实验六电容-电压法测量p n结的平均杂质浓度和杂质分布解析

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1、实验六电容-电压法测量p+n结的平均杂质浓度和杂质分布一、实验目的 1.掌握电容-电压特性测试仪的使用 2.通过测量p+n二极管电容与反向电压的关系，测量硅p+/n外延层的杂质浓度随深度的分布。 二、实验原理 对于一个P+N的单边突变结。P区一边空间电荷区很窄，是因为掺杂浓度很高。空间电荷的宽度几乎全在n型半导体一边，其中正的空间电荷由电离施主构成，此空间电荷区称为耗尽层，如图1所示。 耗尽层的宽度取决于半导体的杂质浓度。平衡时耗尽层的宽度为： （1）  当外加偏压时，耗尽层的宽度随外加电压的变化二变化： （2） （3） 耗尽层的厚度随外加电压的变化直接反映着耗尽层具有一定的电容

2、，这个电容叫做二极管的势垒电容。耗尽层的两个界面可以看作平行板电容器的两个面板，其电容值可由下述关系表示： （4）  势垒电容与低浓度一边的掺杂浓度成正比；与（Vbi-V）1/2成反比。 通常用pn结二极管和其他器件的C-V数据来确定器件的参数，特别是结轻掺杂一侧的平均杂质浓度和杂质分布。C-V测量在器件表征和测试中已经成为常规的手段。 现在分析C-V数据，假设测试器件是一个非对称掺杂的突变结。对于假定的结分布，将（2）代入（4）式两边求倒数          （5） （5）式表明1/CJ2与VA的关系应该是一条直线，斜率的倒数正比于NB，而且外推到1/CJ2=0处的截距等于Vb

3、i。因此假设二极管的面积A是已知的，利用该图的斜率可以很容易地推导出NB。显然1/CJ2与VA的直线图也验证了可以用突变结来模拟该二极管。 显然，可以将前面的图形方法扩展到线性缓变和其他杂质分布上，但人们却很少这么做。正如该方法所显示出的，事先无需知道杂质分布的性质，就可以利用C-V数据直接推导出结轻掺杂一侧的杂质浓度随位置的变化关系。省略推导细节，只需要记住杂质浓度随位置的变化关系为            （6）                     （7） 其中x是结轻掺杂一侧离开冶金结的距离。注意，可将（5）式突变结关系式代入（6）式，得到的结果将与位置无关，这与预期的结

4、果相一致。 此外，由于需要用到C-V数据的斜率和导数，所以结果容易受到噪声的影响。尽管如此，利用C-V确定杂质分布的方法实现起来相对简单，通常能得出有用的结果，因而得到了广泛的应用.三、实验内容及步骤 4.1开机 仪器安装连接好后，把电源开关按到ON位置，电源接通，仪器执行自检程序。如果没有故障，测试指示灯亮。偏置电压指示状态为（电压去），虽然偏置电压有显示，但该电压尚未加到夹具上去。 4.2连接被测件 被测件引线应相当清洁且笔直，将它插入CV-2000测试座具即可。若测试件引线脏，必须先擦干净，以保证接触良好。 4.3零校准 由于温度变化或改变夹具，都会引起寄生电感变化，因此，

5、在每天开机30分钟后，改变夹具或温度变化大于3℃时，都要完成零校准。分两步完成： 开路零校准：1.开机2.在测量功能检查之后，应按[开路校准]按钮。在电容显示屏内出现一个零，并且通过灯亮，让人体远离仪器。按[校准触发]键并等一会，直到通过灯重新亮，开路校准完成。短路零校准： 把随机附带的短路铜片插入测试槽按[短路校准]按钮，电容显示屏内出现一个5，并且通过灯亮，按[校准触发]键等一会直到通过灯重新亮，短路零校准完成。完成后请将短路铜片拿开。 4.4测量 在零校准后按测试键，当测试指示灯亮即进入测试状态。 4.5偏置电压下测试电容 A、完成上面四个步骤后，把元件插入CV-2000夹

6、具，夹具的插槽电压极性如下图所示，左边插槽为（+）极，右边插槽为（-）极。如测试三极管电极、基板反向电压特性，如系PNP型三极管基极插入（-）插槽，集电极插入（+）插槽，然后加不同偏压即可得出不同偏压下的电容值。  如二极管，则二极管的“+”极插入（-）插槽，“-”极插入（+）插槽，即可得出不同偏压下的电容值。 B、粗调电位器“W1”及微调电位器“W2”的使用： W2的调节范围是0-V0（V0在20V以下，不同机器有些许差别），可精确调节每0.1V。当测试元件反向耐压在V0以下，可将W1左旋至尽，单独调节W2即可。 当测试元件反向耐压在100V以下，则需W1、W2配合使用，请按下

7、一步骤进行操作：1.首先测量20V以下电容值，将W1左旋至尽，单独调节W2同时记录电容值，将W2左旋到头时记下电压V1。2.完成后再将W2左旋至尽，然后慢慢左旋W1使偏置电压显示为V1，然后慢慢调节W2，并记录电容值，当W2右旋至尽时记下电压V2。3.完成后再将W2左旋至尽，然后右旋W1使偏置电压显示为V2，然后慢慢调节W2，重复步骤即可得到100V以内的偏置电压的电容值。4.6 为保护下次测量的器件关机前请分别将W1、W2左旋至尽，使偏置电压显示为0V。 在面板左上方是电容值显