0.275μm nMOST's中陷阱辅助隧穿电流对漏端LDD区DCIV谱峰的影响(英文)
半导体器件物理课后习题(施敏)
p N A N D 5 1015 1017 1017 5 1015 cm3
ni (9.65 109 ) 2 4 3 n 1 . 86 10 cm p 5 1015
1 1 8.33cm 19 15 qp p 1.6 10 5 10 150
因为霍耳电压为正的，所以该样品为p型半导体(空穴导电) 多子浓度：
霍耳系数：
IBZW 2.5 103 30 104 0.05 17 3 p 1 . 46 10 cm qVH A 1.6 1019 10 103 1.6 103
1 1 3 RH 42 . 8 cm /C 19 17 qp 1.6 10 1.46 10
因为热平衡时，样品内部没有载流子的净流动，所以有
J n漂移 J n扩散 J n 0
根据欧姆定律的微分形式
J n漂移 E ( x)
(a) q
E
J n扩散 ( x)
Dn N 0 exp( ax)
a q kT n N 0 exp( ax) q a kT n N 0 exp( ax) a kT n N D q n N D a kT q
1 1 2.78cm qp p 1.6 1019 5 1015 450
2
注意：双对数坐标！ 注意：如何查图？NT？
(b) 21016硼原子/cm3及1.51016砷原子/cm3
p N A N D 2 1016 1.5 1016 5 1015 cm3
密度 = 每立方厘米中的原子数× 原子量/阿伏伽德罗常数
(69.72 74.92) 3 2.2 10 g / cm 23 6.02 10
半导体制造技术期末题库参考答案
（1） 、杂质分布形式：在表面浓度 Cs 一定的情况下，扩散时间越长，杂质 主要特点： 扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也就越多。
x 2 Dterfc 1 （2）、结深： j
CB A Dt Cs
x2
Cs 4 Dt C ( x, t ) | x ,t e （3）、杂质浓度梯度： x Dt
4、写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。
费克第一定律 C 杂质浓度 D 扩散系数(单位为 cm2/s) J 材料净流量（单位时间内流过单位面积的原子个数） 解释：如果在一个有限的基体中杂质浓度 C(x, t)存在梯度分布，则杂质 将会产生扩散运动，杂质的扩散流密度 J 正比于杂质浓度梯度 C/ x，比 例系数 D 定义为杂质在基体中的扩散系数。 1、杂质的扩散方向是使杂质浓度梯度变小。如果扩散时间足够长，则杂质分布 逐渐变得均匀。 2、当浓度梯度变小时，扩散减缓。 3、D 依赖于扩散温度、杂质的类型以及杂质浓度等。 菲克第二定律
可得
代入第一定律方程则得到第二方程。即杂质在材料
中沿某一方向浓度随时间变化率是由于扩散所引起的。
5、以 P2O5 为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。
由于 P2O5 的晶粒较大，因此主要形成 B 类分
6.分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、 扩散杂质的分布函数，简述这两种扩散的特点
如果假设扩散系数 D 为常数，这种假设在低杂质浓度情况下是正确的，则得
解释： 菲克第二定律即为一维扩散方程 沿扩散方向，从 x 到 x+Δx，面积为Δs 的一个小体积元内的杂质数量随时间的 变化情况。设在小体积元Δv=ΔxΔs 内的杂质分布是均匀的。体积元内的杂质 浓 度 为 C(x, t) ， 经 过 Δ t 时 间 ， 该 体 积 元 内 杂 质 变 化 量 为 ，杂质在 x 处的扩散流密度分别为 J(x,t)则 在 Δ t 时 间 内 通 过 x 处 和 x+ Δ x 处 的 杂 质 流 量 差 为 ，假设体积元内的杂质不产生也不消失，
量子垒高度对深紫外LED 调制带宽的影响
第43卷㊀第1期2022年1月发㊀光㊀学㊀报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.43No.1Jan.,2022㊀㊀收稿日期:2021-10-25;修订日期:2021-11-11㊀㊀基金项目:国家重点研发计划(2017YFB0404104);国家自然科学基金(61974139);北京自然科学基金(4182063)资助项目Supported by National Key R&D Program of China (2017YFB0404104);National Natural Science Foundation of China (61974139);Beijing Natural Science Foundation(4182063)文章编号:1000-7032(2022)01-0001-07量子垒高度对深紫外LED 调制带宽的影响郭㊀亮1,2,郭亚楠1,2,羊建坤1,2,闫建昌1,2,王军喜1,2,魏同波1,2∗(1.中国科学院半导体研究所半导体照明研发中心,北京㊀100083;2.中国科学院大学材料与光电研究中心,北京㊀100049)摘要:AlGaN 基深紫外LED 由于具有高调制带宽和小芯片尺寸,在紫外光通信领域受到越来越多的关注㊂本研究通过改变生长AlGaN 量子垒层的Al 源流量,生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED,研究了量子垒高度对深紫外LED 光电特性和调制特性的影响㊂研究发现,随着量子垒高度的增加,深紫外LED 的光功率出现先增加后减小的趋势,量子垒中Al 组分为55%的深紫外LED 的光功率相比50%和60%的深紫外LED 提升了近一倍㊂载流子寿命则出现先减小后增大的趋势,且发光峰峰值波长逐渐蓝移㊂APSYS 模拟表明,随着量子垒高度增加,量子垒对载流子的束缚能力增强,电子空穴波函数空间重叠增加,载流子浓度和辐射复合速率增加;但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露,空穴浓度降低,从而辐射复合速率降低㊂量子垒中Al 组分为55%的深紫外LED 的-3dB 带宽达到94.4MHz,高于量子垒Al 组分为50%和60%的深紫外LED㊂关㊀键㊀词:紫外光通信;深紫外发光二极管;多量子阱层;调制带宽;发光功率中图分类号:TN383+.1;TN929.12㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀DOI :10.37188/CJL.20210331Effect of Barrier Height on Modulation Characteristics ofAlGaN-based Deep Ultraviolet Light-emitting DiodesGUO Liang 1,2,GUO Ya-nan 1,2,YANG Jian-kun 1,2,YAN Jian-chang 1,2,WANG Jun-xi 1,2,WEI Tong-bo 1,2∗(1.Research and Development Center for Semiconductor Lighting Technology ,Institute of Semiconductors ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100083,China ;2.Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering ,University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )∗Corresponding Author ,E-mail :tbwei @Abstract :AlGaN-based deep ultraviolet LED has attracted more and more attention in ultravioletcommunication due to its high modulation bandwidth and small chip size.In this study,AlGaN-based deep ultraviolet LEDs with varied Al composition of 50%,55%,60%in quantum barriers are fabricated.The effect of barrier height on the photoelectric and modulation characteristics of deep ultraviolet LEDs is studied.It is found that the optical power and external quantum efficiency (EQE)of the deep ultraviolet LED increase first and then decreased,and carrier lifetime decreases first and then increases as the quantum barrier height increases.The peak wavelength of the spectra shows a blue-shift.APSYS simulation revealed that the spacial overlap between the wave function of electron and hole is enhanced as Al composition increases.But further increase on barrier height will lead to current leakage which reduces the radiation recombination rate and carrier density in . All Rights Reserved.2㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第43卷quantum well layer.The-3dB bandwidth of deep ultraviolet LED with55%Al composition inquantum barrier is measured to be94.4MHz,higher than those with50%and60%Al composition in quantum barrier.Key words:ultraviolet communication;deep ultraviolet light-emitting diodes;multiple-quantum-well layer;modula-tion bandwidth;optical power1㊀引㊀㊀言随着深紫外LED和日盲探测器的发展,紫外光通信受到越来越多的关注㊂紫外光通信利用紫外光传输信号,该信号可以被漂浮在空气中的微粒和气溶胶等散射和反射,实现非视距通信[1-2]㊂紫外光通信中使用的紫外光也称为日盲紫外光,它在光谱中位于200~280nm之间[3-4]㊂当太阳辐射穿过大气层时,会被空气中的水蒸气㊁二氧化碳㊁氧气㊁臭氧㊁悬浮颗粒和其他气体分子强烈散射㊁吸收或反射,从而导致太阳光谱不连续㊂在所有分子和粒子中,仅占大气0.01%~0.1%的臭氧在紫外光谱中具有很强的吸收带,从而使得到达地表的太阳光中日盲紫外光含量极少,这则为紫外光通信提供了低背景噪声的通信环境[5]㊂同时,紫外光通信还具有高保密性㊁无需频段许可㊁抗干扰能力强等优势,这使得紫外光通信在军事领域具有重要应用价值㊂紫外光源作为紫外光通信系统中重要的组成部分,其光功率决定了紫外光通信系统的传输距离,而其带宽决定了通信速率的上限[6]㊂紫外光通信系统中最常用的三种光源包括气体放电灯㊁激光器和LED㊂气体放电灯制造成本低㊁输出功率大,激光器的光线相干性高㊁单色性好㊁发散性低,然而这两种光源都存在体积大㊁功耗大㊁调制速率低的缺点㊂AlGaN基LED由于具有更高的调制带宽和更小的芯片尺寸,在紫外光通信中得到了越来越广泛的应用[7-9]㊂近年来,越来越多的研究团体开始研究基于深紫外LED作为光源的紫外光通信㊂Alkhazragi等基于商用发光波长为279nm的深紫外LED实现了1m链路上通信速率为2.4Gbps的紫外光通信系统,测得调制带宽为170MHz[10]㊂2018年,Kojima等基于调制带宽为153MHz㊁发光波长为280nm的深紫外LED,在1.5m链路上实现了1.6Gbps的通信速率[11]㊂2019年,He等制备了AlGaN基262nm深紫外Micro-LED阵列,在71 A/cm2电流密度下,测得调制带宽达到了438 MHz,在0.3m链路上实现了高达1.1Gbps的数据传输速率[12]㊂Zhu等制备了100μm深紫外Micro-LED,在400A/cm2电流密度下,测得调制带宽为452.53MHz[13]㊂尽管AlGaN基深紫外LED在紫外光通信中已经得到了广泛应用,但目前大部分研究仍集中在LED芯片工艺的改进上㊂关于深紫外LED外延结构对调制特性的影响的研究几乎处于空白状态㊂本研究通过改变生长AlGaN量子垒层时的Al源流量,控制了量子垒中Al组分分别为50%㊁55%和60%,生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED,研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响㊂并借助APSYS模拟和时间分辨光致发光光谱对实验结果进行了深入分析㊂2㊀实㊀㊀验2.1㊀样品制备实验中首先在c面蓝宝石衬底上生长1μm 厚的AlN缓冲层,然后在1130ħ下沉积20个周期的AlN(2nm)/Al0.6Ga0.4N(2nm)超晶格层㊂然后依次生长1.8μm厚Si掺杂浓度为3ˑ1018 cm-3的n-Al0.61Ga0.39N层,5个周期Al0.4Ga0.6N图1㊀紫外外延片结构示意图Fig.1㊀Wafer structure of ultraviolet LED. All Rights Reserved.㊀第1期郭㊀亮,等:量子垒高度对深紫外LED调制带宽的影响3㊀(3nm)/Al0.5/0.55/0.6Ga0.5/0.45/0.4N(12nm)多量子阱层,50nm厚的Mg掺杂p-Al0.6Ga0.4N电子阻挡层,30nm厚p-Al0.5Ga0.5N层以及150nm厚Mg 掺杂浓度为1ˑ1018cm-3的p-GaN层㊂随后,在800ħ氮气气氛下退火20min以激活Mg受主㊂对生长得到的深紫外LED外延片使用标准紫外流片工艺,制备了倒装结构深紫外LED,芯片尺寸为250μmˑ550μm,图1为外延片结构示意图㊂2.2㊀样品表征LED光功率测试采用的是远方光电公司HAAS-2000高精度快速光谱辐射计,该设备光谱范围为200~2550nm㊂光致发光光谱测试采用215nm紫外激光器作为激发光源,激光功率为31 mW,所用光栅线密度为1200l/mm,测试波长范围为240~320nm,步长为0.2nm,积分时间为1.0s,测试环境温度为295K㊂带宽测试系统采用安捷伦E5061B型网络分析仪,其扫描频率范围为5Hz~3GHz,可覆盖氮化物LED的频率响应范围㊂直流偏置源采用Keithley2420作为电流源,该电流源最大输出电流为3A,最大输出电压为60 V㊂紫外探测器采用Thorlabs公司APD430A2/M 型硅基雪崩探测器,可探测波长范围是200~ 1000nm,可覆盖整个UVC波段㊂图2为实验中使用的带宽测试系统示意图㊂图2㊀带宽测试系统示意图Fig.2㊀Diagram of bandwidth testing system3㊀结果与讨论3.1㊀电致发光光谱图3是3种不同量子垒高度深紫外LED的EL测试结果㊂在20mA电流下,量子垒中Al组分为50%㊁55%和60%的深紫外LED的峰值波长分别为280.4,276.5,274.0nm,可以看出随着量子垒中Al组分的增加,深紫外LED的峰值波长逐渐蓝移㊂这是因为随着量子垒高度增加,量子阱对电子空穴的束缚能力增加,电子和空穴波函数的空间分离减小,量子限制效应增强,从而导致蓝移㊂同时可以看出,随着电流从20mA增加到100mA,深紫外LED的峰值波长逐渐红移㊂Al组分为50%的深紫外LED的峰值波长红移了1.2nm,Al组分为55%的深紫外LED的峰值波长红移了2nm,Al组分为60%的深紫外LED的峰值波长红移了1nm㊂同时LED的发光峰半高宽也逐渐展宽,Al组分为50%的深紫外LED的半高宽从9.9nm展宽到10.8nm,Al组分为55%的深紫外LED的半高宽从11.3nm展宽到12nm, Al组分为60%的深紫外LED的半高宽从10.7nm图3㊀量子垒中Al组分为50%(a)㊁55%(b)㊁60%(c)的深紫外LED的EL光谱随电流的变化㊂Fig.3㊀EL spectra of ultraviolet LED with Al composition of 50%(a),55%(b),60%(c)in quantum barrierunder varied currents.. All Rights Reserved.4㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第43卷展宽到11.7nm㊂这是因为根据焦耳定律,随着电流增加,单位时间内产生的热量增加㊂根据能带宽度和温度的关系,深紫外LED的能带宽度会随着温度升高而线性减小,从而导致发光波长红移[14]㊂热量的增加还会导致量子限制斯塔克效应增强,从而导致半高宽增加[15]㊂3.2㊀光功率对3种不同量子垒高度的深紫外LED芯片进行光电测试,得到不同测试电流下的光功率测试结果,如图4所示㊂可以看出光功率随着量子图4㊀量子垒中Al组分为50%㊁55%㊁60%的深紫外LED 的光功率随电流的变化㊂Fig.4㊀Optical power of ultraviolet LED with Al composition of50%,55%,60%in quantum barrier under var-ied currents.垒高度的增加,出现先增大后减小的趋势㊂这是因为随着量子垒高度的增加,量子阱对电子空穴的束缚能力增强,使得电子空穴浓度增加,从而导致光功率增大㊂但进一步增加量子垒高度,会导致电子阻挡层对过冲电子的束缚能力减弱,过冲电子与p型区的空穴复合,导致空穴电流减小,最终导致光功率降低[16]㊂3.3㊀APSYS模拟我们使用APSYS软件对不同量子垒高度的AlGaN基深紫外LED的能带结构进行了模拟㊂模拟时,深紫外LED的注入电流为62.5mA,器件尺寸为250μmˑ250μm,从下到上为蓝宝石衬底㊁AlN缓冲层㊁n-Al0.55Ga0.45N层㊁有源区㊁p-Al0.65Ga0.35N电子阻挡层㊁p-Al0.55Ga0.45N层㊁p-GaN层㊂有源区由5个量子阱层和6个量子垒层组成,阱层为2nm厚的Al0.45Ga0.55N,垒层为10nm厚的Al0.5/0.55/0.6Ga0.5/0.45/0.4N㊂不同量子垒高度的AlGaN基的深紫外LED的能带结构如图5(a)㊁(b)㊁(c)所示㊂可以看出,随着量子垒高度的增加,电子和空穴的波函数空间分离逐渐减小,我们进一步对其辐射复合速率进行了模拟,模拟结果如图5(d)所示㊂辐射复合速率随着量子垒高度出现了先增加后减小的趋势㊂这是因为随着量子垒高度的增加,量子垒对载流子的束缚作图5㊀量子垒中Al组分为50%(a)㊁55%(b)㊁60%(c)的深紫外LED的能带结构示意图;(d)量子垒中Al组分为50%㊁55%和60%的深紫外LED的辐射复合速率分布示意图㊂Fig.5㊀Band structure of ultraviolet LED with Al composition of50%(a),55%(b),60%(c)in quantum barrier.(d)Ra-diation recombination rate of ultraviolet LED with Al composition of50%,55%and60%in quantum barrier.. All Rights Reserved.㊀第1期郭㊀亮,等:量子垒高度对深紫外LED调制带宽的影响5㊀用增加,使得量子阱内的载流子浓度增大,同时由于电子和空穴的空间波函数重叠增加,辐射复合所占的比重也会增加,从而辐射复合速率增大㊂但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄漏,从而导致辐射复合速率减小[17-18]㊂3.4㊀时间分辨光致发光光谱我们对不同量子垒高度的深紫外LED进行了时间分辨光致发光光谱(TRPL)测试㊂不同量子垒高度深紫外LED的TRPL测试结果如图6所示㊂通过对曲线的衰减部分使用以下公式进行双衰减指数拟合[19]:I(t)=A1e-ττ1+A2e-ττ2,(1)其中τ1满足1/τ1=1/τnr+1/τ2,τnr为非辐射复合载流子寿命,τ2为辐射复合载流子寿命㊂量子垒中Al组分为50%㊁55%和60%的深紫外LED的载流子寿命分别为432,276,352ps㊂可以看出载流子寿命随着量子垒中Al组分的增加出现先减小后增大的趋势㊂图6㊀量子垒中Al组分为50%㊁55%㊁60%的深紫外LED的TRPL光谱随电流的变化㊂Fig.6㊀TRPL spectra of ultraviolet LED with Al composition of50%,55%,60%in quantum barrier.热平衡状态下,pn结中的载流子复合速率可以由以下公式得到:R=B(N0+Δn)(P0+Δn)-BN0P0,(2)其中B为复合常数,N0为电子浓度,P0为空穴浓度,Δn为过剩载流子浓度㊂经整理后可以得到如下公式:R=B(N0+P0+Δn)Δn,(3)由于在p型区中,P0远大于N0,因此上述公式可以进一步简化为:R=B(P0+Δn)Δn,(4)载流子寿命可以由以下公式表示:τ=Δn R=1B(P0+Δn),(5)由于载流子寿命和辐射复合速率成反比,随着量子垒高度增加,量子垒对载流子的束缚作用增强,辐射复合速率增加,载流子寿命因此减小㊂但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄漏,导致辐射复合速率减小,载流子寿命增加[20]㊂3.5㊀调制带宽测试在60mA电流下,测试得到了深紫外LED的频率响应结果如图7所示㊂量子垒中Al组分为50%㊁55%和60%的深紫外LED的-3dB带宽分别为75.0,94.4,82.0MHz㊂深紫外LED的调制带宽随着量子垒高度的增加,出现了先增加后减小的趋势㊂LED的调制带宽主要受到载流子寿命和RC 时间常数决定,并且对于常规尺寸LED,其主要受载流子辐射复合寿命决定㊂载流子辐射复合寿命决定了发光强度在交变信号下的上升和下降时间,也决定了光功率随交变信号变化反应的快慢㊂两者之间满足以下关系[21]:f-3dB=12πτBJ qd,(6)其中f-3dB为LED的-3dB带宽,B为双分子复合系数,J为电流密度,q为元电荷,d为有源区厚度㊂载流子寿命越短,则光子随外电流变化反应的速度越快,从而调制带宽越高㊂这一结果也与3.4中载流子寿命的结果相吻合㊂图7㊀量子垒中Al组分为50%㊁55%㊁60%的深紫外LED 的频率响应图㊂Fig.7㊀Frequency response of ultraviolet LED with Al com-position of50%,55%,60%in quantum barrier. 4㊀结㊀㊀论本文研究了量子垒高度对深紫外LED光电. All Rights Reserved.6㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第43卷特性和调制特性的影响,制备了3种具有不同量子垒高度的深紫外LED㊂研究发现,随着量子垒高度的增加,深紫外LED的光功率和外量子效率出现先增加后减小的趋势,载流子寿命则出现先减小后增大的趋势,EL光谱发光峰峰值波长逐渐蓝移㊂最后,我们使用基于网络分析仪的带宽测试系统对不同量子垒高度的深紫外LED进行了带宽测试,测得量子垒中Al组分为50%㊁55%和60%的深紫外LED的-3dB带宽分别为75.0, 94.4,85.0MHz㊂本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址: /thesisDetails#10.37188/ CJL.20210331.参㊀考㊀文㊀献:[1]UAN R Z,MA J S.Review of ultraviolet non-line-of-sight communication[J].China Commun.,2016,13(6):63-75.[2]DROST R J,SADLER B M.Survey of ultraviolet non-line-of-sight communications[J].Semicond.Sci.Technol.,2014,29(8):084006-1-11.[3]SHAW G A,NISCHAN M L,IYENGAR M A,et al.NLOS UV communication for distributed sensor systems[C].Pro-ceedings of SPIE4126,Integrated Command Environments,San Diego,CA,United States,2000:83-96.[4]KHAN A,BALAKRISHNAN K,KATONA T.Ultraviolet light-emitting diodes based on group three nitrides[J].Nat.Photonics,2008,2(2):77-84.[5]VAVOULAS A,SANDALIDIS H G,CHATZIDIAMANTIS N D,et al.A survey on ultraviolet C-band(UV-C)communica-tions[J].IEEE Commun.Surv.Tutor.,2019,21(3):2111-2133.[6]GUO L,GUO Y N,WANG J X,et al.Ultraviolet communication technique and its application[J].J.Semicond.,2021,42(8):081801.[7]ZHANG H,HUANG C,SONG K,et positionally gradedⅢ-nitride alloys:building blocks for efficient ultraviolet op-toelectronics and power electronics[J].Rep.Prog.Phys.,2021,84(4):044401-1-28.[8]HUANG C,ZHANG H C,SUN H D.Ultraviolet optoelectronic devices based on AlGaN-SiC platform:towards monolithicphotonics integration system[J].Nano Energy,2020,77:105149.[9]YU H B,MEMON M H,WANG D H,et al.AlGaN-based deep ultraviolet micro-LED emitting at275nm[J].Opt.Lett.,2021,46(13):3271-3274.[10]ALKHAZRAGI O,HU F C,ZOU P,et al.Gbit/s ultraviolet-C diffuse-line-of-sight communication based on probabilistical-ly shaped DMT and diversity reception[J].Opt.Express,2020,28(7):9111-9122.[11]KOJIMA K,YOSHIDA Y,SHIRAIWA M,et al.1.6-Gbps LED-based ultraviolet communication at280nm in direct sun-light[C].Proceedings of the2018European Conference on Optical Communication,Rome,Italy,2018:1-3.[12]HE X Y,XIE E Y,ISLIM M S,et al.1Gbps free-space deep-ultraviolet communications based onⅢ-nitride micro-LEDsemitting at262nm[J].Photonics Res.,2019,7(7):B41-B47.[13]ZHU S J,QIU P J,QIAN Z Y,et al.2Gbps free-space ultraviolet-C communication based on a high-bandwidth micro-LEDachieved with pre-equalization[J].Opt.Lett.,2021,46(9):2147-2150.[14]BAUMGARTNER H,VASKURI A,KÄRHÄP,et al.Temperature invariant energy value in LED spectra[J].Appl.Phys.Lett.,2016,109(23):231103-1-4.[15]WANG T,NAKAGAWA D,WANG J,et al.Photoluminescence investigation of InGaN/GaN single quantum well and multi-ple quantum wells[J].Appl.Phys.Lett.,1998,73(24):3571-3573.[16]REN Z J,YU H B,LIU Z L,et al.Band engineering ofⅢ-nitride-based deep-ultraviolet light-emitting diodes:a review[J].J.Phys.D:Appl.Phys.,2020,53(7):073002.[17]GUTTMANN M,HÖPFNER J,REICH C,et al.Effect of quantum barrier composition on electro-optical properties of Al-GaN-based UVC light emitting diodes[J].Semicond.Sci.Technol.,2019,34(8):085007-1-6.[18]王玮东,楚春双,张丹扬,等.俄歇复合㊁电子泄漏和空穴注入对深紫外发光二极管效率衰退的影响[J].发光学报,2021,42(7):897-903.WANG W D,CHU C S,ZHANG D Y,et al.Impact of auger recombination,electron leakage and hole injection on efficiency . All Rights Reserved.㊀第1期郭㊀亮,等:量子垒高度对深紫外LED 调制带宽的影响7㊀droop for DUV LEDs [J].Chin.J.Lumin .,2021,42(7):897-903.(in Chinese)[19]ZHUANG Z,GUO X,LIU B,et al.Great enhancement in the excitonic recombination and light extraction of highly ordered InGaN /GaN elliptic nanorod arrays on a wafer scale [J].Nanotechnology ,2016,27(1):015301.[20]刘恩科,朱秉升,罗晋生.半导体物理学[M].第7版.北京:电子工业出版社,2008.LIU E K,ZHU B S,LUO J S.The Physics of Semiconductors [M].7th ed.Beijing:Publishing House of Electronics Indus-try,2008.(in Chinese)[21]ZHU S C,YU Z G,ZHAO L X,et al.Enhancement of the modulation bandwidth for GaN-based light-emitting diode by sur-face plasmons [J].Opt.Express ,2015,23(11):13752-13760.郭亮(1996-),男,江西吉安人,硕士研究生,2018年于合肥工业大学获得学士学位,主要从事通信用深紫外LED 的研究㊂E-mail:guoliang18@semi.ac.cn魏同波(1978-),男,山东潍坊人,博士,研究员,2007年于中国科学院半导体研究所获得博士学位,主要从事宽禁带半导体材料生长及器件制备的研究㊂E-mail:tbwei@. All Rights Reserved.。
The_Fundamentals_of_Digital_Semiconductor_Testing_(chinese)
目录第一章.认识半导体和测试设备 (3)一、晶圆、晶片和封装 (3)二、自动测试设备 (6)三、半导体技术 (7)四、数字和模拟电路 (7)五、测试系统的种类 (8)六、测试负载板(LoadBoard) (11)七、探针卡（ProbeCard） (12)第二章.半导体测试基础 (13)一、基础术语 (13)二、正确的测试方法 (14)三、测试系统 (16)四、PMU (18)五、管脚电路 (21)第三章.基于PMU的开短路测试 (25)一、测试目的 (25)二、测试方法 (25)第四章.DC参数测试 (29)一、基本术语 (29)二、Binning (29)三、Program Flow (30)四、Test Summary (31)五、DC测试与隐藏电阻 (32)六、VOH/IOH (33)七、VOL/IOL (36)八、IDD Gross Current (39)九、IDD Static Current (42)十、IDDQ (44)十一、IDD Dynamic Current (45)十二、入电流（IIL/IIH）测试 (48)十三、输入结构－高阻/上拉/下拉 (54)十四、输出扇出 (55)十五、高阻电流（High Impedance Currents, IOZH/IOZL） (57)十六、输出短路电流（output short circuit current） (60)第五章．功能测试 (63)一、基础术语 (64)二、功能测试 (64)三、测试周期 (65)四、输入数据 (65)五、输出数据 (68)六、功能测试参数定义 (72)七、总功能测试（Gross Function Test） (73)八、功能测试实例 (77)九、标准功能测试 (80)第六章.AC参数测试 (91)第一章.认识半导体和测试设备本章节包括以下内容，●晶圆（Wafers）、晶片（Dice）和封装（Packages）●自动测试设备（ATE）的总体认识●模拟、数字和存储器测试等系统的介绍●负载板（Loadboards）、探测机（Probers）、机械手（Handlers）和温度控制单元（Temperature units）一、晶圆、晶片和封装1947年，第一只晶体管的诞生标志着半导体工业的开始，从那时起，半导体生产和制造技术变得越来越重要。
固体物理学_答案(黄昆 原著 韩汝琦改编)
《固体物理学》习题解答黄昆 原著 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考）第一章 晶体结构1.1、解：实验表明，很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。
因此，可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。
这样，一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。
它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比，即：晶体原胞的空间利用率， VcnVx = （1）对于简立方结构：（见教材P2图1-1）a=2r ， V=3r 34π，Vc=a 3，n=1 ∴52.06r 8r34a r 34x 3333=π=π=π= （2）对于体心立方：晶胞的体对角线BG=x 334a r 4a 3=⇒= n=2, Vc=a 3∴68.083)r 334(r 342a r 342x 3333≈π=π⨯=π⨯=（3）对于面心立方：晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=⇒= n=4，Vc=a 374.062)r 22(r 344a r 344x 3333≈π=π⨯=π⨯= （4）对于六角密排：a=2r 晶胞面积：S=6260sin a a 6S ABO ⨯⨯=⨯∆=2a 233 晶胞的体积：V=332r 224a 23a 38a 233C S ==⨯=⨯ n=1232126112+⨯+⨯=6个 74.062r224r346x 33≈π=π⨯= （5）对于金刚石结构，晶胞的体对角线BG=3r 8a r 24a 3=⇒⨯= n=8, Vc=a 334.063r 338r 348a r 348x 33333≈π=π⨯=π⨯=1.2、试证：六方密排堆积结构中633.1)38(a c 2/1≈= 证明：在六角密堆积结构中，第一层硬球A 、B 、O 的中心联线形成一个边长a=2r 的正三角形，第二层硬球N 位于球ABO 所围间隙的正上方并与这三个球相切，于是： NA=NB=NO=a=2R.即图中NABO 构成一个正四面体。
半导体物理与器件物理
半导体物理、材料、工艺 半导体器件物理 集成电路工艺 集成电路设计和测试 微系统，系统
微电子学发展的特点
向高集成度、高性能、低功耗、高可靠性电路方向发展 与其它学科互相渗透，形成新的学科领域： 光电集成、MEMS、生物芯片
半导体概要
固体材料：绝缘体、半导体、导体 （其它：半金属，超导体）
MEM
Math
Bus
Controller
IO
Graphics
PCB集成 工艺无关
系统
亚微米级工艺 依赖工艺 基于标准单元互连 主流CAD:门阵列 标准单元
集成电路芯片
世纪之交的系统设计
SYSTEM-ON-A-CHIP
深亚微米、超深亚 微米级工艺 基于IP复用 主流CAD：软硬件协 同设计
1970
1980
1990
2000
2010
存储器容量 60%/年 每三年，翻两番
1965，Gordon Moore 预测 半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番
1.E+9 1.E+8 1.E+7 1.E+6 1.E +5 1.E+4 1.E+3
’70 ’74 ’78 ’82 ’86 ’90 ’94 ’98 ’2002
Pentium II: 7,500,000
微处理器的性能
100 G 10 G Giga 100 M 10 M Mega Kilo
1970 1980 1990 2000 2010
Peak Advertised Performance (PAP)
Moore’s Law
Real Applied Performance (RAP) 41% Growth
集成电路工艺原理期末试题
电子科技大学成都学院二零一零至二零一一学年第二学期集成电路工艺原理课程考试题A卷（120分钟）一张A4纸开卷教师：邓小川1、名词解释：(7分)答：Moore law：芯片上所集成的晶体管的数目，每隔18个月翻一番。
特征尺寸：集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。
Fabless：IC 设计公司，只设计不生产。
SOI：绝缘体上硅。
RTA：快速热退火。
微电子：微型电子电路。
IDM：集成器件制造商。
Chipless：既不生产也不设计芯片，设计IP内核，授权给半导体公司使用。
LOCOS：局部氧化工艺。
STI：浅槽隔离工艺。
2、现在国际上批量生产IC所用的最小线宽大致是多少，是何家企业生产？请举出三个以上在这种工艺中所采用的新技术（与亚微米工艺相比）？(7分) 答：国际上批量生产IC所用的最小线宽是Intel公司的32nm。
在这种工艺中所采用的新技术有：铜互联；Low-K材料；金属栅；High-K材料；应变硅技术。
3、集成电路制造工艺中，主要有哪两种隔离工艺？目前的主流深亚微米隔离工艺是哪种器件隔离工艺，为什么？(7分)答：集成电路制造工艺中，主要有局部氧化工艺－LOCOS；浅槽隔离技术－STI两种隔离工艺。
主流深亚微米隔离工艺是：STI。
STI与LOCOS工艺相比，具有以下优点：更有效的器件隔离；显著减小器件表面积；超强的闩锁保护能力；对沟道无侵蚀；与CMP兼容。
4、在集成电路制造工艺中，轻掺杂漏（LDD）注入工艺是如何减少结和沟道区间的电场，从而防止热载流子的产生？(7分)答：如果没有LDD形成，在晶体管正常工作时会在结和沟道区之间形成高电场，电子在从源区向漏区移动的过程中，将受此电场加速成高能电子，它碰撞产生电子空穴对，热电子从电场获得能量，造成电性能上的问题，如被栅氧化层陷阱俘获，影响器件阈值电压控制。
LDD注入在沟道边缘的界面区域产生复杂的横向和纵向杂质剖面。
LDD降低的杂质浓度减小了结和沟道区间的电场，把结中的最大电场位置与沟道中的最大电流路径分离，从而防止热载流子产生。
微电子器件可靠性习题
)(1)()(t F t f t -=λ微电子器件可靠性习题第一、二章 数学基础1．微电子器件的可靠性是指产品在 规定条件下 和 规定时间内 ；完成 规定功能 的能力。
2．产品的可靠度为R(t)、失效概率为F(t)，则二者之间的关系式为R(t)+F(t)=1。
3．描述微电子器件失效率和时间之间关系的曲线通常为一“浴盆”，该曲线明显分为三个区域，分别是 早期失效期 、 偶然失效期 和 耗损失效期 。
4．表决系统实际上是 并联 （串联、并联）系统的一种。
5．设构成系统的单元的可靠度均为R ，则由两个单元构成的串联系统的可靠度为 R 2 ；由两个单元构成的并联系统的可靠度为 2R-R 2。
6．产品的可靠度为R(t)、失效概率密度为f(t)，则二者之间的关系式为f(t)=R ’(t) 。
7．微电子器件的可靠度是指产品在 规定条件下 和 规定时间内 ；完成 规定功能 的 概率 。
8．产品的可靠度为R(t)、失效概率密度为f(t)，失效率λ(t)，则三者之间的关系式为 f(f)= λ(t)R(t) 。
9．设构成系统的单元的可靠度均为R ，则由两个单元构成的串联系统的可靠度为 R 2；由两个单元构成的并联系统的可靠度为 2R-R 2；由三个单元构成的2/3(G)表决系统的可靠度为 3R 2-2R 3。
10．100块IC ，在第100小时内失效数为6块，到第101小时失效11块，则该IC 在100小时的失效概率密度是 6/100 ，失效率是 5/94 。
（给出分数形式即可）。
（2分） 11．产品的可靠度降低到0.5时，其工作时间称为 中位寿命 ，可靠度降低到1/e 时，其工作时间称为 特征寿命 。
12．λ(t )是一个比较常用的特征函数，它的单位用1/h ，也常用%/1000h 或10-9/h ，后者称为菲特（Fit ），100万个器件工作1000h 后只有一个失效率，即1Fit 。
13．失效率单位有三种表示方法：1/h 、%/1000h 、（非特Fit ）10-9/h 。