温度对半导体的电压电流影响实验.docx

温度对半导体的电压电流影响实验.docx

ID:58653739

大小:39.17 KB

页数:7页

时间:2020-10-16

温度对半导体的电压电流影响实验.docx_第1页
温度对半导体的电压电流影响实验.docx_第2页
温度对半导体的电压电流影响实验.docx_第3页
温度对半导体的电压电流影响实验.docx_第4页
温度对半导体的电压电流影响实验.docx_第5页
资源描述:

《温度对半导体的电压电流影响实验.docx》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库

1、实验温度、光对半导体导电特性的影响一.实验目的与意义无论是半导体单晶材料、PN结、还是器件,其电学特性(如:电阻率ρ、I-V曲线、载流子迁移率μ)均受温度、光(辐射)影响,因此,从原理上讲,半导体产品的应用受环境温度、辐射限制大。所以在设计、使用半导体产品时必须考虑环境因素。通过本实验的学习,加深学生对半导体导电性理论的理解,培养学生自行设计实验方法,实际动手操作,观察现象,进行理论分析的能力。二.实验原理1.电阻率的测量:设样品电阻率ρ均匀,样品几何尺寸相对于探针间的距离可看成半无穷大。引入点电流源的探针其电流强度为I,则所产生的电力线有球面对称性,即等位面是以点电流源为中心的半球

2、面,如图1-1所示。在以r为半径的半球上,电流密度j的分布是均匀的。图1-1探针与被测样品接触点的电流分布(1-1)若E为r处的电场强度,则(1-2)取r为无穷远处的电位ф为零,并利用,则有:(1-3)(1-4)式(1-2)就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离r的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式,它代表了一个点电流对距离为r处的点的电势的贡献。II1234图1-2四根探针与样品接触示意图对于图1-2所示的情形,四根探针位于样品中央,电流从探针1流入,从探针4流出,则可将1和4探针认为是点电流源,由式(1-3)得到探针2和3的电位为:(1-5)(1-6)  探针2、3电位

3、差为:,由此得出样品电阻率为:(1-7)式(1-7)就是利用直流四针探法测量电阻率的普遍公式。当电流取I=C时,则有ρ=V23,可由数字电压表直接读出电阻率。实际测量中,最常用的是直线四探针。即四根探针位于同一直线上,并且间距相等,设相邻两探针间距为S,则半无穷大样品有:(1-8)通常只要满足样品的厚度,以及边缘与探针的最近距离大于四倍探针间距,样品近似半无穷大,能满足精度要求。1.块状和棒状样品的电阻率四探针测试仪探针间距均为1mm,块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较,符合半无穷大边界条件,有C=2π,因此,只要I=6.28I0,I0为该电流量程满刻度值,由电压表读出的数值就是电

4、阻率。2.片状样品的电阻率片状样品其厚度与探针间距比较,不能忽略,测量时要提供对样品的厚度、测量位置的修正系数。(1-9)式中:ρ0为半无穷样品的电阻率;为样品厚度W与探针间距S的修正函数,可由附录1查得;为样品形状和测量位置的修正函数,可由附录2查得。当圆形硅片的厚度满足时,有:(1-10)2.由ρ-T曲线可知温度对电阻率影响很大,实验测得的高阻单晶硅片与掺杂单晶硅片ρ-T曲线完全不同,这可由电阻率公式说明:本征半导体电阻率ρi:(2-1)掺杂半导体电阻率ρ:(2-2)本征半导体电阻率由载流子浓度ni决定,ni随温度上升而急剧增加,室温附近,温度每增加8℃,硅的ni就增加一倍,因为

5、迁移率只稍有下降,所以电阻率将相应地降低一半左右。300K时,ρi约为2.3*105Ω·cm。D对掺杂半导体,有杂质电离和本征激发两个因素存在,由有电离杂质散射和晶格散射,两种散射机构的存在,因而,复杂。图2-1是掺杂单晶硅ρ-T曲线示意图。图2-1Si的ρ-T曲线示意图温度较低时,本征激发可忽略,载流子主要由杂质电离提供,它随着温度升高,而增加;散射主要由电离杂质决定,迁移率随温度升高也增大,所以,ρ-T曲线下降(AB段)。温度继续升高,杂质已全部电离,本征激发还不显著,载流子基本不变,而晶格振动散射成为主要影响因素,迁移率虽温度升高而降低,所以,ρ-T曲线上升(BC段)。温度继续

6、升高,本征激发很快增加,本征载流子的产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响,本征激发成为最主要影响因素,表现出与本征半导体相似的特性(CD段)。三.实验内容学生自行设计一半导体材料、芯片或器件的电学特性随环境温度或光注入变化的实验方案,在实验室现有条件下,进行测试,并对实验现象和结果进行分析、讨论,给出合理的理论解释。四.实验样品与仪器SZ82四探针测试仪,晶体管特性图示仪,YY2814LCR自动测试仪,调温探针台,温控仪,白炽灯等,高阻单晶硅片,掺杂单晶硅片,pn芯片,晶体管、二极管。五.实验步骤以半导体电阻率随温度的变化为例:1、实验方法采用SZ82四探针测试仪,温控仪,测量高阻单

7、晶硅片、掺杂单晶硅片的电阻率随温度的变化,即做出电阻率-温度(ρ-T)曲线,对比高阻单晶硅与掺杂单晶硅ρ-T曲线的不同。2、测试数据:按实验五调试四探针仪,硅片置于温控仪测试台上,从室温开始升温,每隔几℃测一组(ρ,T)值,分别列表记录测试结果,绘出高阻单晶硅片与掺杂单晶硅片的ρ-T曲线。由室温电阻率与硅掺杂浓度关系(附表ρ-n曲线),得到硅片样品的杂志浓度含量。六.数据处理记录掺杂半导体电阻率随温度变化数据,画出ρ-T图,分析误差。D数据图反映的是上图B

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文

此文档下载收益归作者所有

当前文档最多预览五页,下载文档查看全文
温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,天天文库负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。