电子材料测试技术 实验.pdf

目 录 实验一A 硅单晶导电类型测定一（冷热探笔法）2 实验一B 硅单晶导电类型测定二（点接触整流法）5 实验二 直流四探针法测量硅单晶电阻率8 实验三 霍尔效应测试 15 实验四 C-V 法测定半导体杂质浓度纵向分布22 实验五 直流光电导衰减法测量少数载流子寿命27 实验六 深能级瞬态谱法测硅中深能级中心34 实验七 任意形状的薄片的电阻率和霍尔系数的测量方法42 （范德堡法）42 实验八 汞探针电容电压法测净载流子浓度的纵向分布53 实验九 激光测定硅单晶晶轴66 1 实验一A 硅单晶导电类型测定一 （冷热探笔法） [实验目的] 掌握冷热探笔法判别硅单晶导电类型的原理和方法。 [实验仪器与设备] (1) 两只探针，选用不锈钢或镍材料制作，每只探针针尖成60 的锥体，其中一只探针杆° 上绕有10-20 W 的加热线圈，使加热线圈与探针绝缘。对室温电阻率大于40 Ω ﹒cm 的锗材 料，探针采用铅或石墨制作，热探针温度高于室温5℃左右。 (2) 调压电源，能使热探针的温度加热到40-60℃。 (3) 零位指示器，其偏转灵敏度不低于1×10-9 A/mm。 (4) 温度传感器，用于测量热探针温度。 图2-1 冷热探针法测定导电类型装置示意图 [实验原理] 冷热探笔法的原理是根据半导体的温差电效应，即塞贝克效应，为简单起见，讨论一维 情况，并以p 型为例。如图2-2，一块细半导体片，两端与金属以欧姆接触相接，一端温度 为T ，另一端为T +∆T，在半导体内部形成均匀温度梯度，设样品掺杂均匀T 和T +∆T 附近 0 0 0 0 载流子浓度均随温度而指数增大(即未达到饱和)，低温端附近载流子浓度比高温附近低，因 而空穴便从高温端向低温端扩散，在低温端就积累了空穴，样品两端形成空间电荷，半导体 内部形成电场，方向自低温端指向高温端，即由左指向右，如图2-2 所示。在电场作用下， 空穴沿电场方向漂移，当空穴的漂移与扩散运动相平衡时达到稳定状态，这时在半导体内部 具有一定的电场，两端形成一定的电势差，这一电势差就是由于温度梯度引起的温差电动势 Θs 。 图2-2 表示这里半导体的能带图，由于半导体内部有电场，能带是倾斜的。能带图表示 电子的能量，对空穴来说，高温端空穴能量低于低温端。假定半导体与金属接触处半导体与 金属的弗米能级等高，但是半导体内部的弗米能级是倾斜的。两端弗米能级之差除以电荷q 就是温差电动势Θs 。但需注意，由于弗米能级与温度有关，所以弗米能级倾斜的程度与能 带倾斜的程度不一致，如图2-2 所示，即qΘs 与qv 不相等。EF 的倾斜由两个因素造成，一 方面由于电场，另一方面由于温度梯度，参阅西安交大半导体物理学p303 的证明，p 型温 差电动势Θs 可以表示为： R 3 Θ 0 =• +ξ ∆ (2-1) s ( p ) T q 2 n 型半导体的温差电动势Θs 表示为 2 R 3 Θ 0 =•( +ξ )∆T (2-2) s n q 2 式中： E −E N