所以需要學(xué)生首先掌握半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件的基本知

2、識，再通過本課程培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體材料和器件的制備及測試方法的實(shí)踐能力。其具體要求包括：1、了解半導(dǎo)體材料與器件的基本研究方法；2、理解半導(dǎo)體材料與器件相關(guān)制備與基本測試設(shè)備的原理、功能及使用方法，并能夠獨(dú)立操作；3、通過親自動手操作提高理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高理論學(xué)習(xí)的主動性。開設(shè)本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力，提高實(shí)驗(yàn)技能。（四）教材與主要參考書。教材：半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)講義,自編教材參考書：1.半導(dǎo)體器件物理與工藝（第三版），施敏，蘇州大學(xué)出版社，2. 美A.S格羅夫編，齊健譯.半導(dǎo)體器件物理與工藝科學(xué)出版社，1976二、課程內(nèi)容與安排實(shí)驗(yàn)一緒論1、

3、介紹半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容2、學(xué)生上課要求，分組情況等實(shí)驗(yàn)二四探針法測量電阻率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解四探針電阻率測試儀的基本原理；2、了解的四探針電阻率測試儀組成、原理和使用方法；3、能對給定的薄膜和塊體材料進(jìn)行電阻率測量，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、處理二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量單晶硅樣品的電阻率；2、測量FTO導(dǎo)電層的方塊電阻；3、對測量結(jié)果進(jìn)行必要的修正。三、實(shí)驗(yàn)儀器與材料四探針測試儀、P型或N型硅片、FTO導(dǎo)電玻璃。實(shí)驗(yàn)三橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解橢圓偏振法測量薄膜參數(shù)的基本原理；2、掌握橢圓偏振儀的使用方法，并對薄膜厚度和折射率進(jìn)行測量。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4、1、測量硅襯底上二氧化硅膜的折射率和厚度；三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料橢圓偏振儀、硅襯底二氧化硅薄膜。實(shí)驗(yàn)四激光測定硅單晶的晶向一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、理解激光測量Si單晶晶面取向的原理；2、學(xué)會利用激光測量單晶Si的晶面取向。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、單晶Si的磨片與腐蝕；2、測量處理Si片的晶面取向。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料He-Ne激光器、光具座、光屏、NaOH、電爐、燒杯、單晶Si片等。實(shí)驗(yàn)五紫外可見分光光度計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解紫外可見分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)、性能及使用方法；2、熟悉常見樣品透過、吸收光譜的測量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、分別測量紅、藍(lán)墨水的吸收光譜；2、測量半導(dǎo)體薄膜的透射/

5、吸收光譜，并計(jì)算材料的光學(xué)帶隙。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料紫外可見分光光度計(jì)、紅墨水、藍(lán)墨水、比色皿、半導(dǎo)體薄膜。實(shí)驗(yàn)六太陽電池參數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)與光電特性；2、掌握太陽能電池電學(xué)性能測試的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、無光照時，測量太陽能電池的伏安特性曲線；2、有光照時，測量太陽能電池的短路電流、開路電壓、最大輸出功率及填充因子三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料太陽能電池板、電壓表、電流表、滑線變阻器、直流電流源。實(shí)驗(yàn)七熒光分光光度計(jì)測量半導(dǎo)體光致發(fā)光一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、理解半導(dǎo)體光致發(fā)光的動力學(xué)過程；2、學(xué)會利用熒光分光光度計(jì)測量半導(dǎo)體的光致發(fā)光，確定半

6、導(dǎo)體的帶隙與帶間能級；3、分析不同激發(fā)波長對半導(dǎo)體發(fā)光的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量不同帶隙寬度半導(dǎo)體的光致發(fā)光；2、利用不同激發(fā)波長測量同一樣品的光致發(fā)光；3、測量光致發(fā)光的激發(fā)譜。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料熒光分光光度計(jì)、ZnO、GaN及稀土摻雜GaN等。實(shí)驗(yàn)八MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性；2、理解高頻C-V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO界面附近的電荷密度的原理；23、學(xué)會用高頻C-V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO界面附近的電荷密度。2二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量MOS結(jié)構(gòu)的高頻C-V特性曲線。2、通過數(shù)據(jù)確定氧化層厚度、Si/SiO界

7、面附近的電荷密度。2三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料加熱裝置、高頻C-V測試儀、x-y函數(shù)記錄儀；MOS電容等。實(shí)驗(yàn)九霍爾效應(yīng)法測量半導(dǎo)體參數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解霍爾效應(yīng)的基本原理；2、學(xué)會用變溫霍爾效應(yīng)測量儀來測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率，確定半導(dǎo)體載流子濃度和遷移率、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、常溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；2、變溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料變溫霍爾效應(yīng)測量儀、P及N型硅片、液氮。實(shí)驗(yàn)十射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解真空的獲得、制備和測量的一般知識；2、理解超高真空射頻磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理等；3、學(xué)會利用射頻磁控濺射設(shè)備制

8、備薄膜。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、硅片的清洗處理；2、真空的獲得與測量；3、ZnO薄膜的濺射沉積。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料超聲波清洗機(jī)、超高真空射頻磁控濺射設(shè)備；1號和2號清洗液、酒精、ZnO靶、0?氬氣等。實(shí)驗(yàn)十一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）法制備半導(dǎo)體薄膜材料一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解PECVD制備薄膜的基本原理，掌握PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)；2、學(xué)會利用PECVD制備薄膜材料。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、襯底的清洗和預(yù)處理；2、掌握PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作規(guī)程；3、操作PECVD進(jìn)行薄膜的制備。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料超聲波清洗機(jī)、PECVD；酒精、1號和2號清洗液、硅片等。實(shí)驗(yàn)十二場效應(yīng)晶體

9、管的性能測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、理解場效應(yīng)晶體管的工作原理；2、學(xué)會利用特性曲線獲得場效應(yīng)管主要參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量場效應(yīng)晶體管的輸出特性；2、測量場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性。三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備及材料半導(dǎo)體特性測試儀、探針臺、場效應(yīng)管等。實(shí)驗(yàn)十三半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解并掌握幾類不同熱電效應(yīng)原理；2、了解并掌握半導(dǎo)體材料熱電系數(shù)的測量原理及測量方法；3、了解并掌握如何通過熱電系數(shù)判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量單晶硅樣品的熱電系數(shù)及判斷導(dǎo)電類型；2、測量金屬鋁樣品熱電系數(shù)；3、測量金屬銅樣品熱電系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器與材料熱電系數(shù)測定儀、P型

10、或N型硅片、ITO導(dǎo)電玻璃、金屬鋁顆粒、金屬銅顆粒。實(shí)驗(yàn)十四半導(dǎo)體材料的光刻工藝一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)原理1、了解并掌握光刻機(jī)的基本原理；2、熟悉光刻膠的類型、曝光的原理及方法；3、掌握光刻法制備圖形的基本技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在硅片上光刻法制備簡單圖形；2、顯微鏡觀察測量圖形尺寸；三、實(shí)驗(yàn)儀器與材料光刻機(jī)、暗室、顯微鏡、光刻膠、顯影液、刻蝕液、不同晶向N型硅片。一）教學(xué)方法與學(xué)時分配本課程屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，共72學(xué)時號實(shí)驗(yàn)名稱學(xué)時必做/選做1緒論6必做2四探針法測量電阻率6必做3橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率6選做4激光測定硅單晶的晶向6選做5紫外可見分光光度計(jì)6必做6太陽能電池參數(shù)的測定6必做7

11、熒光分光光度計(jì)測量半導(dǎo)體的光致發(fā)光6必做8MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測量6必做9霍爾效應(yīng)法測量半導(dǎo)體參數(shù)6選做10射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜6必做11PECVD制備半導(dǎo)體薄膜材料6選做12場效應(yīng)晶體管的性能測定6必做13半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)測定6必做14半導(dǎo)體材料的光刻工藝6必做（二）內(nèi)容及基本要求實(shí)驗(yàn)一緒論主要內(nèi)容：1、介紹半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容實(shí)驗(yàn)二四探針法測量電阻率主要內(nèi)容：1、測量單晶硅樣品的電阻率；2、測量FTO導(dǎo)電層的方塊電阻；3、對測量結(jié)果進(jìn)行必要的修正?！局攸c(diǎn)掌握】：1、單晶硅樣品的電阻率測量方法2、FTO導(dǎo)電層的方塊電阻測量方法；實(shí)驗(yàn)三橢圓偏振法測量薄膜的厚度和折射率主要內(nèi)容

12、：1、了解橢圓偏振法測量薄膜參數(shù)的基本原理2、測量硅襯底上二氧化硅膜的折射率和厚度【重點(diǎn)掌握】：1、二氧化硅薄膜的折射率、厚度的測量方法。實(shí)驗(yàn)四激光測定硅單晶的晶向主要內(nèi)容：1 、單晶Si的磨片與腐蝕；2、測量處理Si片的晶面取向?！局攸c(diǎn)掌握】：1、利用激光測量單晶Si的晶面取向?qū)嶒?yàn)五紫外可見分光光度計(jì)主要內(nèi)容：1、測量紅、藍(lán)墨水的吸收光譜；2、半導(dǎo)體薄膜的透射/吸收光譜，并計(jì)算材料的光學(xué)帶隙8【重點(diǎn)掌握】：1 、液體和薄膜樣品透過、吸收光譜的測量方法實(shí)驗(yàn)六太陽電池參數(shù)的測定主要內(nèi)容：1 、無光照時，測量太陽能電池的伏安特性曲線；2 、有光照時，測量太陽能電池的短路電流、開路電壓、最大輸出功率

13、及填充因子【重點(diǎn)掌握】：1 、太陽能電池電學(xué)性能測試的基本方法【掌握】：1、太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)與光電特性實(shí)驗(yàn)七熒光分光光度計(jì)測量半導(dǎo)體光致發(fā)光主要內(nèi)容：1、測量不同帶隙寬度半導(dǎo)體的光致發(fā)光；2 、利用不同激發(fā)波長測量同一樣品的光致發(fā)光；3 、測量光致發(fā)光的激發(fā)譜?！局攸c(diǎn)掌握】：1、利用熒光分光光度計(jì)測量半導(dǎo)體的光致發(fā)光，確定半導(dǎo)體的帶隙與帶間能級【掌握】：1、半導(dǎo)體光致發(fā)光的動力學(xué)過程2 、不同激發(fā)波長對半導(dǎo)體發(fā)光的影響實(shí)驗(yàn)八MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測量主要內(nèi)容：1、測量MOS結(jié)構(gòu)的高頻C-V特性曲線。2、通過數(shù)據(jù)確定氧化層厚度、Si/SiO界面附近的電荷密度。2【重點(diǎn)掌握】：1、用高頻C-

14、V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO界面附近的電荷密度2【掌握】：1、高頻C-V關(guān)系測量確定氧化層厚度、Si/SiO界面附近的電荷密度的原理實(shí)驗(yàn)九霍爾效應(yīng)法測量半導(dǎo)體參數(shù)主要內(nèi)容：1、常溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；2 、變溫下測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率；【重點(diǎn)掌握】：1、變溫霍爾效應(yīng)測量儀來測量樣品的霍爾系數(shù)和電導(dǎo)率，確定半導(dǎo)體載流子濃度和遷移率實(shí)驗(yàn)十射頻濺射法沉積半導(dǎo)體薄膜主要內(nèi)容：1、硅片的清洗處理；2、真空的獲得與測量；3 、ZnO薄膜的濺射沉積?！局攸c(diǎn)掌握】：1、超高真空射頻磁控濺射設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理2、利用射頻磁控濺射設(shè)備制備薄膜實(shí)驗(yàn)十一等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）法制備半導(dǎo)體薄膜材料主要內(nèi)容：1、襯底的清洗和預(yù)處理；2、掌握PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作規(guī)程；3 、操作PECVD進(jìn)行薄膜的制備?！局攸c(diǎn)掌握】：1、PECVD制備薄膜的基本原理，掌握PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)；2、學(xué)會利用PECVD制備薄膜材料。實(shí)驗(yàn)十二場效應(yīng)晶體管的性能測定主要內(nèi)容：1、測量場效應(yīng)晶體管的輸出特性；2、測量場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性。【重點(diǎn)掌握】：1、理解場效應(yīng)晶體管的工作原理2、利用特性曲線獲得場效應(yīng)管主要參數(shù)實(shí)驗(yàn)十三半導(dǎo)體材料的賽