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1、半导体物理试验课程教学大纲一、课程说明一课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：半导体物理试验所属专业：电子材料与器件工程专业本科生课程性质：专业必修课学分: 4二课程简介、目标与任务；本课程是为物理科学与技术学院电子材料与器件工程专业大四本科生所开设的试验课，是一门 专业性和实践性都很强的实践教学课程。开设本课程的目标和任务是使学生娴熟把握半导体材料和器件的制备、根本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法，为半导体材料与器件的开发设计与研制坚决根底。三先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的规律关系和内容连接；由于是试验课，所以需要学生首先把握半导体物理和半导体器件的根本学问，再
2、通过本课程培育学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践力量。其具体要求包括：1、了解半导 体材料与器件的根本争论方法；2、理解半导体材料与器件相关制备与根本测试设备的原理、功能及 使用方法，并能够独立操作；3、通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的力量，提高理论学习的主动性。开设本课程的目的是培育学生实事求是、严谨的科学作风，培育学生的实际动手力量，提 高试验技能。四教材与主要参考书。教材：半导体物理试验讲义,自编教材参考书：1. 半导体器件物理与工艺(第三版)，施敏，苏州大学出版社，2. 美A.S.格罗夫编,齐健译.半导体器件物理与工艺.科学出版社，1976二、课程内容与安排试验一 绪论
3、101、介绍半导体物理试验的主要内容2、学生上课要求，分组状况等试验二四探针法测量电阻率一、试验目的或试验原理1、 了解四探针电阻率测试仪的根本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的薄膜和块体材料进展电阻率测量，并对试验结果进展分析、处理。二、试验内容1、测量单晶硅样品的电阻率；2、测量FTO 导电层的方块电阻；3、对测量结果进展必要的修正。三、试验仪器与材料四探针测试仪、P 型或N 型硅片、FTO 导电玻璃。试验三椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率一、试验目的或试验原理1、了解椭圆偏振法测量薄膜参数的根本原理；2、把握椭圆偏振仪的使用方法，并对薄膜厚度和折射率进
4、展测量。二、试验内容1、测量硅衬底上二氧化硅膜的折射率和厚度； 三、试验主要仪器设备及材料椭圆偏振仪、硅衬底二氧化硅薄膜。试验四激光测定硅单晶的晶向一、试验目的或试验原理1、理解激光测量Si 单晶晶面取向的原理；2、学会利用激光测量单晶Si 的晶面取向。二、试验内容1、单晶Si 的磨片与腐蚀；2、测量处理Si 片的晶面取向。三、试验主要仪器设备及材料He-Ne 激光器、光具座、光屏、NaOH、电炉、烧杯、单晶Si 片等。试验五 紫外可见分光光度计一、试验目的或试验原理1、了解紫外可见分光光度计的构造、性能及使用方法；2、生疏常见样品透过、吸取光谱的测量方法。二、试验内容1、 分别测量红、蓝墨水
5、的吸取光谱；2、 测量半导体薄膜的透射/吸取光谱，并计算材料的光学带隙。三、试验主要仪器设备及材料紫外可见分光光度计、 红墨水、蓝墨水、比色皿、半导体薄膜。试验六太阳电池参数的测定一、试验目的或试验原理1、 了解太阳能电池的根本构造与光电特性；2、 把握太阳能电池电学性能测试的根本方法。二、试验内容1、无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线；2、有光照时，测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子。三、试验主要仪器设备及材料太阳能电池板、电压表、电流表、滑线变阻器、直流电流源。试验七 荧光分光光度计测量半导体光致发光一、试验目的或试验原理1、理解半导体光致发光的动力学过程；2、
6、学会利用荧光分光光度计测量半导体的光致发光，确定半导体的带隙与带间能级；3、分析不同激发波长对半导体发光的影响。二、试验内容1、测量不同带隙宽度半导体的光致发光；2、利用不同激发波长测量同一样品的光致发光；3、测量光致发光的激发谱。三、试验主要仪器设备及材料荧光分光光度计、ZnO、GaN 及稀土掺杂GaN 等。试验八 MOS 构造高频 C-V 特性测量一、试验目的或试验原理1、了解MOS 构造的C-V 特性；2、理解高频C-V 关系测量确定氧化层厚度、Si/SiO 界面四周的电荷密度的原理；23、学会用高频C-V 关系测量确定氧化层厚度、Si/SiO 界面四周的电荷密度。2二、试验内容1、测量
7、MOS 构造的高频C-V 特性曲线。2、通过数据确定氧化层厚度、Si/SiO 界面四周的电荷密度。2三、试验主要仪器设备及材料加热装置、高频C-V 测试仪、x-y 函数记录仪；MOS 电容等。试验九 霍尔效应法测量半导体参数一、试验目的或试验原理1、了解霍尔效应的根本原理；2、学会用变温霍尔效应测量仪来测量样品的霍尔系数和电导率，确定半导体载流子浓度和迁移率。二、试验内容1、常温下测量样品的霍尔系数和电导率；2、变温下测量样品的霍尔系数和电导率； 三、试验主要仪器设备及材料变温霍尔效应测量仪、P 及 N 型硅片、液氮。试验十射频溅射法沉积半导体薄膜一、试验目的或试验原理1、了解真空的获得、制备
8、和测量的一般学问；2、理解超高真空射频磁控溅射设备的构造、工作原理等；3、学会利用射频磁控溅射设备制备薄膜。二、试验内容1、硅片的清洗处理；2、真空的获得与测量；3、ZnO 薄膜的溅射沉积。三、试验主要仪器设备及材料超声波清洗机、超高真空射频磁控溅射设备；1 号和 2 号清洗液、酒精、ZnO 靶、O 、氩气等。2试验十一 等离子体增加化学气相沉积PECVD法制备半导体薄膜材料一、试验目的或试验原理1、了解PECVD 制备薄膜的根本原理，把握PECVD 设备的构造；2、学会利用PECVD 制备薄膜材料。二、试验内容1、衬底的清洗和预处理；2、把握PECVD 设备的构造和操作规程；3、操作PECV
9、D 进展薄膜的制备。三、试验主要仪器设备及材料超声波清洗机、PECVD；酒精、1 号和 2 号清洗液、硅片等。试验十二 场效应晶体管的性能测定一、试验目的或试验原理1、理解场效应晶体管的工作原理；2、学会利用特性曲线获得场效应管主要参数。二、试验内容1、测量场效应晶体管的输出特性；2、测量场效应晶体管的转移特性。三、试验主要仪器设备及材料半导体特性测试仪、探针台、场效应管等。试验十三半导体材料的赛贝克系数测定一、试验目的或试验原理1、了解并把握几类不同热电效应原理；2、了解并把握半导体材料热电系数的测量原理及测量方法；3、了解并把握如何通过热电系数推断半导体材料的导电类型。二、试验内容1、测量
10、单晶硅样品的热电系数及推断导电类型；2、测量金属铝样品热电系数；3、测量金属铜样品热电系数。三、试验仪器与材料热电系数测定仪、P 型或N 型硅片、ITO 导电玻璃、金属铝颗粒、金属铜颗粒。试验十四半导体材料的光刻工艺一、试验目的或试验原理1、了解并把握光刻机的根本原理；2、生疏光刻胶的类型、曝光的原理及方法；3、把握光刻法制备图形的根本技术。二、试验内容1、在硅片上光刻法制备简洁图形；2、显微镜观看测量图形尺寸； 三、试验仪器与材料光刻机、暗室、显微镜、光刻胶、显影液、刻蚀液、不同晶向N 型硅片。一教学方法与学时安排本课程属于试验教学，共 72 学时。序号试验名称学时必做/选做1绪论6必做2四
11、探针法测量电阻率6必做3椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率6选做4激光测定硅单晶的晶向6选做5紫外可见分光光度计6必做6太阳能电池参数的测定6必做7荧光分光光度计测量半导体的光致发光6必做8MOS 构造高频C-V 特性测量6必做9霍尔效应法测量半导体参数6选做10射频溅射法沉积半导体薄膜6必做11PECVD 制备半导体薄膜材料6选做12场效应晶体管的性能测定6必做13半导体材料的赛贝克系数测定6必做14半导体材料的光刻工艺6必做二内容及根本要求试验一 绪论主要内容：1、介绍半导体物理试验的主要内容试验二四探针法测量电阻率主要内容：1、测量单晶硅样品的电阻率；2、测量FTO 导电层的方块电阻；3、
12、对测量结果进展必要的修正。【重点把握】：1、单晶硅样品的电阻率测量方法2、FTO 导电层的方块电阻测量方法；试验三椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率主要内容：1、了解椭圆偏振法测量薄膜参数的根本原理2、测量硅衬底上二氧化硅膜的折射率和厚度【重点把握】：1、二氧化硅薄膜的折射率、厚度的测量方法。试验四激光测定硅单晶的晶向主要内容：1、单晶Si 的磨片与腐蚀；2、测量处理Si 片的晶面取向。【重点把握】：1、利用激光测量单晶Si 的晶面取向试验五 紫外可见分光光度计主要内容：1、测量红、蓝墨水的吸取光谱；2、半导体薄膜的透射/吸取光谱，并计算材料的光学带隙。【重点把握】：1、液体和薄膜样品透过、吸取
13、光谱的测量方法试验六 太阳电池参数的测定主要内容：1、无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线；2、有光照时，测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子。【重点把握】：1、太阳能电池电学性能测试的根本方法【把握】：1、太阳能电池的根本构造与光电特性试验七 荧光分光光度计测量半导体光致发光主要内容：1、测量不同带隙宽度半导体的光致发光；2、利用不同激发波长测量同一样品的光致发光；3、测量光致发光的激发谱。【重点把握】：1、利用荧光分光光度计测量半导体的光致发光，确定半导体的带隙与带间能级【把握】：1、半导体光致发光的动力学过程2、不同激发波长对半导体发光的影响试验八 MOS 构造高
14、频 C-V 特性测量主要内容：1、测量MOS 构造的高频C-V 特性曲线。2、通过数据确定氧化层厚度、Si/SiO 界面四周的电荷密度。2【重点把握】：1、用高频C-V 关系测量确定氧化层厚度、Si/SiO 界面四周的电荷密度2【把握】：1、高频C-V 关系测量确定氧化层厚度、Si/SiO 界面四周的电荷密度的原理2试验九 霍尔效应法测量半导体参数主要内容：1、常温下测量样品的霍尔系数和电导率；2、变温下测量样品的霍尔系数和电导率；【重点把握】：1、变温霍尔效应测量仪来测量样品的霍尔系数和电导率，确定半导体载流子浓度和迁移率试验十射频溅射法沉积半导体薄膜主要内容：1、硅片的清洗处理；2、真空的
15、获得与测量；3、ZnO 薄膜的溅射沉积。【重点把握】：1、超高真空射频磁控溅射设备的构造、工作原理2、利用射频磁控溅射设备制备薄膜试验十一 等离子体增加化学气相沉积PECVD法制备半导体薄膜材料主要内容：1、衬底的清洗和预处理；2、把握PECVD 设备的构造和操作规程；3、操作PECVD 进展薄膜的制备。【重点把握】：1、PECVD 制备薄膜的根本原理，把握PECVD 设备的构造；2、学会利用PECVD 制备薄膜材料。试验十二 场效应晶体管的性能测定主要内容：1、测量场效应晶体管的输出特性；2、测量场效应晶体管的转移特性。【重点把握】：1、理解场效应晶体管的工作原理2、利用特性曲线获得场效应管主要参数试验十三半导体材料的赛贝克系数测定主要内容：1、测量单晶硅样品的热电系数及推断导电类型；2、测量金属铝样品热电系数；3、测量金属铜样品热电系数。【重点把握】：1、半导体材料热电系数的测量原理及测量方法；2、如何通过热电系数推断半导体材料的导电类型。试验十四半导体材料的光刻工艺主要内容：1、在硅片上光刻法制备简洁图形；2、显微镜观看测量图形尺寸；【重点把握】：1、光刻法制备图形的根本技术。【把握】：1、生疏光刻胶的类型、曝光的原理及方法制定人：兰伟审定人：批准人：日期：2023 年 11 月