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1、微电子技术实验报告实验一用晶体管特性图示仪测试晶体管主要参数1实验目的把握晶体管特性图示仪测试晶体管的特性和参数的方法。2实验原理21双极型晶体以3DG6NPN管为例输入特性和输出特性的测试原理1输入特性曲线和输入电阻iR，在共射晶体管电路中，输出沟通短路时，输入电压和输入电流之比为iR，即常数CEVBBEiIVR?=它是共射晶体管输入特性曲线斜率的倒数。例如需测3DG4在VCE10时某一作点Q的R值，晶体管接法如图1.1所示。各旋扭位置为峰值电压%80%峰值电压范围010V功耗电阻250X轴作用基极电压0.05V/度Y轴作用阶梯选择20A/极级/簇10串联电阻10K集电极极性正+把X轴集电极
2、电压置于1V/度，调峰值电压为10V，然后X轴作用扳回基极电压0.1V/度，即得CEV10V时的输入特性曲线。这样可测得图1.2：VCEVBBEiIVR10=?=根据测得的值计算出iR的值图1.1图1.22输出特性曲线、转移特性曲线和、FEh在共射电路中，输出沟通短路时，输出电流和输入电流增量之比为共射晶体管沟通电放逐大系数。在共射电路中，输出端短路时，输出电流和输入电流之比为共射晶体管直放逐大系数FEh。晶体管接法如图1.1所示。旋钮位置如下：峰值电压范围10V峰值电压%80%功耗电阻50X轴集电极电压1V/度Y轴集电极电流2mA/度阶梯选择20A/极集电极极性正+得到图1.3所示共射晶体管
3、输出特性曲线，由输出特性曲线上读出CEV=10V时，第2、4、6三根曲线对应的CI、BI计算出沟通放大系数FEh主要是由于基区外表复合等原因导致小电流较小造成的，、FEh可以用共射晶体管的转移特性图1.4进行测量只要将上述的X轴作用开关拨到“基极电流或基极源电压即得到共射晶体管的转移特性。这种曲线能够直接观察的线性好坏。CBEBCII?=22N沟道结型场效应管3DJ8DSSI、PV、mg的测试原理使用XJ4810半导体管特性图示仪配上XJ27100场效应管配对测试台检测场效应管的直参数比拟直观方便。221最大饱和电流DSSI当栅，0=GSV漏电压DSV足够大时，对应的漏源饱和电流，为最大饱和电
4、流。它反映场效应管零栅压时原始沟道的导电能力，显然这一参数只对耗尽型管才有意义。对于加强型管，由于GSV=0时髦未开启，当然就不会有饱和电流。222跨导mg跨导是漏源电压一定时，栅压微分增量与由此而产生漏电流微分增量之比。即跨导表征栅电压对漏电流的控制能力。是衡量场效应管放大作用的重要参数。类似于双极管的电放逐大系数，测量方法也类似。跨导常以栅压变化1V时漏电流变化多少微安或毫安表示，他的单位是西门子，用S表示1S=1A/V。223夹断电压PV和开启电压TV夹断电压PV是对耗尽型管而言，它表示在一定漏源电压DSV下，漏极电流减小到接近于零或等于一规定数值，如10A时的栅源电压。开启电压TV是对
5、加强型管而言，它表示在一定漏极电压DSV下开场有漏电流时的栅源电压值。224输出特性及参数测量仪器面板各旋钮位置如下：峰值电压范围010V集电极扫描极性正+功耗电阻250X轴作用集电极电压1V/度Y轴作用集电极电流1mA/度阶梯极性负-阶梯选择0.2V/度上述旋钮条好后可得到图1.5所示0GSV输出曲线。DSVGSDSmVIg?=图1.5DSSI测量条件0=GSVV，DSV=10V在负栅压情况下，取最上面输入特性曲线GSV=0它对应于X轴DSV=10V时的Y轴电流，便为DSSI值。另一种方法是，将零电压与正常键置在“零电压处，荧光屏只显示GSV=0的一根曲线，可读得DSV=10V时的DSSI值
6、。mg测量条件0=GSVV，DSV=10V一般情况下的测量最大mg值，即测量DSI=DSSI时的mg值。在图中0=GSV的曲线上，对应DSV=10V的点，可得：PV测量利用负栅压时的输出特性，从最上面一条曲线向下数，每条曲线间隔-0.2V栅压，一直数到DSI近似零对应于DSV=10V处便为PV值。225转移特性及其参数测量在上述旋钮位置中只将X轴作用置于基极电流或基极源电压，可得到转移特性曲线图形。由于测量各参数的条件之一为DSV=10V，因此需将漏极电压调整到10V。调整方法是：将X轴扳回到集电极电压2V/度，光点移至坐标左下角，然后调节峰值电压，便得到输出特性曲线，使0=GSVV得最上面一
7、条曲线向右延伸至10V。再将X轴作用扳回“基极电流或基极源电压，光点移回右下角，即可得图1.6中0GSV的曲线，注意在测量经过中，不VGSDSmVIg10VDS=?=要再调节峰值电压旋钮，否则DSV=10V的测量条件将改变。图1.6此时，曲线与坐标右侧线0GSVV的交点为DSSI，曲线斜率为mg，DSI接近0时对应的GSV值为PV3实验步骤31接通电源，指示灯发亮，预热35分钟后使用。调整辉度以适中的亮度，调节聚焦使亮线(或亮点)明晰。32将集电极在全部旋钮都调到预见需要的范围33y轴作用调到需读测范围34x轴作用调到需读测范围35阶梯信号调到需读测范围36被测管未测之前，应首先调整阶梯信号的
8、起始级在零电位的位置。当荧光屏上已观察到基极阶梯信号后，再按下“零电压，观察光点停留在荧屏上的位置，复位后调节“阶梯调零控制器，使阶梯信号的起始级光点仍在该处，这样阶梯信号的零电压即被准确地校准。4实验设备1XJ4810晶体管特性图示仪2QT2晶体管图示仪33DG63DJ85.实验结果5.1测量晶体管输入电阻Ri所得输入特性曲线如下:由上图知：0.005BEVV?=,20BIA?=VCEVBBEiIVR10=?=25020005.0uAV5.2测量沟通电放逐大系数和直放逐大系数FEh所得输出特性曲线如下所示:BCII?=60202.1=uAmV5.3测试N沟道结型场效应管3DJ7DSSI,mg
9、,PV0GSV时输出曲线如下所示:由上图知,IDSS=7.8mA,10=?=DSVGSDSmVIg=0.360.05mAmSV=Vp=-2V5.4转移特性及其参数测量转移特性曲线如下所示:由图可知,IDSS=7.8mA,DSVGSDSmVIg?=0.360.05mAmSV=，Vp=-2V6.实验总结与体会本次实验接触双极晶体管和MOS晶体管实物，通过输入输出特性曲线的测量使我加深了对课堂上理论知识的理解。从双极晶体管输出曲线可看出进入饱和区后，Ic基本不随Vce变化，基区宽边效应不明显；而MOS晶体管的输出曲线可明显看出管子进入饱和区后，Id随Vds变大而逐步上翘变大，沟道长度调制效应明显。由
10、于实验所用的示波器有时不够稳定，数据误差较大，取值时我尽量去掉明显偏离理论值的数据，尽可能多的取恰好落在示波器刻度上的值以务实验准确性。实验二二氧化硅薄膜制备与厚度测量1实验目的：11了解二氧化硅的性质及在半导体器件中的作用12把握二氧化硅薄膜制备与厚度测量的方法2实验原理：21二氧化硅薄膜的性质及其作用生产中制取的二氧化硅，从晶格构造上看大体可分为结晶形二氧化硅和无定形非晶形二氧化硅。石英体如水晶属于结晶形二氧化硅，半导体器件生产中所制备的二氧化硅薄膜属于无定形二氧化硅。不溶于水和酸除氢氟酸。211作为杂质选择扩散的掩蔽膜二氧化硅在当代半导体工业上最重要应用是作为杂质选择扩散的掩蔽膜。所谓掩
11、蔽就是阻挡的意思。二氧化硅薄膜对扩散杂质的阻挡作用是有条件的，是相对的。事实上，当杂质向Si片外表扩散的同时也向二氧化硅外表进行扩散。二氧化硅薄膜起掩蔽作用的条件有二：第一，所选用的杂质元素在二氧化硅中的扩散系数必须比其在Si中的扩散系数小；第二，二氧化硅薄膜必须具有足够的厚度。对杂质扩散起掩蔽作用所需最小二氧化硅厚度可用下式计算其中D为杂质在二氧化硅中的扩散系数，t为扩散的时间。212作为器件外表的保护和钝化膜二氧化硅薄膜覆盖在Si片外表上。使得Si片外表免受镊子划伤以及蒸发，烧结和封管等工序中可能带来的杂质玷污或金属丝的粘联，起到了保护Si片外表的作用。二氧化硅薄膜覆盖在Si片外表上，把S
12、i片外表及p-n结同外界环境气氛隔离开来，这就使得Si片的外表状态对环境气氛的影响反响迟钝，消除了环境气氛对Si片外表和p-n结的直接影响，提高了半导体器件的稳定性和可靠性，这就起到了钝化Si片外表的作用。213作为某些器件的组成部分A作为集成电路的隔离介质B作为多层电极布线间的隔离介质C作为电容器的介质材料D作为MOS场效应晶体管的绝缘栅材料22热生长氧化层的方法及原理在本次实验中主要采用热生长氧化层化的方法。其方法将硅片放入高温炉中，在氧气氛中使得硅片外表在氧化物质作用下生长SiO2薄层。氧化气氛可为水汽，湿氧或干氧。A干氧氧化法，原理为高温下的氧分子与硅片外表的硅原子反响，生成二氧化硅起
13、始层，起反响方程式为：Si+O2=SiO2有氧化层厚度与氧化时间关系的解为X*X=Ct，其中X为氧化层厚度；t为氧化时间；c为抛物线氧化速率常数。B湿氧氧化法，湿氧氧化与干氧氧化不同之处是将干氧通入炉子前，先通过加热的高纯去离子水，使得氧气中携带一定量的水汽。因而在湿氧氧化中，既有氧的氧化作用，又有水的氧化作用。实验表明，当氧化温度在1000以上时，湿氧氧化规律基本上符合X*X=Ct的抛物线关系。湿氧氧化的生长速率比干氧快。3实验步骤根据二氧化硅热生长法的机理，目前热生长二氧化硅膜常采用干湿干的氧化方法。在湿氧氧化前，先通一段时间干氧有利于保持Si片外表完好性，提高外表性能，湿氧氧化速率快，生
14、长的SiO2薄膜质量基本知足要求。由于湿氧生长SiO2薄膜外表眲在硅烷醇Si-OH，若在湿氧氧化后，再通一段时间的干氧，可使SiO2外表的硅烷醇Si-OH转变成硅烷Si-OSi进而改善了SiO2外表与光刻胶的接触，使光刻不易产生浮胶。31氧化前硅片的清洗氧化工艺是集成电路工艺中的前道工序，硅片清洗质量的好坏不仅影响氧化层的质量，也会对器件性能稳定产生影响，所以清洗工作必须规范，认真，仔细。去油，用丙酮或氯化碳等试剂浸泡硅片几分钟将切，磨，抛硅片时残留的石蜡，油等去除。用一号洗液煮沸硅片一分钟，倒掉洗液用去离子水反复冲洗硅片几遍。用2号洗液煮沸硅片一分钟后，倒掉洗液用去离子水反复冲洗硅片几遍。然后用无水乙醇脱水放入干净的培养皿中，准备氧化。32二氧化硅膜制备的操作.升温至1180度，将清洗好的硅片放在炉口烘干，提早5分钟把水烧开。开氧气先开氧气瓶，再调压至0.4L/Min将硅片渐渐推入高温炉中，干氧15Min。将管子接入湿氧，通湿氧60Min。将管子中的水放尽，再接入干氧，通干氧15分钟。关氧气先关压再关氧气瓶，使得指针渐渐回到0，关炉子先按停止再关，将硅片渐渐拉至炉口冷却15分钟，冷却至室温取出。33二氧化硅薄膜厚度的测试