电子科技大学微固学院
标准实验报告
（实验）课程名称微电子器件
电子科技大学教务处制表
电子科技大学
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：张有润
实验地点： 211楼605 实验时间：
一、实验室名称：微电子器件实验室
二、实验项目名称：二极管高低温特性测试及分析
三、实验学时：3
四、实验原理：
1、如图1，二极管的基本原理是一个PN结。具有PN结的特性——单向导电性，如图2所示。
图 1 二极管构成原理
2、正向特性：二极管两端加正向电压，产生正向电流。正向电压大于阈值电压时，正向电流急剧增加，如图2 AB段。
3、反向特性：二极管两端加上反向电压，在开始的很大范围内，反向电流很小，直到反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加，这种现象叫做反向击穿，此时对应电压称为反向击穿电压。
4、温度特性：由于二极管核心是PN结，导电能力与温度相关，温度升高，正向特性曲线向左移动，正向压降减小；反向特性曲线向下移动，反向电流增大。
图 2 二极管直流特性
五、实验目的：
学习晶体管图示仪的使用，掌握二极管的高低温直流特性。
六、实验内容：
1、测量当二极管的正向电流为100?A时的正向导通压降；
2、测试温度125度时二极管以上参数，并与室温下的特征参数进行比较。
七、实验器材（设备、元器件）：
二极管、晶体管特性图示仪、恒温箱
八、实验步骤：
1、测晶体管的正向特性。各旋钮位置为：
?峰值电压范围 0~10V
?极性（集电极扫描）正（+）
?功耗限制电阻 ~1kΩ（适当选择）
?x轴作用电压0 .1V/度
?y轴作用电流10?A/度
2、测晶体管的反向特性。各旋钮位置为：
?峰值电压范围 0~10V
?极性（集电极扫描）正（+）
?功耗限制电阻 10k~100kΩ（适当选择）
?x轴作用电压1V/度
?y轴作用电流?A/度
3、对高温时的二极管进行参数测量。
九、实验数据及结果分析：
实验数据：
图 3 常温二极管直流特性
十、实验结论：
通过测试，可以知道：高温时正向导通压降降低了，这与所学理论知识一致，实验结果正确。其常温下的正向直流特性如图3所示。
十一、总结及心得体会：
二极管因其单向导通的特性，在很多方面均有应用，例如运用在整流电路、检波电路、稳压电路、各种调制电路，尤其是近年来发光二极管的广泛推广，这些运用使得二极管在现代社会中扮演着极其重要的角色。所以对二极管直流和高低温的分析将使得我们对二极管的认知更加深刻，对二极管的应用也大有帮助。对于这样的基础元件我们应牢牢掌握住他的作用原理以及基本电路，这样才能为以后的电子技术学习打下良好的基础。通过这次试验，让我们更加清晰地认识了二极管的特性，促进了我们能够结合课本更加直观地认识二极管的相关概念，继而提高了自己对于二极管的学习兴趣，为将来的学术和工作都打下了良好的的实践基础。
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
高温特性测量的仪器就一台，测量效率不高，建议增加仪器数量。
报告评分：
指导教师签字：
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ====υω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点 来看，半导体和绝缘体都存在着禁 带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV)，室温下本征激发的载流子 近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
1-1 1-2 1-1 1-2 1XJ4810 2 3 1XJ4810 XJ48101-3 1 2 3 50Hz 4 5 6
XJ4810XJ4810[1] 1-3 XJ4810 23DG6 npn 1R i R i CE V B BE i I V R 3DG6V CE = 10V Q R i 1- 4 0~10V + + 0.1~1k x 0 .1V/ y 0.1mA/ x 1V/10V x 0.1V/V CE =10V 1-5 .200101.002 .03 10 V V B BE i CE I V R 1-4 1-5
2h FE h FE 1- 4 0~50V + + 0.1~1k x 2V/ y 2mA/ 0.02mA/ 1-6 11002. 02.2100 1.010 10101010B C V CE V mA C I B C V CE V mA C I FE I I I I h h FE h FE 1-7x 1-6 1-7 I B g I B B I CE c V I g ""--2mA/I E
CB V E C I I 3V CES V BES V CES V BES V CES C --E V BES B --E V BES =0.7~0.8V V BES =0.3~0.4V V CES V BES V BES 1-4I C =10mA I B =1mA 0~50V 0.5~1K + + x 0.05V/ y 1mA/ 0.1mA/ / 10 1011I C =10mA V CE V CES 1-8V CES =0.15V y x 0.1V/1-9I B =1mA V BE V BES 1-9V BES = 0.78V 1-8 V CES 1-9 V BES 4BV CBO BV CEO BV EBO V B BV CEO BV CBO c Wc BV CBO x mB V B W C c W C BV CBO C --B BV CEO
课程设计任务书 课程设计任务书
目录： 实验目的 (1) 实验内容 (1) 实验仪器 (1) 实验原理 (1) 注意事项 (4) 实验步骤 (5) 实验结果 (12) 实验总结 (15) 参考文献 (15)
光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习光电二极管的基本工作原理； 2、掌握光电二极管的基本特性参数及其测量方法，并完成对其光照灵敏度、伏安特性、时间响应特性和光谱响应特性的测量； 3、通过学习，能够对其他光伏器件有所了解。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管伏安特性测试实验 3、光电二极管光照特性测试实验 4、光电二极管时间特性测试实验 5、光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1、概述 随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。 光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。 光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同，
G J B B微电子器件试验方 法和程序文件 Revised final draft November 26, 2020
GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序 点击次数：181 发布时间：2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996?中华人民共和国国家军用标准微电子器件试 验方法和程序Test methods and procedures for microelectronic device 方法 1009.2 盐雾(盐汽) 1 目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 1.1 术语和定义 1.1.1 腐蚀 corrosion指涂层和(或)底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损 坏1.1.2 腐蚀部位 corrosion site指涂层和(或)底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置1.1.3 腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit)指腐蚀作用的结果(即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等)。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4 腐蚀色斑 corrosion stain腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。1.1.5 气泡 blister指涂层和底金属之间的局部突起和分离1.1.6 针孔 pinhole指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。1.1.7 凹坑 pitting指涂层和(或)
底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞1.1.8 起皮 flaking指局部涂层分离，而使底金属显露 2 设备盐雾试验所用设备应包括：a) 带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料(玻璃、塑料等)制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风，以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布；b) 能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采用符合试验条件C和D( 见3.2)要求的备用盐溶液容器；c) 使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由20%氧、80%氮组成的混合气体(应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中);d) 试验箱应能加热和控制e) 在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段；f) 空气或惰性气体于燥器；g) 1倍~3倍、10倍~20倍和30倍~60倍的放大镜。 3 程序3.1 试验箱的维护和初始处理试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在(35±3)℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件(见3.2)。当需要做长时间试验(见3.2的试验
APD光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习掌握APD光电二极管的工作原理 2、学习掌握APD光电二极管的基本特性 3、掌握APD光电二极管特性测试方法 4、了解APD光电二极管的基本应用 二、实验内容 1、APD光电二极管暗电流测试实验 2、APD光电二极管光电流测试实验 3、APD光电二极管伏安特性测试实验 4、APD光电二极管雪崩电压测试实验 5、APD光电二极管光电特性测试实验 6、APD光电二极管时间响应特性测试实验 7、APD光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电探测综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1台 4、光敏电阻及封装组件 1套 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 9、示波器 1台 四、实验原理 雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。 雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。 图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。图4的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P区低得多，但也足够高(可达2x104V／cm)，可以保证载流子达到饱和漂移速度。当入射光照射时，由于雪
1. What is a wafer? What is a substrate? What is a die? 什么是硅片，什么是衬底，什么是芯片 答：硅片是指由单晶硅切成的薄片；芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路）；硅圆片通常称为衬底。 2. List the three major trends associated with improvement in microchip fabrication technology, and give a short description of each trend. 列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势 答:提高芯片性能:器件做得越小，在芯片上放置得越紧密，芯片的速度就会提高。 提高芯片可靠性：芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力。为提高器件的可靠性，不间断地分析制造工艺。 降低芯片成本：半导体微芯片的价格一直持续下降。 3. What is the chip critical dimension (CD)? Why is this dimension important? 什么是芯片的关键尺寸，这种尺寸为何重要 答：芯片的关键尺寸（CD）是指硅片上的最小特征尺寸； 因为我们将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易产生。 4. Describe scaling and its importance in chip design. 描述按比例缩小以及在芯片设计中的重要性 答：按比例缩小：芯片上的器件尺寸相应缩小是按比例进行的 重要性：为了优电学性能，多有尺寸必须同时减小或按比例缩小。 5. What is Moore's law and what does it predict? 什么是摩尔定律，它预测了什么 答：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数，月每隔18个月便会增加1倍，性能也将提升1倍。 预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。 第二章 6. What is the advantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的优点是什么 答：优点：具有比硅更高的电子迁移率；减小寄生电容和信号损耗的特性；集成电路的速度比硅电路更快；材料的电阻率更大。 7. What is the primary disadvantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的主要缺点是什么 答：主要缺点：缺乏天然氧化物；材料的脆性；成本比硅高10倍；有剧毒性在设备，工艺和废物清除设施中特别控制。
南京邮电大学 课内实验报告 课程名：微电子器件设计 任课教师： 专业：微电子学 学号： 姓名： 2014/2015学年第2学期 南京邮电大学电子科学与工程学院
《微电子器件设计》课程实验第 5 次实验报告 实验内容及基本要求： 实验项目名称：MOS晶体管的工艺器件联合仿真 实验类型：验证 每组人数：1 实验内容及要求： 内容：采用Tsuprem4仿真软件对MOS晶体管进行工艺仿真，并采用MEDICI仿真软件对该MOS晶体管进行器件仿真。 要求：能够将工艺仿真软件得到的器件数据输出到某个文件中，并能在器件仿真中调用该文件。会画出并分析器件仿真结果。 实验考核办法： 实验结束要求写出实验报告。内容如下： 1、问题的分析与解答； 2、结果分析，比较不同器件结构参数对仿真结果的影响； 3、器件设计的进一步思考。 实验结果：（附后） 实验代码如下： COMMENT Example 9B - TSUPREM-4/MEDICI Interface COMMENT TSUPREM-4 Input File OPTION DEVICE=PS COMMENT Specify the mesh LINE X LOCATION=0 SPACING=0.20 LINE X LOCATION=0.9 SPACING=0.06 LINE X LOCATION=1.8 SPACING=0.2 LINE Y LOCATION=0 SPACING=0.01 LINE Y LOCATION=0.1 SPACING=0.01 LINE Y LOCATION=0.5 SPACING=0.10
LINE Y LOCATION=1.5 SPACING=0.2 LINE Y LOCATION=3.0 SPACING=1.0 ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.15 ELIMIN ROWS X.MIN=0.0 X.MAX=0.7 Y.MIN=0.06 Y.MAX=0.20 ELIMIN COL X.MIN=0.8 Y.MIN=1.0 COMMENT Initialize and plot mesh structure INITIALIZ <100> BORON=1E15 SELECT TITLE=”TSUPREM-4: Initial Mesh” PLOT.2D GRID COMMENT Initial oxide DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.03 COMMENT Models selection. For this simple example, the OED COMMENT model is not turned on (to reduce CPU time) METHOD VERTICAL COMMENT P-well implant IMPLANT BORON DOSE=3E13 ENERGY=45 COMMENT P-well drive DIFFUSE TEMP=1100 TIME=500 DRYO2 PRESS=0.02 ETCH OXIDE ALL COMMENT Pad oxidation DIFFUSE TEMP=900 TIME=20 DRYO2 COMMENT Pad nitride DEPOSIT NITRIDE THICKNESS=0.1 COMMENT Field oxidation DIFFUSE TEMP=1000 TIME=360 WETO2 ETCH NITRIDE ALL COMMENT Vt adjust implant IMPLANT BORON ENERGY=40 DOSE=1E12 ETCH OXIDE ALL COMMENT Gate oxidation DIFFUSE TEMP=900 TIME=35 DRYO2 DEPOSIT POLYSILICON THICKNESS=0.3 DIVISIONS=4 COMMENT Poly and oxide etch ETCH POLY LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5 ETCH OXIDE LEFT P1.X=0.8 P1.Y=-0.5 P2.X=0.8 P2.Y=0.5 DEPOSIT OXIDE THICKNESS=0.02 COMMENT LDD implant IMPLANT PHOS ENERGY=50 DOSE=5E13 COMMENT LTO DEPOSIT OXIDE THICK=0.2 DIVISIONS=10 COMMENT Spacer etch ETCH OXIDE DRY THICK=0.22 COMMENT S/D implant IMPLANT ARSENIC ENERGY=100
二极管的特性与应用 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si 管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ηη====υ ω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以 ()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体 积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
电子科技大学微固学院 标准实验报告 （实验）课程名称微电子器件 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实验报告 学生姓名：学号：指导教师：张有润 实验地点：211楼605 实验时间： 一、实验室名称：微电子器件实验室 二、实验项目名称：晶体管开关特性的测试分析 三、实验学时：3 四、实验原理： 图1 如图1所示，如果在晶体管基极输入一脉冲信号Vi，则基极和集电极电流波型如 图所示。故由图可读出其延迟时间T d 、上升时间T r 、存储时间T s 和下降时间T f 。 晶体管开关时间参数一般是按照集电极电流i C 的变化来定义：?延迟时间t d：从脉冲信号加入到i C上升到0.1I CS。 ?上升时间t r：从0.1I CS上升到0.9 I CS。 ?存储时间t s：从脉冲信号去除到i C下降到0.9 I CS。
?下降时间t f：从0.9 I CS下降到0.1 I CS。 ?其中t d + t r即开启时间、 t s + t f即关闭时间。 五、实验目的： 掌握晶体管开关特性测量原理。并能熟练地运用仪器其对双极晶体管的开关时间进行测试。 六、实验内容： 掌握晶体管开关特性测量原理，用如下实验装置图2观察晶体管输入输出波型，读出各参数。 改变外电路偏置，研究电路偏置对开关时间的影响。 图2 七、实验器材（设备、元器件）： 双踪示波器、脉冲发生器、直流稳压电源、测试盒、9031NPN 八、实验步骤： 1、按上图2连接仪器，校准仪器。 2、上脉冲，记录输入输出波型及NPN的开关参数。
九、实验数据及结果分析： 测量9103NPN的开关参数即：延迟时间T d、上升时间T r、存储时间T s和下降时间T f。 十、实验结论： 通过测试，可以知道：晶体管的开关时间中存储时间比例最高。 十一、总结及心得体会： 晶体管开关时间是衡量晶体管开关速度特性的重要参数。据了解，晶体管开关作用优点如下：控制大功率、直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关，以及简单和优化的基极驱动造就的高性能。从而可以知道它对数字电路的工作频率和整机性能有直接影响。本实验的使我掌握了晶体管开关时间的物理性质和测量原理方法，理解了双极晶体管开关特性的基本参数。促进了我能够结合课本更加直观地认识晶体管开关作用的相关概念，继而提高了自己对于晶体管的学习兴趣，为将来的学术和工作都打下了良好的的实践基础。 十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验仪器老旧，建议更新。 报告评分： 指导教师签字：
几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平 面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固 地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流” 电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1、正向特性 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电 压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。 2、反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当 二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 1、额定正向工作电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。 2、最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工
增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的重要方向 （作者：Xie Meng-xian，电子科技大学微固学院) （1）集成电路发展状况： 作为微电子技术的主体——集成电路，它的发展已经经历了若干个重要阶段，从小规模、中规模，到大规模、乃至超大规模、特大规模等。微电子技术的这种长足的进步，在很大程度上就是在不断努力地缩短场效应器件的沟道长度，这主要是通过改善微电子工艺技术、提高加工水平来实现的。尽管现在沟道长度已经可以缩短到深亚微米、乃至于纳米尺寸了，但是要想再继续不断缩短沟道长度的话，将会受到若干因素的限制，这一方面是由于加工工艺能力的问题，另一方面是由于器件物理效应（例如短沟道效应、DIBL效应、热电子等）的问题。因此，在进一步发展微电子技术过程中，再单只依靠缩短沟道长度就很不现实、甚至也可能了，则必须采用新的材料、开发新的工艺和构建新的器件结构，才能突破因缩短沟道所带来的这些限制。 实际上，从集成电路的发展趋势来看，大体上可以划分为三大阶段： ①K时代（Kbit，KHz）：微细加工的时代（不断缩短有效尺寸）～“微米时代”； ②M时代（Mbit，MHz）：结构革命的时代（不断改进器件和电路结构）～“亚微米时代”； ③G时代（Gbit，GHz）：材料革命的时代（不断开发新材料、新技术）～“10纳米时代”。 现在已经开始进入G时代，因此，在不断开发新技术的同时，特别值得注意的是新材料的开发；不仅要开发新型的半导体材料（例如宽禁带半导体、窄禁带半导体、大极性半导体等），而且也要开发各种新型的辅助材料（例如高K、低K介质材料，Cu电极材料，新型表面钝化材料等）。器件和电路研究者应该多加注意新材料的开发应用；而新材料研究者应该多加注意往器件和电路的应用上下功夫。 在新的材料和工艺技术方面现在比较受到重视的是高介电常数（高K）材料和Cu互连技术。当沟道长度缩短到一定水平时，为了保持栅极的控制能力，就必须减小栅极氧化层厚度（一般，选取栅氧化层厚度约为沟道长度的1/50），而这在工艺实施上会遇到很大的困难（例如过薄的氧化层会出现针孔等缺陷）；因此就采用了高介电常数的介质材料（高K材料）来代替栅极氧化物，以减轻制作极薄氧化层技术上的难度。另外，沟道长度缩短带来芯片面积的减小，这相应限制了金属连线的尺寸，将产生一定的引线电阻，这就会影响到器件和电路的频率、速度；因此就采用了电导率较高一些的Cu来代替Al作为连线材料，以进一步改善器件和电路的信号延迟性能。可见，实际上所有这些高K材料和Cu互连等新技术的采用都是不得已而为之的，并不是从半导体材料和器件结构本身来考虑的。 显然，为了适应器件和电路性能的提高，最好的办法是另辟途径，应该考虑如何进一步发挥半导体材料和器件结构的潜力，并从而采用其他更有效的技术措施来推动集成电路的发展。现在已经充分认识到的一种有效的技术措施就是着眼于半导体载流子迁移率的提高（迁移率增强技术）。 （2）迁移率增强技术： 迁移率（μ）是标志载流子在电场作用下运动快慢的一个重要物理量，它的大小直接影响到半导体器件和电路的工作频率与速度。 对于双极型晶体管而言，高的载流子迁移率可以缩短载流子渡越基区的时间，使特征频率（f T）提高，能够很好的改善器件的频率、速度和噪音等性能。 对于场效应晶体管而言，提高载流子迁移率则具有更加重要的意义。因为MOSFET的最大输出电流——饱和漏极电流I DS可表示为：
WORD 格式整理 GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序 点击次数： 181 发布时间： 2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996 中华人民共和国国家军用标准 微电子器件试验方法和程序 Test methods and procedures for microelectronic device 方法 1009.2盐雾(盐汽) 1目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 1.1术语和定义 1.1.1腐蚀corrosion 指涂层和 ( 或 ) 底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损坏 1.1.2腐蚀部位corrosion site 指涂层和 ( 或 ) 底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置 1.1.3腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit) 指腐蚀作用的结果 ( 即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等 ) 。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4腐蚀色斑corrosion stain 腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。 1.1.5气泡blister 指涂层和底金属之间的局部突起和分离 1.1.6针孔pinhole 指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。 1.1.7凹坑pitting 指涂层和 ( 或 ) 底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞 1.1.8起皮flaking 指局部涂层分离，而使底金属显露
2设备 盐雾试验所用设备应包括： a)带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料( 玻璃、塑料等) 制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风， 以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布； b)能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采 用符合试验条件 C 和 D( 见 3.2) 要求的备用盐溶液容器； c)使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由 20%氧、80%氮组成的混合气体 ( 应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中); d)试验箱应能加热和控制 e)在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段； f)空气或惰性气体于燥器； g)1 倍 ~3 倍、 10 倍~20 倍和 30 倍 ~60 倍的放大镜。 3 程序 3.1试验箱的维护和初始处理 试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在 (35 ±3) ℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。 某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件( 见 3.2) 。当需要做长时间试验 ( 见 3.2 的试验 条件 C 和 D)时，盛盐溶液的容器可采用备用的容器来补充，以便试验不中断。清洗后，试 验箱开始工作时，盐溶
实验四二极管特性曲线及应用 一、实验目的 1. 了解二极管的单向导电特性。 2. 学习二极管极性及性能是否良好的判断方法。 3. 用仿真软件仿真测试和二极管的伏安特性曲线。 二、实验原理 二极管，是电子元件当中一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。许多二极管的使用是应用其整流的功能。而变容二极管（Varicap Diode ）则用来当作电子式的可调电容器。 大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying ）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性，而是较为复杂的非线性电子特征。 晶体二极管为一个由p 型半导体和n 型半导体形成的pn 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于pn 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN 结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN 结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。当二极管两端的正向电压超过一定数值，内电场很快被削弱，电流迅速增长，二极管正向导通。叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V ，锗管约为0.1V 。硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.8V ，锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V 。 外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多， 小功率硅 （a ）（b ）（c ）（d ） 图3.1 常见二极管的符号
G J B B微电子器件试验 方法和程序 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
G J B548B-2005微电子器件试验方法和程序 点击次数：181 发布时间：2011-3-1 14:24:07 GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996?中华人民共和国国家军用标准微电子器件试验方法和程序Test methods and procedures for microelectronic device 方法盐雾(盐汽) 1 目的 本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验 术语和定义 1.1.1 腐蚀 corrosion 指涂层和(或)底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损坏 腐蚀部位 corrosion site 指涂层和(或)底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置 腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit)指腐蚀作用的结果(即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等)。腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流 动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。 1.1.4 腐蚀色斑 corrosion stain 腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。 气泡 blister 指涂层和底金属之间的局部突起和分离
针孔 pinhole 指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。 凹坑 pitting 指涂层和(或)底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞 起皮 flaking指局部涂层分离，而使底金属显露 2 设备盐雾试验所用设备应包括：a) 带有支撑器件夹具的试验箱。该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料(玻璃、塑料等)制造。在试验 箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。该箱应适当通风，以防止产生“高压” ，并保持盐雾的均匀分布；b) 能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。如需要，为了进行长时间试验，可采用符合试验条件C和D( 见要求的备用盐溶液容器；c) 使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由20%氧、80%氮组成的混合气体(应防止诸如油和灰尘 等杂质随气体进入雾化器中);d) 试验箱应能加热和控制e) 在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段；f) 空气或惰性气体于燥器；g) 1倍~3倍、10倍~20倍和30倍~60倍的放大镜。 3 程序 试验箱的维护和初始处理试验箱的清洗是为了保证把会对试验结果产生不良影响的所有物质清除出试验箱。使试验箱工作在(35±3)℃ ，用去离子水或蒸馏水进行必要的清洗。每当容器里的盐溶液用完时，就应当清洗试验箱。某些试验可能在清洗 之前进行，这取决于盛盐溶液的容器的大小和所规定的试验条件(见。当需要做长时间试验(见的试验
姓名班级________学号____ 实验日期__节次教师签字成绩 二极管的特性研究及其应用一．实验目的 1.通过二极管的伏安特性的绘制，加强对二极管单向导通特性的理解； 2.了解二极管在电路中的一些应用； 3，学习自主设计并分析实验 二．实验内容： 1.二极管伏安特性曲线绘制； 2.交流条件下二极管电压波形仿真； 3.二极管应用电路 三．实验仪器 稳压电源RIGOL DS5102CA FLUKE190型测试仪；1N4001二极管若干； 函数信号发生器 TFG2020G ；电阻若干； 四．实验步骤 1.二极管伏安特性曲线绘制； 二极管测试电路
（1）创建电路二极管测试电路； （2）调整V1电源的电压值，记录二极管的电流与电压并填入表1； （3）调整V2电源的电压值，记录二极管的电流与电压并填入表2； （4）根据实验结果，绘制二极管的伏安特性。 表一 V1 200mv 300mv 400mv 500mv 600mv 700mv 800mv 1v 2v 3v ID VD 表二 V1 I D V D 绘制U—I图: 2．交流条件下二极管电压波形仿真；
D1 1N4001GP R1 100Ω V16 Vpk 100 Hz 0° XSC1 A B C D G T 2 1 仿真电路图 仿真结果
3.二极管应用电路 （1）桥式整流电路 D1 1N4001 D2 1N4001 D3 1N4001 D4 1N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R1100Ω 1 3 45 用示波器测量R1两端波形，并记录
桥式整流电路仿真 D1 1N4001 D21N4001 D3 1N4001 D41N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R12kΩ 4 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 3 2 仿真结果