2023年07國際學(xué)院微電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書

微電子技術(shù)試驗指導(dǎo)書

半導(dǎo)體電阻率測試試驗工程

〔驗證性試驗；試驗學(xué)時2h〕

1、試驗說明

半導(dǎo)體材料用于器件生產(chǎn)時往往必需按要求摻雜，對摻雜的濃度、均勻性有嚴(yán)格的要求，它的摻雜性能對加

工成的成品質(zhì)量關(guān)系重大，必需嚴(yán)格把握與檢測。摻雜后的的半導(dǎo)體電阻率變化是反映其摻雜狀況的一個重要指

標(biāo)，所以在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝或在開發(fā)爭論中必需把握其測試方法。一般測試中多承受四探針法，結(jié)合相應(yīng)的算

法，進(jìn)展半導(dǎo)體體電阻率的測量。

本試驗學(xué)習(xí)利用專用儀器測試半導(dǎo)體電阻率的方法，同時通過測試和實際觀看加深對半導(dǎo)體電阻率特性理解。

試驗完成之后要寫出試驗分析報告。

2.試驗?zāi)康?/p>

1).學(xué)習(xí)把握測試半導(dǎo)體電阻率特性參數(shù)的方法。

2).加深對半導(dǎo)體電阻率特性參數(shù)理解，把握對該參數(shù)的觀查分析方法。

3.試驗原理

將四根排成確定布局的探針以確定的壓力垂直地壓在被測樣品外表上，在1、4探針間通以

電流I(mA),2、3探針間就產(chǎn)生確定的電壓V(mV)(如圖1)。測量此電壓并依據(jù)測量方式和樣

品的尺寸不同，可分別按以下公式計算樣品的電阻率、方塊電阻、電阻：

圖1.直線四探針法測試原理圖

①.薄圓片(厚度W4mm)電阻率：

V

P=IxF(D/S)XF(W/S)xWxFspQ-cm…⑴

其中：D—樣品直徑，單位：cm或mm,留意與探針間距S單位全都；

S—平均探針間距，單位：cm或mm,留意與樣品直徑D單位全都(四探針頭合格證上的

S值)；

W—樣品厚度，單位：cm,在F(W/S)中留意與S單位全都；

FSL探針間距修正系數(shù)(四探針頭合格證上的F值)；

F(D/S)一樣品直徑修正因子。當(dāng)D-8時，F(xiàn)(D/S)=4.532,有限直徑下的F(D/S)由附表B

查出：

F(W/S)一樣品厚度修正因子。W/S<0.4時，F(xiàn)(W/S)=1；W/S>0.4時，F(xiàn)(W/S)值由附表C

查出；

1—1、4探針流過的電流值，選值可參考表5.2(第6頁表5.2)；

V—2>3探針間取出的電壓值，單位mV；

②.薄層方塊電阻R：

□

V

RxF(D/S)XF(W/S)xFspQ/□…(2)

其中：D—樣品直徑，單位：cm或mm,留意與探針間距S單位全都；

S—平均探針間距，單位：cm或mm,留意與樣品直徑D單位全都(四探針頭合格證上的

S值)；

W—樣品厚度，單位：cm,在F(W/S)中留意與S單位全都；

Fsp—探針間距修正系數(shù)(四探針頭合格證上的F值)；

F(D/S)一樣品直徑修正因子。當(dāng)D-8時，F(xiàn)(D/S)=4.532,有限直徑下的F(D/S)由附表B

查出：

F(W/S)一樣品厚度修正因子。W/S<0.4時，F(xiàn)(W/S)=1；W/S>0.4時，F(xiàn)(W/S)值由附表C

查出；

1—1、4探針流過的電流值，選值可參考表5.1(第6頁表5.1)；

V—2、3探針間取出的電壓值，單位mV；

①雙面集中層方塊電阻RD

可按無窮大直徑處理，此時F(D/S)=4.532,由于集中層厚度W遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探針間距，故F(W/S)=1,

此時

一V

R=4.532x_xFsp

口I

②單面集中層、離子注入層、反型外延層方塊電阻

此時F(D/S)值應(yīng)依據(jù)D/S值從附表C中查出。另外由于集中層、注入層厚度W遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探針間

距，故F(W/S)=1,此時有

V

R=_.xF(D/S)xFsp

③.棒材或厚度大于4mm的厚片電阻率p：

當(dāng)探頭的任一探針到樣品邊緣的最近距離不小于4S時，測量區(qū)的電阻率為：

V

P=7xCQ-cm...(3)

其中：C=2TTS為探針系數(shù)，單位：cm(四探針頭合格證上的C值)；

S的取值來源于:1/S=[1/S1+1/S3-1/(S1+S3)-1/(S2+S3)),S1為(1-2)針、S2為(2-3)針、

S3為(3-4)針的間距，單位：cm；

1—1、4探針流過的電流值，單位mA,選值可參考表5.2(第6頁表5.2)；

V—2、3探針間取出的電壓值，單位mV；

④.電阻的測量：

應(yīng)用恒流測試法，電流由樣品兩端流入同時測量樣品兩端壓降。樣品的電阻為：

V

R=_Q...(3)

I

其中：I—樣品兩端流過的電流值，單位mA,選值可參考表5.2(第6頁表5.2)；

V—樣品兩端取出的電壓值，單位mV；

儀器電氣原理如以以下圖所示

220V電流

濾波樣品A/D

電源恒流.選檔.

穩(wěn)壓測試轉(zhuǎn)換

濾波換向

(-)

(-)把握

RTS-8型數(shù)字式四探針測試儀是運用四探針測量原理的多用途綜合測量設(shè)備。該儀器依據(jù)單

晶硅物理測試方法國家標(biāo)準(zhǔn)并參考美國A.S.T.M標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的，專用于測試半導(dǎo)體材料電阻率

及方塊電阻（薄層電阻）的專用儀器。

儀器由主機、探針測試臺、四探針探頭、計算機等局部組成，測量數(shù)據(jù)既可由四探針測試儀

主機直接顯示，亦可與計算機相連接通過四探針軟件測試系統(tǒng)把握四探針測試儀進(jìn)展測量并采集測

試數(shù)據(jù)，把采集到的數(shù)據(jù)在計算機中加以分析，然后把測試數(shù)據(jù)以表格，圖形直觀地記錄、顯示

出來。用戶可對采集到的數(shù)據(jù)在電腦中保存或者打印以備日后參考和查看，還可以把采集到的數(shù)據(jù)

輸出到Excel中，讓用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)展各種數(shù)據(jù)分析。

4.試驗內(nèi)容、要求

4.1試驗條件：

儀器：RTS-8型數(shù)字式四探針測試儀；

試樣：給定的測試樣片；

4.2測試內(nèi)容

1）、利用儀器通過估測選定最正確測試電流檔；

2）、依據(jù)選定的電流檔對樣片選擇多個不重合的區(qū)域進(jìn)展測試并做好記錄。

3）、在硅片上任意選擇四個不同的點，對每個點分別按表（）規(guī)定的電流值測電阻值并記

錄。

4.3、試驗測試工程及其數(shù)據(jù)記錄表

表1方塊電阻范圍估測記錄表

通過估測確定方塊電阻范圍值

預(yù)選電流量程推想電阻值（Q/口）估算電阻范圍值

100mA（求平均值得出電阻范圍值）

10mA

1mA

100uA

lOuA

表2最正確測試電流量程選擇表:

依據(jù)推想的方塊電阻選擇測試電流量程

方塊電阻范圍推舉電流量程選擇電流量程

<2.5100mA

2.0?2510mA

20?2501mA

200?2500100uA

2023~25000lOuA

>20230luA

表3按選定電流量程對不同測試點的電阻測試記錄

選擇不同測試區(qū)測試方塊電阻

測試區(qū)號電阻實測值（C/口）承受的電流量程

表4同一點承受不同電流量程時電阻測試記錄:

選擇不同電流量程時電阻率測量表

選擇電流量程實測電阻率(C?cm)備注

100mA

10mA

1mA

100uA

lOuA

luA

4.4要求：

1)、測試參數(shù)(電阻率、電阻)，記錄在設(shè)計好的表格中，留待分析。

2)測試過程要細(xì)心調(diào)整儀器，避開消滅突變性特別數(shù)據(jù)。

3)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)撰寫試驗報告

5.預(yù)習(xí)要求

1).理解試驗?zāi)康呐c原理。通過附件學(xué)習(xí)儀器使用說明書。

2).試驗預(yù)備：

?設(shè)計預(yù)備好試驗測試方案、記錄表格。

?結(jié)合試驗內(nèi)容復(fù)習(xí)相關(guān)理論學(xué)問。

?試驗前提交預(yù)習(xí)報告，未事先做好以上試驗預(yù)備的不能參與試驗。

6.報告要求

1).簡潔說明試驗?zāi)康暮鸵蟆?/p>

2).報告中整理、計算、分析出試驗結(jié)果。

3).分析說明試驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和結(jié)果。

4）.結(jié)合理論學(xué)問，比照分析數(shù)據(jù)，給出自己的分析結(jié)論。

5）,答復(fù)規(guī)定的思考題。

7.思考題

1）同一硅片測試的電阻率與所加測試電流有無關(guān)系？

2）假設(shè)同一硅片不同區(qū)域測試的電阻率不同，作何解釋？

附：本試驗用硅片與測試點示意圖：

圖1.試驗用硅片俯視圖

其中黑色小圓點為待測試點（共17個點）。每個點用不同的電流方向各測試一次

兩次測量結(jié)果取平均值得該點電阻率。17個點的電阻率取平均值得到硅片的電阻率。

微電子技術(shù)試驗指導(dǎo)書

霍爾效應(yīng)觀測設(shè)計性試驗工程

（驗證性試驗；試驗學(xué)時2h）

1、試驗?zāi)康模?/p>

?觀測實際霍爾器件在特定磁場作用下產(chǎn)生霍爾電壓的狀況，深入理解半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)；

?把握半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)測試方法及其對特性的理解、分析方法；

2、試驗原理說明：

2.1、試驗根本方法是觀測一個實際的線性霍爾器件在特定磁場作用下產(chǎn)生霍爾電壓的狀況。

2.2、通過理論學(xué)習(xí)，半導(dǎo)體材料在磁場作用下可以產(chǎn)生霍爾電壓效應(yīng)，該電壓隨磁場強弱

變化而變化，因而可用于檢測磁場（磁場的有無、強弱、變化周期）等用途。但是霍爾電壓

比較弱小，在磁場比較弱小，或者是距磁場源比較遠(yuǎn)時，不易觀看到。因此本試驗用一個包

含線性放大電路的霍爾器件進(jìn)展，由于內(nèi)部放大器可將霍爾效應(yīng)感應(yīng)輸出的電壓放大，因此

在磁場比較弱的條件下也能便利的觀看到該電壓特性。

2.3、試驗條件：

?試驗中磁場為一周期性交變磁場；

?以轉(zhuǎn)變磁場源距離霍爾器件遠(yuǎn)近的方法來模擬轉(zhuǎn)變磁場強弱；

?試驗用霍爾器件型號統(tǒng)一為SS495A；（其輸出特性備注1）；

2.4、試驗電路應(yīng)檢測的參數(shù)和性能判別標(biāo)準(zhǔn):

■測量磁場源與霍爾器件間的距離L（單位cm）；

■檢測不同L時輸出的霍爾電壓Vo（Vpp,示波器觀測值）；

■測繪磁場源鼓舞電壓與檢測到的霍爾電壓的波形與周期，分析是否全都；

3、試驗要求：

?把握特性測試儀器的應(yīng)用；把握霍爾效應(yīng)器件特性的測試方法。

?測試霍爾效應(yīng)對應(yīng)于磁場強度的響應(yīng)電壓幅度，對應(yīng)于特定交變磁場的響應(yīng)波形與

線性度，測試對象的頻響特性。

?對參數(shù)進(jìn)展完整記錄。

?通過測試數(shù)據(jù)分析霍爾效應(yīng)電壓相對于磁場的響應(yīng)特性，到達(dá)實際的了解和把握特

性。

?試驗者必需完成規(guī)定的試驗內(nèi)容，做好記錄，課后完成試驗報告；

4、試驗步驟:

1）、試驗前預(yù)習(xí)本試驗工程，了解霍爾器件原理；

2）、以“SS495A”器件為對象，利用給定電路及其條件進(jìn)展實測;

3）、按比例盡量準(zhǔn)確繪制記錄測試器件的特性曲線；

4）、應(yīng)完成的測試內(nèi)容和填寫的測試記錄表

a）霍爾感應(yīng)電壓測試表（表一）

壓\

0mm5mm10mm15mm20mm25mm30mm

磁場輸、

正弦

三角

鋸齒

注：1、磁場頻率：50Hz（測試過程中保持波形不明顯失真）；

2、轉(zhuǎn)變磁場螺桿與霍爾感應(yīng)元件的的距離從而轉(zhuǎn)變磁場強度

5、試驗報告要求

1）、簡述試驗原理及要求；

2）、依據(jù)數(shù)據(jù)分析測試結(jié)果；

3）、依據(jù)測試數(shù)據(jù)繪出測試的頻響特性曲線；說明曲線;

4）、思考題的答復(fù)等內(nèi)容。

5、附注：試驗用霍爾器件說明

5V

O霍爾電壓

SS495A-\、輸出

TE

霍爾器件

SS495A輸出特性外形圖

本霍爾器件輸出電壓中含有約2.5V直流重量，是無用成分。

附1:試驗裝置附圖

附2：正負(fù)電源連接圖

正、負(fù)電源連接方法示意圖

V+GNDV-

微電子技術(shù)試驗指導(dǎo)書

半導(dǎo)體光敏效應(yīng)器件觀測試驗工程

〔設(shè)計性試驗；試驗學(xué)時4h〕

2、試驗說明

本試驗要求試驗者依據(jù)以下給定的要求和條件，在試驗課前，利用課余時間設(shè)計試驗電路和試驗方法，完

成試驗電路搭建，然后在規(guī)定時間到試驗室進(jìn)展測試。之后要寫出報告。

本試驗學(xué)時是指試驗者提交試驗作品到試驗室進(jìn)展實測的規(guī)定時間長度。

2.試驗?zāi)康?/p>

1).通過半導(dǎo)體光敏效應(yīng)器件外部光電特性的測試，對半導(dǎo)體光敏特性進(jìn)展觀看和分析，

深入理解把握半導(dǎo)體光效應(yīng)特性。

2).把握利用常規(guī)儀器對半導(dǎo)體光敏效應(yīng)器件根本特性參數(shù)進(jìn)展觀測的方法。

3.試驗原理及其參考電路

本試驗通過檢測光敏二極管受光照耀時的導(dǎo)電特性的變化，來觀看爭論其光敏特性。根本原

理是：預(yù)先對被測試的光敏二極管施加確定的反向偏置電壓，然后向被測管照耀不同光強的光，

同時觀測對應(yīng)狀況下被測器件上的電流、電壓變化，這些變化可以反映該半導(dǎo)體器件所具有的光

效應(yīng)特性。

試驗需要設(shè)計一適當(dāng)?shù)脑囼炿娐穪磉M(jìn)展，電路主要包含兩局部：

?一個局部為可控光源局部，用以產(chǎn)生照耀光，光強可調(diào)。還能通過轉(zhuǎn)變照耀源與光

敏器件間的距離來轉(zhuǎn)變照耀光強；

?一個局部是為被測光敏器件供給適當(dāng)?shù)碾娖?，以便能將被測器件的光敏特性轉(zhuǎn)換

為V、A特性進(jìn)展檢測的偏值電路；

試驗時調(diào)整光源以產(chǎn)生不同的光強，將該光源照耀被檢測的半導(dǎo)體光敏器件，試驗人員分別

檢測試驗電路中的光敏器件在不同光強照耀下的電流導(dǎo)通變化狀況，以確認(rèn)電流是與光照呈對應(yīng)

關(guān)系的。并要加以分析和記錄。

由于試驗并未要求對光強度作定量計量，所以試驗是定性的，要求對被測器件依據(jù)檢測得到

的參數(shù)，分析其相對于光強變化狀況，做出趨勢性的比較分析結(jié)論和便于觀看分析示意性圖表。

圖4..1是供試驗者理解試驗內(nèi)容參考的模型電路,試驗者應(yīng)在分析其工作原理根底上，

依據(jù)自己對試驗的理解和測試量的獵取方法，設(shè)計適宜的試驗電路開展試驗。

VR:10KQ

圖4.1半導(dǎo)體光敏器件特性觀測試驗的參考模型電路

思考：

⑴在試驗中假設(shè)不供給電流表，僅使用電壓表，可以依據(jù)什么原理得到相應(yīng)的測試結(jié)

果，從而完成測試？

(2)上述電路中各電阻和電位器起什么作用？

4.試驗內(nèi)容、要求與條件

4.1試驗條件：

器材和儀器數(shù)量

數(shù)字三用表1

直流電源1

發(fā)光二極管1

光敏二極管1

萬能PCB板1

阻容元件自備

二人一組，共同規(guī)劃試驗測試方法，完成電路設(shè)計，搭建，測試。一人撰寫一份試驗

報告。

4.2依據(jù)給定條件，設(shè)計搭建好試驗電路，先要初步預(yù)調(diào)電路；

4.3試驗要求按兩個模式進(jìn)展測試：

1）、將光源發(fā)光窗與被測器件受光窗對準(zhǔn)，保持光源與光敏器件距離在一個便利觀測的不變，轉(zhuǎn)

變光源發(fā)光強度，對應(yīng)測試能表示光敏器件收光影響的參量，記錄在自己事先設(shè)計好的表格中,

留待分析。

2）、將光源發(fā)光窗與被測器件受光窗對準(zhǔn)，保持光源發(fā)光強度不變。然后逐點轉(zhuǎn)變光源與光

敏器件間的距離，對應(yīng)測試能表示光敏器件收光影響的參量，記錄在自己事先設(shè)計好的表格

中，留待分析。

4.3分別分析觀測數(shù)據(jù)（相對于光源的變化，依據(jù)檢測得到的參數(shù)，做出趨勢性的比較分析

結(jié)論，做出相應(yīng)能清楚、直觀表達(dá)試驗結(jié)論的特性曲線）。

4.4撰寫試驗報告

5.預(yù)習(xí)要求（不完成以下預(yù)習(xí)要求者不得進(jìn)展試驗）

1）.理解試驗?zāi)康呐c原理，完成預(yù)習(xí)報告。

2）.試驗預(yù)備：

?設(shè)計試驗電路、預(yù)備好試驗方案、記錄表格。（在預(yù)習(xí)報告中反映）

?裝配并預(yù)調(diào)試試驗電路［實測前要預(yù)先在板上貼