《半导体物理》实验指导书(2009年版)
《半导体物理实验》课程教学大纲
《半导体物理实验》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：半导体物理实验所属专业：电子材料与器件工程专业本科生课程性质：专业必修课学分: 4（二）课程简介、目标与任务；本课程是为物理科学与技术学院电子材料与器件工程专业大四本科生所开设的实验课，是一门专业性和实践性都很强的实践教学课程。
开设本课程的目标和任务是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法，为半导体材料与器件的开发设计与研制坚定基础。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；由于是实验课，所以需要学生首先掌握《半导体物理》和《半导体器件》的基本知识，再通过本课程培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践能力。
其具体要求包括：1、了解半导体材料与器件的基本研究方法；2、理解半导体材料与器件相关制备与基本测试设备的原理、功能及使用方法，并能够独立操作；3、通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高理论学习的主动性。
开设本课程的目的是培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力，提高实验技能。
（四）教材与主要参考书。
教材：《半导体物理实验讲义》,自编教材参考书：1. 半导体器件物理与工艺(第三版)，施敏，苏州大学出版社，2. [美]A.S.格罗夫编,齐健译.《半导体器件物理与工艺》.科学出版社，1976二、课程内容与安排实验一绪论1、介绍半导体物理实验的主要内容2、学生上课要求，分组情况等实验二四探针法测量电阻率一、实验目的或实验原理1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的薄膜和块体材料进行电阻率测量，并对实验结果进行分析、处理。
二、实验内容1、测量单晶硅样品的电阻率；2、测量FTO导电层的方块电阻；3、对测量结果进行必要的修正。
三、实验仪器与材料四探针测试仪、P型或N型硅片、FTO导电玻璃。
物理实验技术中的半导体物理实验操作指南
物理实验技术中的半导体物理实验操作指南在现代科学研究和工程技术应用中，半导体物理实验起着举足轻重的作用。
半导体材料的电学、光学和热学性质对于电子器件设计和制造至关重要。
本文将为读者提供一份半导体物理实验操作指南，帮助他们进行高质量的实验研究。
第一步：准备工作在进行半导体物理实验之前，准备工作至关重要。
首先要确保实验室的环境整洁、安全。
然后检查实验仪器的状态，确保其正常工作。
如果有任何问题，应该及时更换或修复。
第二步：选择合适的实验材料根据实验目的和需求，选择合适的半导体材料进行研究。
常用的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
根据实验要求，可以选择不同的材料和掺杂方式，以研究其特定的电性、光学性质。
第三步：制备样品在进行半导体物理实验之前，需要制备样品。
对于硅和锗这样的材料，可以通过切割、抛光和清洗等步骤来获得所需的样品。
对于砷化镓这样的复合材料，通常需要使用分子束外延或金属有机气相外延等方法来制备样品。
第四步：测量电学性质半导体物理实验中的一个重要方面是测量材料的电学性质。
可以使用电阻计或霍尔效应测量仪来测量材料的电阻率、载流子浓度和迁移率。
这些测量结果有助于理解材料的导电机制和载流子输运过程。
第五步：研究光学性质光学性质也是半导体物理实验中的关键内容。
通过使用光源和光谱仪，可以测量材料的吸收、发射和透射等光学参数。
这些测量结果对于研究材料的能带结构和光电转换效率非常重要。
第六步：控制温度和外部条件半导体物理实验对温度和外部条件的控制要求非常高。
温度对于半导体材料的导电性能和光学特性具有重要影响。
因此，在实验过程中，需要使用恒温器和温度控制系统来精确控制样品的温度。
此外，外部条件（如湿度和气氛）也需要进行控制，以确保实验结果的准确性和一致性。
第七步：数据处理和分析在实验结束后，需要对实验数据进行处理和分析。
可以使用数据分析软件对测量结果进行统计和计算。
通过绘制图表和曲线拟合，可以找到材料的特定参数和规律。
近代物理实验教案09半导体物理实验
9-1 硅的霍耳系数及电阻率的测量（教案）实验的目的要求：1．通过在不同温度条件下对高阻P型Si的霍尔系数和电阻率的测量，了解半导体内存在本征导电和杂质导电、晶格散射和杂质散射等物理过程。
2．通过实验测量，由霍尔系数的符号确定载流子的类型，并且确定禁带宽度Eg、净杂质N、载流子浓度p和n及迁移率μ等基本参数。
浓度A教学内容：1．让学生熟悉永磁魔环的磁场分布，学会正确地变换永磁魔环的磁场方向。
2．了解霍尔样品的制备和安装、样品架及其在杜瓦瓶和永磁魔环中的安装要求：（1）样品应处于永磁魔环中央；（2）确保磁场方向分别与样品表面平行和垂直。
3．熟悉霍耳效应测试设备，掌握正确测定P型Si霍尔系数和电阻率的方法。
4．测量室温到165 ℃温度范围内样品的电阻率和霍尔系数。
5．总结分析得到的结果，看存在那些规律，并对此作出解释。
实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查予习的情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，不同的学生可有不同的要求）1．学习了解P型硅电阻率和霍尔系数随温度的变化关系，以及产生这种变化的原因。
N、载流子2．学习掌握通过霍尔系数和电阻率测量来确定材料的迁移率μ、净杂质浓度A 浓度p和n以及禁带宽度Eg等基本参数。
3．在BWH−1型霍尔效应测试仪上待测电压VⅠ、VⅡ和VⅢ的含义是什么？实验测得电势差VⅢ（0，+I）和VⅢ（0，− I）是如何形成的？如何利用测得的VⅠ和−VⅠ、VⅡ和−VⅡ、VⅢ（0，+I）和VⅢ（+H，+I）、VⅢ（0，− I）和VⅢ（−H，− I）计算电阻率和霍尔系数？4．在本实验中那些因素影响霍尔系数的正确测量？怎样克服这些因素的影响？5．利用永磁魔环代替传统电磁体进行霍尔系数测量的优点是什么？在测量方法上有什么不同？6．在实验测量过程中，霍尔效应测试仪上样品温度为什么与温度控制仪显示的温度不一致？如何调节加热电压使样品温度尽快达到平衡？7．在变温测量过程中随着样品温度逐渐升高，霍尔电压的极性发生变化，试问产生这种极性变化的原因是什么？8．根据实验测量结果，逐一计算不同温度条件下的电阻率ρ和霍尔系数H R 。
半导体物理实验指导书(7.3)
半导体物理实验指导书(材料学专业)许德富乐山师范学院物理与电子工程学院实验一、四探针法测量高导电率材料的电导率一．前言在科研和现今社会生活的许多场合，大量使用导电材料和电阻合金。
监测电阻或导电率随外界条件的变化也是材料的相变研究、环境的温度、湿度、气氛等的监测和控制的重要手段。
材料精确的电阻或电阻率数据以及了解不同电场条件下电流在不同尺寸、不同形状的导体中的分布在电子电路以及其它工程设计中也是必不可少的。
因此材料以及电功能器件的电阻或电阻率的精确测量成为了重要的物理实验之一，也是工程技术人员必须掌握的基本技能。
电阻率所针对的对象是导电或电阻材料，一般是通过测定特定形状的材料电阻值后计算得出。
对于功能器件一般只测量其电阻值。
而环境（温度、湿度、气氛）或材料状态对电阻或电阻率的影响测量则一般是将材料或器件放于特定的环境之中，通过改变环境参数测定电阻或电阻率的变化。
上述所有操作归结为一点，即电阻的测量。
由于目前还没有不使用电而间接精确测量电阻的方法，因此电阻与其它物理参数测量相比的最突出特点是必须将被测材料或器件连接在电路之中，电路之中的导线、导线接头或器件触点接触电阻、测量仪表的内阻以及与被测电阻间的连接关系，阻值比例等多种因素都会对影响测量结果的精确度。
在许多情况下，测量误差是不可忽略的。
为了提高电阻测量的精确度，对于不同阻值范围的材料或器件设计了不同的测量方法。
例如采用三电极系统测量MΩ级以上的高电阻，采用电桥法测量Ω和KΩ级的电阻等。
但在高导电率材料或小电阻器件的电阻测量之中，不仅电路中的接触电阻不可以忽略不计，甚至导线的电阻都不是无穷小量。
而在电桥测量方法中也难以找到与被测电阻值相当的小电阻与之相匹配。
有些试样的尺寸很小（薄膜）或很大（大块样品或大尺寸板状样品）又不允许拆剪成合适尺寸时更是如此。
近代物理学中，对于微电阻或小电阻，特别是电阻率的测量，常使用四点探针（Four point probe）来完成。
半导体物理Lesson01
半导体物理课程性质：专业必修 学分：3 成绩：作业,20％；期中考试,30％；期末考试,50％。
时间：本周：周三（3,4）、周五（3,4）； 下周起：周三（2，3，4） 教室：Z2204授课：刘冉（Ran 授课：刘冉（ Ran Liu） Liu）rliu@邯郸校区微电子学楼202室（55664548） 助教：方姜荣(082052060@) 瞿敏妮(072021077@) 刘宗明(072021059@)Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)本课程内容安排第一章 预备知识 第二章 半导体中的电子状态 第三章 半导体中的载流子统计分布 第四章 半导体中的载流子输运 第五章 非平衡载流子 第六章 p-n 结 第七章 金属－半导体接触 第八章 半导体表面 第九章 半导体光学性质 第十章 异质结Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)教材和参考资料教材：刘恩科，朱秉升，罗晋生 等，《半导体物理学》，国防工业 出版社（1994）参考资料： 上述教材相关章节引用的文献 叶良修，《半导体物理学》，高等教育出版社（1987） 刘文明，《半导体物理学》，高等教育出版社（1987） C. Kittel, “Introduction to Solid State Physics”, 7th Edition, (Wiley, 1995) P. Yu & M. Cardona , “Fundamentals of Semiconductors”, (Springer, 1996)Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)教学理念和目的教学理念“Is a student a vessel to be filled or a torchto be lit? lit?”From a US student newspaper “ELECTRIC”, 1959教学目的掌握并灵活应用半导体的基本知识 －Know “what? why? how?” 培养提出、分析及解决问题的能力Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)MotivationImportance of new semiconductor devices for modern civilization，Paul Romer (1990s) “The wealth is created by innovations and inventions, such as computer chips p .” 西方国家人均107 - 108 MOSFETs 电子工业是世界的最大工业 2005年中国进口集成电路总金额高达788.21亿美元，集成电路产品是中国外贸逆差最大的单项产品 2004年全球IC销量为2190亿美元，中国大陆生产其中的4%，可满足国内16%的需求.但大陆自行研发的产品，仅占世界总量的0.3% “国家中长期科学和技术发展规划纲要” (2006 ━ 2020年）确定的16个重大专项中，核心电子器件、高端通用芯片及基础软件，极大规模集 成电路制造技术及成套工艺，被列在前二位 IC是是知识高度密集的产业，中国仍缺乏大量的半导体行业的优秀人才Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)信息技术的发展1st electronic computer ENIAC (1946)Pentium IV1st computer(1832) 1st transistor Vacuum Tuber 1947Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)Transistor Scaling10 Minimum Feature SizeRed Blood Cell1000001 0.1Viruses90nm 90 65nm 45nm1000.01 1970198019902000201010 2020(From Mark Bohr, Intel)Transistor dimensions scale to improve performance and power and to reduce cost per transistorN Nanomet ers1 Microns s1000Economics of Moore’s Law1010 10 100 10-1 10-2As the number of transistors goes UP109 108 107Trans sistors per Chip C$p per Transistor10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 ’70 ’75 ’80 ’85 ’90Price per transistor goes DOWN106 105 104 103’95’00’05Source: WSTS/Dataquest/Intel8晶体管的产量指数增长(Gordon Moore, Intel)Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)晶体管的单价指数下降(Gordon Moore, Intel)Semiconductor Physics – Ran Liu (2009)半导体产值指数上升(Gordon Moore, Intel)1.1 半导体概观1.2 量子力学基础1.3 晶体结构1.1 半导体概观1.2 量子力学基础1.3 晶体结构导体半导体绝缘体电阻率ρ(Ω⋅cm)：10-6~10-410-4~109 > 109 禁带宽度E g (eV)：0 0~4 > 4什么是半导体电阻率的杂质敏感性纯Si300 K ρ~ 2×105Ω⋅cm掺入10-6（原子比）B 硼ρ~ 0.4 Ω⋅cm电阻率的温度敏感性金属：正的温度系数半导体：很大的负温度系数电阻率的光照敏感性CdS光敏电阻元素半导体：IV(Si, Ge), V(P), VI(Se, Te, S)化合物半导体：III-V (GaAs, AlAs,GaN, InP,…), II-VI(CdTe, CdSe, ZnSe, …), V-VI(SnTe, …)氧化物半导体: CuO, Cu2O, ZnO, …有机半导体: Polyacetylene([(CH2)n])（聚乙炔）, 磁性半导体: Cd1-x Mn x Te, EuS, …Bridgman(区熔法)方法: 体材料化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition, CVD) 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy－MBE） 原子层淀积（Atomic Layer Deposition－ALD）液相外延（Liquid Phase Epitaxy）1833: Michael Faraday 报道了AgS 电阻率的负温度效应, “Experimental Researches inElectricity”, Bernand Quaritch, London (1839). 1873: Willoughby Smith 发现Se 内光电效应, "Effect of Light on Selenium during the passage of an Electric Current ", Nature, 20 (1873). 1874: Ferdinand Braun 发现PbS 整流效应, “Über die Stromleitung durch Schwefelmetalic ”, Annalen der Physik and Chemie, (1874).半导体的发展简史－19世纪1875: Werner von Siemens 发明Se 光度计1897: Jagadish Chandra Bose 金属/半导体/金属(MSM) 电磁波探测器－半导体器件的先驱1907: Henry Joseph Round 发现SiC的电荧光1911: J. Königsberger and J. Weiss 首次引入了术语半导体，“Halbleiter”(semiconductor), Ann.Phys. 35, 1 (1911)为何半导体在19世纪和20世纪初没有被广泛应用？Lack of theoretical foundation was also a reason why these materials did not find the attention of the 19th century scientists. The intriguing properties could not be explained by classical physics of the pre quantum era. In the 1930s a complete theoretical foundation of semiconductors was established.-Asif Islam Khan,“Pre-1900 Semiconductor Research and Semiconductor Device Applications”1940:Russell Ohl演示Si“p-n”结1947: Bardeen, Brattain, andShockley 发明第一个（点接触）晶体管1949: William Shockley开发了第一个结晶体管.19561957: Herbert Kroemer和ZhoresAlferov提出半导体异质结构（Heterostructure)1958: John Kilby and Robert Noyce发明集成电路, Integrated Circuit (IC).20001958: Leo Esaki发现了隧道二极管(Esaki diode).1960: David Kahn and John Atalla演示首个金属/氧化物/半导体场效应晶体管(MOSFET).1962: Nick Holonyak, Bardeen的第一个学生, 用GaAsP发明了首个实用的光电二极管，light-emitting diode (LED).19731963: John Gunn 在GaAs和InP中发现微波振荡效应(Ridley-Watkins-Hilsum-Gunn effect).1963: Frank Wanlass and Chih-Tang Sah首次提出Complementary MOS（CMOS）的技术.1977: Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid and Hideki Shirakawa发现有机导体和半导体2000化学奖1965: Gordon Earl Moore 提出著名的摩尔定律.1975：P. W. Anderson, N. F. Mott 创立非晶态半导体理论。
半导体物理实验指导书 椭偏法
（6）
（7） 式中λ为单色光波长，d 为薄膜厚度。将式（3）代入（6）消去 t1p*及 r1p*得
考虑到|x|<1 时
（8） 成立,求式(8)中级数和,并定义薄膜系统反射率
(9) 可得
式(10)中 Rp,Rs 通常是复数,定义它们的比值
(10)
(11) 其中 tgψ相当于复数的模,Δ相当于幅角.合并式(10),(11)得到椭偏法的基本公 式
实验六 椭偏法测薄膜厚度、折射率 和固体的复折射率
椭圆偏振法，简称椭偏法是一种研究两媒介间界面、表面或薄膜中光学性质 变化的一种技术。其原理是利用偏振光束在分界面上的反射和透射出现的偏振变 换。它的优点是检测手段是非破坏性的；测量的精度极高。
本实验的目的是：掌握椭偏法的基本原理，学会使用传统椭偏仪测硅衬底上 透明膜厚度、折射率以及测量固体材料的光学性质。
2．仪器调整步骤 (l)打开激光电源开关，调节激光电流为 5mA 左右。 (2)将人射光路与反射光路调成一直线(人射角与反射角都为 90o)。检查光点 是否在观察窗中心位置。调整好后，恢复入射角等于反射角(70o)． (3)调节样片台，使激光经样片反射后能进入反射光管到达观察中心位置。 (4)将起偏器 P，λ／4 波片，检偏器 A 都旋到零附近，检查观察窗光点是否 完全消光，微调起偏器，λ／4 波片，检偏器角度，直至观察窗中心光 点最暗为止．记下真正起点的读数作零读数(如仪器零读数确已调好，此 步骤可免)。
手轮（0—180 O，使红窗光点基本消失。 5、把红窗的手柄向左旋转，关闭红窗，此时 μA 表有指示。转动起偏器 P 手
轮和检偏器 A 手轮，使 μA 表指示趋于 0，（或最小），记下检偏器读数 A1 （0＜A1＜90o）和起偏器读数 P1。 6、转动起偏器 P 手轮，使 P=P1＋90O，再转动 A 手轮，使 μA 表指示最小，记
半导体物理TCAD实验指导书
半导体物理与器件实验指导书——ISE TCAD工具使用中北大学电子科学与技术系编写ISE TCAD环境的熟悉了解一．GENESISe——ISE TCAD模拟工具的用户主界面1)包括GENESISe平台下如何浏览、打开、保存、增加、删除、更改项目；增加实验；增加实验参数；改变性能；增加工具流程等；2)理解基本的项目所需要使用的工具，每个工具的具体功能及相互之间的关系。
二．工艺流程模拟工具LIGMENT/DIOS，器件边界及网格加密工具MDRAW1)掌握基本工艺流程，能在LIGMENT平台下完成一个完整工艺的模拟；2)在运用DIOS工具时会调用在LIGMENT中生成的*_dio.cmd文件；3)能直接编辑*_dio.cmd文件，并在终端下运行；4)掌握在MDRAW平台下进行器件的边界、掺杂、网格的编辑。
三．器件仿真工具DESSIS，曲线检测工具INSPECT和TECPLOT。
1)理解DESSIS文件的基本结构，例如：文件模块、电路模块、物理模块、数学模块、解算模块；2)应用INSPECT提取器件的参数，例如：MOSFET的阈值电压（V t）、击穿电压BV、饱和电流I sat等；3)应用TECPLOT观察器件的具体信息，例如：杂质浓度、电场、晶格温度、电子密度、迁移率分布等。
课程实验内容设计一NMOS工艺流程和GENESISe用户主界面操作熟悉1）编辑*_dio.cmd文件（或在LEGMENT操作平台下）对NMOS进行工艺流程模拟；2）运行*_dio.cmd文件，观察其工艺执行过程。
3）在MDRAW工具中调入DIOS中生成的mdr_*.bnd和mdr_*.cmd文件，再对器件的网格进行更进一步的加密。
4）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中对其简单的Id-Vg 特性进行模拟；5）在INSPECT中观察不同的工艺参数值对器件的特性有何影响，特别的对阈值电压的影响。
设计二PN结实验1)运用MDRAW工具设计一个PN结的边界（如图所示）及掺杂；2)在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；3)编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，考虑偏压分别在-2V，0V，0.5V时各自的特性；4)应用TECPLOT工具查看PN 结的杂质浓度，电场分布，电子电流密度，空穴电流密度分布。
半导体器件物理--实验指导资料
实验四晶体管特征参数的测量及与直流电流-电压的关系的测试分析双极型晶体管(BJT)于1947年由BELL实验室的Batin、Bratain和Schokley 发明，它是三端器件，具有电流放大作用，其高速性能突出。
近二十年来，MOSFET 由于其低功耗、易于集成的特点，使得BJT的突出地位受到了严重挑战，但它在高速计算机、火箭和卫星、现代通信和电力系统方面仍是关键器件。
而且，随着异质结双极晶体管(HBT)的实现，双极晶体管技术也有了突破性进展，这类器件有希望保持其在速度方面的优势。
在制造晶体管和集成电路以及使用晶体管的过程中，都要检测其性能。
晶体管输入、输出及传输特性普遍采用直接显示的方法来获得特性曲线，进而可测量各种直流参数。
本实验的目的是了解半导体I-V测试系统的原理，掌握其使用方法，并用这种仪器进行晶体管直流参数测试及芯片检测，分析晶体管质量，找出失效原因，作为进一步改进器件性能的依据。
一、实验目的了解晶体管特征参数对晶体管的影响。
二、实验原理半导体I-V测试系统如图1所示，图1 半导体I-V测试系统利用半导体I-V 测试系统 (图1) 测试晶体管输出特性曲线的原理如图2所示。
图中BJT 代表被测的晶体管，R B 、E B 构成基极偏流电路。
取E B >>V BE ,可使I B =(E B - V BE )/ R B 基本保持恒定。
在晶体管C-E 之间加入一锯齿波扫描电压，并引入一个小的取样电阻R C ，这样加到示波器波上X 轴和Y 轴的电压分别为：x ce ca ae ca c c cay c c c V =V =V +V =V -I R V V -I R -I ≈=∙∝当I B 恒定时，在显示屏上可以看到一根I c —V ce 的特性曲线，即晶体管共发射极输出特性曲线。
图2 测试输出特性曲线的原理电路为了显示一组在不同I B 的特性曲线簇I ci=Φ(Ici, V ce )应该在锯齿波扫描电压每变化一个周期时，使I B 也有一个相应的变化，所以应将图2中的E B 改为能随锯齿波扫描电压变化的阶梯电压。
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半导体物理实验指导书信息工程学院电子科学与技术教研室2009目录实验一：霍尔效应 (1)实验二：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻 (6)实验三：椭偏法测薄膜厚度和折射率 (9)附录A:《RTS-8型双电测四探针测试仪用户手册》 (11)附录B:《WJZ/WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪使用手册》 (30)实验一 霍尔效应一、实验目的1. 了解霍尔器材对材料要求的知识；2. 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的S H I V ~曲线；3. 学会确定试样的导电类型，载流子浓度以及电导率。
二、仪器设备QS-H 型霍尔效应实验组合仪 三、实验原理1. 导体材料霍尔系数的确定由霍尔电压H V 与磁感应强度B 的关系，B I dR V S HH =知，只要测出H V 以及知道S I 、B 和d ，可计算出霍尔系数BI dV R S H H =（1） 2. 导体材料导电类型的确定若实验中能测出S I 、B 的方向，就可判断H V 的正负，决定霍尔系数的正负，从而判断出半导体的导电类型。
当0<H R 时，样品属N 型（载流子为电子），反之则为P 型（载流子为空穴）。
3. 导体材料载流子浓度的确定 由霍尔系数BI dV ne R S H H ==1，可得 deV BI n H S = （2）如果知道H V 、S I 、B ，就可确定该材料的载流子浓度。
根据电导率σ与载流子浓度n 以及迁移率μ之间的关系μσne =知，通过实验测出σ值即可求出σμH R = （3）4. 霍尔组件对材料的要求根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率μ高、电阻率ρ亦较高）的材料。
因μρ=H R ，就金属导体而言，μ和ρ均很低，而不良导体ρ虽高，但μ极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔组件。
半导体μ高，ρ适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔元件都采用N 型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔组件的输出电压较片状要高得多。
5. 实验中的副效应及其消除方法在产生霍尔效应的同时，还存在一些与温度、电极与半导体接触处的接触电阻有关的效应，这些效应也会在霍尔元件的上下侧面产生电位差。
这种不是霍尔效应产生的电位差的存在将影响测量结果的准确性，实验时应当设法消除。
本实验主要影响来自不等势电压σV ，如图1所示，当电流S I 流过霍尔元件时，沿电流方向电位逐渐降低。
设图中平行线为一系列等位线。
如果两个电极引出线没有焊接在同一等位线上，这两个电极引出线间便存在电位差，称为不等势电位σV 。
显然，不等势电位σV 的正负极性随电流的方向的不同而改变，与磁场无关。
除σV 外还存在由于热电效应和热磁效应所引起的各种副效应，这些副效应均可通过改变S I 和B 的方向的方法加以消除。
即在规定了电流和磁场正、负方向后，分别测量由下列四组不同方向的S I 和B 组合的电位差H V ，即：+B ，+S I 1V V H =； -B +S I 2V V H -= -B ，-S I 3V V H =； +B ，-S I 4V V H -=然后取平均值得44321V V V V V H -+-=（4）这种消除伴随效应的方法，是消除系统误差的一种方法，采取这种措施后可以使测量准确度提高一个数量级。
6. 实验装置简介QS —H 型霍尔效应实验组合仪由实验装置和测试仪两大部分组成。
A 、螺线管实验装置（图2所示） 1）电磁铁磁铁线包的引线有星标者为头，线包绕向为顺时针，根据线包绕向及励磁电流M I 的关系标明在线包上。
2）样品和样品架样品材料为N 型半导体硅单芯片，样品的几何尺寸为：厚度mm d 5.0=，宽度mm b 0.4=，A 、C 电极间距mm L 0.3=。
样品共有三对电极，其中A 、'A 或C 、'C 用于测量霍尔电压H V ；A 、C 或'A 、'C 用于测量传导电压σV ；D 、E 为样品工作电流电极。
样品架具有X 、Y 调节功能及读数装置。
3）S I 和M I 换向开关及H V 、σV 切换开关。
S I 及M I 换向开关投向上方，则S I 及M I 均为正值，反之为负值，“H V 、σV ”切换开关投向上方测H V ，投向下方测σV 。
B 、测试仪（图3所示）1）“S I 输出”为0～10mA 样品工作电流源，“M I 输出”为0～1A 励磁电流源，两路输出电流大小通过S I 调节旋钮及M I 调节旋钮进行调节，其值可通过“测量选择”按键由同一只数字电流表进行测量，按键测M I ，放键测S I 。
2）直流数字电压表图2 实验仪装置示意图M I 和σV 通过功能切换开关由同一只数字电压表进行测量。
电压表零位可通过调零电位器进行调整。
当显示器的数字前出现“一”号时，表示被测电压极性为负值。
四、实验内容及步骤1. 测绘H V —S I 曲线1）将测试仪面板上的“S I 输出”、“M I 输出”和“H V 、σV 输入”三对接线柱分别与实验仪上的三对相应的接线柱正确相连。
切不能将M I 电流接到样品电流上，否则可能烧坏样品。
2）将实验仪“H V 、σV ”切换开关合向H V 侧，测试仪“功能切换”置H V ，调“M I 调节”，取A I M 6.0=保持不变。
3）调“S I 调节”，使S I 值为表中所示，并相应地转换S I 输入、M I 输入开关方向。
测出H V 为V 1，V 2，V 3，V 4见表。
2. 测量σV 值，计算电导率1）将“H V 、σV ”切换开关投向σV 侧，“功能切换”置σV 。
2）在零磁场下（0=M I ），使mA I S 00.2=，测量σV 。
图3 测试仪面板示意图3）根据bdV lI S σσ=，计算σ值。
3. 确定样品的导电类型将实验仪三组双刀开关均投向上方，取mA I S 00.2=，A I M 6.0=，观测H V 大小及极性，判断样品导电类型。
4. 求样品的H R ，n 值 1）确定H V -S I 曲线斜率K 。
2）由公式M B I K B =，计算B 值，其中A I M 6.0=，B K 值在磁铁线包上标明。
3）计算H R ：881010⨯=⨯=BdK B I d V R S H H 式中，K 为单位取伏/安，B 的单位取高斯，d 的单位取厘米，则H R 的单位为库仑厘米3。
4）计算n ：eR n H 1=注意：关机前，应将“S I 调节”旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于零。
然后才可切断电源。
五、实验前作业1.为什么半导体中霍尔效应特别显着？2.如已知霍尔片的工作电流S I 及磁感应强度B 的方向，如何判断样品的导电类型？ 六、实验后作业1.本实验线路中为什么设置三个换向开关？它们各自的作用是什么？2.怎样利用霍尔效应测定磁场？实验二 四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻（综合性实验）一、实验目的1. 了解样品的处理方法，掌握四探针法测量半导体材料方阻和电阻率的基本原理和方法；2. 能够熟练运用四探针法测量半导体薄层方块电阻与薄片电阻率，了解半导体阻值与光照的关系；3. 掌握利用EXCEL 对存储在数据文件中的测量数据进行处理，计算电阻率、方块电阻率及标准差。
二、仪器设备计算机，RTS-8型双电测四探针测试仪 三、实验原理1. 测量的基本原理双电测组合四探针法采用了以下二种组合的测量模式（见图1）。
将直线四探针垂直压在被测样品表面上分别进行I 14V 23和I 13V 24组合测量，测量过程如下：1) 进行I 14V 23组合测量：电流Ｉ从１针→４针，从２、３针测得电压V 23+； 电流换向，Ｉ从４针→１针，从２、３针测得电压V 23-； 计算正反向测量平均值：V 23＝(V 23+ ＋V 23- )／2； 2) 进行I 13V 24组合测量：电流Ｉ从１针→３针，从２、４针测得电压 V 24+；I 14V 23组合I 13V 24组合图1 两种组合的测量模式电流换向，Ｉ从３针→１针，从２、４针测得电压 V 24-； 计算正反向测量平均值：V 24＝(V 24+ ＋V 24- )／2； 3) 计算（V 23／V 24）值（以上V 23、V 24均以 mV 为单位）； 4) 按以下两公式计算几何修正因子Ｋ： 若1.18＜（V 23／V 24）≤1.38 时；K ＝－14.696＋25.173(V 23／V 24)－7.872(V 23／V 24)2 (1) 若1.10≤（V 23／V 24）≤1.18 时；K ＝－15.85＋26.15(V 23／V 24)－7.872(V 23／V 24)2 (2) 5) 计算方块电阻 R □ ：Ｒ□＝Ｋ·(V 23／Ｉ) (单位：Ω／□) (3)其中：Ｉ为测试电流，单位：mA ；V 23为从２、３针测得电压V 23+和V 23-的平均值，单位：mV ；6) 若已知样品厚度W ，可按下式计算样品体电阻率ρ：ρ＝R □·W ·F(W/S)／10 (单位：Ω.cm)； (4)其中：Ｒ□为方块电阻值，单位：Ω／□；W 为样片厚度，单位：mm （W ≤3mm ）；S 为探针平均间距，单位：mm ；F(W/S) 为厚度修正系数；7) 计算百分变化率（以测试样品电阻率ρ为例）：最大百分变化（％）＝%100⨯-mmM ρρρ (5) 平均百分变化（％）＝%100⨯-cca ρρρ (6) 径向不均匀度Ｅ（％）＝()%1002⨯+-mM m M ρρρρ (7)以上式中：M ρ、m ρ分别为测量的电阻率最大值与最小值，单位：Ω.cm ；c ρ为第1、2点（即圆片中心测量点）测量平均值，单位：Ω.cm ；a ρ为除第1、2点外其余各点的测量平均值，单位：Ω.cm ；（若测量样品的方块电阻值，则将(5)、(6)、(7)式中的M ρ、m ρ、a ρ、c ρ分别改成M R 、m R 、a R 、和c R 。
其公式意义与M ρ、m ρ、a ρ、c ρ相似）。
2. RTS-8型双电测四探针测试仪简介RTS-8型双电测四探针测试仪测量原理通过采用四探针双位组合测量技术，将范德堡测量方法推广应用到直线四探针上。
利用电流探针和电压探针的组合变换，进行两次电测量，其最后计算结果能自动消除由样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素所引起的，对测量结果的不利影响。
因而在测试过程中，在满足基本条件下可以不考虑探针间距、样品尺寸及探针在样品表面上的位置等因素。
这种动态地对以上不利因素的自动修正，显著降低了其对测试结果的影响，从而提高了测量结果的准确度。
由于不需要人为进行几何边界条件和探针间距的修正，因而对各种形状的簿膜材料及片状材料有广泛的适用性。