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1、半导体薄膜的制备实验的特殊性及教学尝试中国科学技术大学物理系邮政编码：230026Tel:0551-3607574Fax:0551-3601073E-mail:lism@ustc.edu.cn许小亮徐军刘洪图1半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试四级物理实验的宗旨按实验内容的基础普遍性、难易程度与学生知识水平相适应分为四级实验一级实验：基本操作与测量，普及型二、三级实验：逐步增加综合性与设计性实验的比例及难度，由教师安排，过渡到学生自己设计实验，自己准备仪器完成实验。培养综合思维和创造能力。四级实验以科研实践为主题，以科学研究的方式进行实验教
2、学，培养学生独立科研的能力。2半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试达到以上要求的难点（对三、四级实验而言）（1）三、四级实验的对象是理科和物理类学生，有几百人参加。设备和师资有限，可能带来如下问题：设备总量将严重不足实验周期大大拉长，指导教师工作量大大增加（2）由于增加了具有时代性和先进性的现代实验，引入了一些大型或高精尖设备，不可能让每人得到充分的操作训练，可能带来如下问题：实验设备少，操作受限；操作规程过于规范，束缚思维实验先进，大大超前理论：知其然不知其所以然实验标题及方法固定，实际上就难以切入真正的科研3半导体薄膜的制备和性能测试实验
3、的特殊性及教学尝试解决方法：（1）实验闲隙中（如抽真空等待时），以计算机演示的方式，向同学讲解：固体物理和半导体物理预备知识实验原理和操作规程（2）每次实验必须打开真空室，结合实物讲解（3）请同学自己总结问题和提出问题（4）利用学期近结束时的开放时间安排科研实践活动4半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试下是计算机部分演示一、ZnO透明导电薄膜和金属电极的制备(1)预备知识：半导体结构及导电性（为没有学过“固体物理”的学生准备,另有演示,此处从略）半导体的晶体结构,晶格、晶向、晶面和它们的标志,半导体的几种常见结构（金刚石型结构，闪锌矿、纤锌矿
4、结构，氯化钠结构）半导体中的电子状态和能带:原子的能级和晶体的能带（导带，禁带和价带）半导体中的杂质和缺陷能级，间隙位与替位位，施主与受主，补偿，n型与p型半导体，缺陷与位错，半导体中的掺杂ZnO薄膜的制备5半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试透明导电ZnO薄膜及 金属电极的制备演示中国科学技术大学物理系薄膜制备及性能测试实验室6半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试实验内容介绍三.金属电极制备四.磁控溅射制备ZnO薄膜五.相关准备工作----化学清洗和靶材制备二.ZnO薄膜的基本性质一.薄膜材料简介7半导体薄膜的制备和性能测试实验
5、的特殊性及教学尝试（1）薄膜材料应用领域：材料科学、能源、信息、微电子工业等;尤其宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件提高生产率，降低成本;发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、高透射率等可作为透明导电窗口.（2）ZnO薄膜及金属电极的制备实验方法：用掺氧化铝的氧化锌粉末靶→真空蒸发或磁控溅射→制备半导体透明导电薄膜→测量薄膜的光电特性.一、薄膜材料简介8半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试二、ZnO薄膜的基本性质几种宽禁带半导体基本性质比较9半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试
6、1、真空蒸发原理：真空条件下---蒸发源材料加热---脱离材料表面束缚---原子分子作直线运动----遇到待沉积基片---沉积成膜。2、真空镀膜系统结构：（1）真空镀膜室（2）真空抽气系统（3）真空测量系统三、真空蒸发制备金属电极10半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试旋片泵结构及工作原理示意图11半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试扩散泵结构及工作原理示意图12半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试涡轮分子泵结构示意图13半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试热偶规工作原理：一对热电偶A、B与一对加热钨丝焊接
7、在一起，在电流恒定不变时，热丝温度取决于管内气体的热导率K，K正比于分子平均自由程和气体浓度.在-1托至-4托范围内,随着真空度的提高,电偶电动势也增加,因而可由热电偶电动势的变化来表示管内气体的压强.(需要注意的是,当真空度更高时,由于热传导非常小,电偶电动势变化不明显时,就需要改用其它方法测量了)真空测量系统----热偶规14半导体薄膜的制备和性能测试实验的特殊性及教学尝试热阴极电离规工作原理:从发射极F发射出电子,经过栅极G使电子加速,加速电子打中管内气体分子时,使气体分子电离,正离子被收集极C吸收,收集极电路中的微安表记录正离子流Ii的变化,而电
8、子流在栅极附近作若干次振荡后被栅极吸收,由栅极电路中的毫安表记录电子流Ie.需要
