半导体测试技术课件第一章第1节导电类型测量(to student)

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半导体导电类型

式中 VT 为探针间的电位差，mV；I 为通过样品的直流电流，mA；A 为样品截面积，cm2； L 为探针间距，cm。直线四探针法是用一直线排列的四根探针与一相对于探针间距是半无穷大的样品表面压触，外面探针通过恒定直流电流，测定中间两根探针的电位差(图 2)。
图 2 四探针法测量半导体电阻率示意图
数载流子寿命的方法有多种，广泛应用的是交流光电导衰退法，简便迅速，测量范围为 10～103μ s。，适
合于锗、硅材料。半导体材料电学参数测量方法列于表 3 中。
表 3 半导体材料电学参数测量方法
测试项目导电
测量方法 (1)冷热探笔法
对象和特点
适用于电阻率不太高的材料，硅<100Ω cm；锗<20Ω cm 不适于低阻材料，硅，l~100Ω cm；锗，不适用。
半导体材料电学参数测量(electric parameter measurement for semiconductor material)
电学参数是半导体材料钡 0 量的重要内容。它主要包括导电类型、电阻率、寿命和迁移率测量。
导电类型测量半导体的导电过程存在电子和空穴两种载流子。多数载流子是电子的称 n 型半导体；多数载流子是空穴的称 p 型半导体。测量导电类型就是确定半导体材料中多数载流子的类别。常用的方法有冷热探针法、整流法等。冷热探针法是利用温差电效应的原理，将两根温度不同的探针与半导体材料表面接触，两探针间外接检流计(或数字电压表) 形成一闭合回路，根据两个接触点处存在温差所引起的温差电流(或温差电压)的方向可以确定导电类型。整流法是利用金属探针与半导体材料表面容易构成整流接触的特点，可根据检流计的偏转方向或示波器的波形测定导电类型。常用三探针或四探针实现整流接触。霍耳效应亦可测定半导体材料的导电类型。

半导体测试与分析-PPT精选文档

二探针法
用两根探针借助于电位差计量取样品表面某两点(实际上是某两个等位面)间的电位差U，并量出流经样品的电流值I，即可算出该两个等位面间的长方体的电阻值R。精确量出探针间距L及样品截面积S，则样品的电阻率为

两个改进措施
1. 补偿法来测量电压，以避免探针与半导体之间高阻接触对测量结果的影响 2. 两个端电极与被测半导体之间为欧姆接触，因而避免了少数载流子的注入
半导体电阻率的测量与导体的电阻率测量是有区别的
1、在金属与半导体接触的界面附近也要产生一个耗尽层。因为金属的电子密度极高，因而这个耗尽层展宽在半导体一边。耗尽层中只有不能自由运动的电离杂质，它们不能参与导电，因而这是一个高阻层。同时，任何两种材料的小面积接触都会在接触处产生扩展电阻。尤其是对金属—半导体点接触，这个扩展电阻会很大，人们常常把这两个因接触而产生的高电阻统称为接触电阻。因此，当用欧姆表来测量半导体时，这个巨大的接触电阻就会使结果面目全非，毫不可信。
2、功函数不同的两种金属制品在接触时也要因接触电势差而在界面
上出现一个电荷偶层，但这个空间电荷层极薄，每边只有约一个原于层厚，远小于电子的扩散长度，因而对载流子没有阻挡作用。同时，金属与金属的小面积接触的扩展电阻也很小。因此，上述方法对测量金属导体的电阻率是精确的。
3、由非平衡载流子的电注入效应可以想到，如果被测半导体是n型，那么测量电流将通过正电极向半导体注入空穴；若被测半导体是P型则会从负电极向半导体注入电子。这些注入的少数载流子在外电场的驱使下向另一电极漂移，参与导电。在注入电极附近的某一范围内，载流子密度因此而高于载流子的热平衡密度，因而测量结果不能反映材料电阻率的真正大小。对于热平衡载流子密度较低的高阻材料，其接触电阻更大，少子注入的影响也更加严重。

半导体的导电特性课件

动画1-1本征半导体的导电特性
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
N型半导体（电子型半导体）
——在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体,也称电子型半导体。
因五价杂质原子中四个价电子与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。
vi
RL vo
vo
t
例3：设二极管的导通电压忽略，已知
vi=10sinwt(V)，E=5V，画vo的波形。
vi 10v
5v
R
t
D
vo
vi
E
vo
5v
t
例4：电路如下图，已知v=10sin(t)(V)，
E=5V，试画出vo的波形
vi
解：
t
vD
t
例5：VA=3V, VB=0V，求VF (二极管的导通电压忽略)
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流是少子
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为 P型半导体的少数载流子，空穴为 P型半导体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
一些典型的数据如下:
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3

半导体测试实习PPT课件

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主要的半导体材料
1.元素半导体，第一代半导体材料。锗、硅、硒、硼、碲、锑等。 2.化合物半导体，第二代半导体材料。由两种或两种以上的元素化合成的半导体材料。重
要的有砷化镓、磷化锢、锑化铟、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。 3.外延化合物半导体。第三代半导体材料。
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其他种类的半导体材料
半导体材料（semiconductor material）传统定义：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导
体器件和集成电的电子材料，其电导率在10-3～10-9欧姆/厘米范围内。纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。
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晶体的特点
各向异性电学性能、物理化学性能的差异不同器件需要制作在不同的晶向上
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晶向的测量方法
光点定向法：光的干涉 X-射线衍射法：光的衍射
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2）、导电类型的判定掺三价杂质，空穴导电，p型掺五价杂质，电子导电，n型两种类型的材料接触，构成pn结
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晶体的用途
用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。
在晶片上制作器件
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杂质分凝
电阻率在径向和轴向上都发生变化硼掺杂的硅片，局部电阻率变化为±8％，而磷掺杂的硅片为 ±10～20％。
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测量方法和测量原理冷热探针法单探针接触整流法三探针法
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3）、电阻率的测量
导电能力的量度导电能力不同的材料，用于制作不同的

1.半导体材料导电类型的测定

实验1 半导体材料导电类型的测定1．实验目的通过本实验学习判定半导体单晶材料导电类型的几种方法。

2．实验内容用冷热探针法和三探针法测量单晶硅片的导电类型。

3．实验原理3.1半导体的导电类型是半导体材料重要的基本参数之一。

在半导体器件的生产过程中经常要根据需要采用各种方法来测定单晶材料的导电类型。

测定材料导电类型的方法有很多种，这里介绍常用的几种测定导电类型的方法，即冷热探针法、单探针点接触整流法和三探针法。

3.1.1 冷热探针法冷热探针法是利用半导体的温差电效应来测定半导体的导电类型的。

在图1a中，P型半导体主要是靠多数载流子——空穴导电。

在P型半导体未加探针之前，空穴均匀分布，半导体中处处都显示出电中性。

当半导体两端加上冷热探针后，热端激发的载流子浓度高于冷端的载流子浓度，从而形成了一定的浓度梯度。

于是，在浓度梯度的驱使下，热端的空穴就向冷端做扩散运动。

随着空穴不断地扩散，在冷端就有空穴的积累，因而带上了正电荷，同时在热端因为空穴的欠缺(即电离受主的出现)而带上了负电荷。

上述正负电荷的出现便在半导体内部形成了由冷端指向热端的电场。

于是，冷端的电势便高于热端的电势，冷热两端就形成了一定的电势差，这一效应又称为温差电效应，这个电势差又称为温差电势。

如果此时在冷热探针之间接入检流计，那么，在外电路上就会形成由冷端指向热端的电流，检流计的指针就会向一个方向偏转。

从能带的角度来看，在没有接入探针前，半导体处于热平衡状态，体内温度处处相等，主能带是水平的，费米能级也是水平的。

在接入探针以后，由于冷端电势高于热端电势，所以冷端主能带相对于热端主能带向下倾斜，同时由于冷端温度低于热端，故热端的费米能级相对于冷端的费米能级来说，距离价带更远，如图1b所示。

如果我们将上述的P型半导体换成N型半导体，则电子做扩散运动，在冷端形成积累。

由于电子带有负电荷，所以，冷端电势低于热端电势，在外电路形成的电流从热端指向冷端，检流计向另一方向偏转。

1半导体的基础知识-PPT课件

模
拟
电
子
技
术
第1讲
1.1 半导体的基础知识
教学目标
知识目标： 1.了解半导体的分类； 2.掌握P、N型半导体的性质； 3.重点掌握PN结的性质。能力目标：会检测PN结的性质。
教学重点
PN结的性质 PN结的形成原理
教学难点
模
拟
电
子
技
术
半导体的基础知识
一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结
模
拟
模
拟
电
子
技
术
PN结加正向电压
时，呈现低电阻，具
有较大的正向扩散电
流；PN结加反向电压
时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电
图 1.8 PN结加反向电压时的导电情况
（动画1-5）
流。由此可以得出结论：PN结具有单向导
电性。
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术
#3.PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。一是势垒电容CB ，二是扩散电容CD 。
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电
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技
术
本节小结
学完本节内容后需要掌握以下内容： 1.半导体的分类及特性； 2.两种杂质半导体的形成及性质 3.PN结的形成原理 4.PN结的特性-------单向导电性 5.PN结的击穿特性两种击穿：齐纳击穿（击穿电压小于6伏）雪崩击穿（击穿电压大于6伏）
因浓度差在交界处电子和空穴相符合形多子的扩散运动成由杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
模
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技
术

半导体测试与分析PPT课件

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▪ 半导体的特殊性使我们在测量其电阻率时不能使用测量金属导体电阻率时通常使用的方法，而必须使用根据其特点设计的一些专用方法。
▪ 探针法、C—V测试法、霍尔测试法等等。
▪ 在这些方法中，探针法最简便易行，因而使用面最广。
▪ 探针法依其测试原理分为电位探针法、击穿探针法、扩展电阻探针法
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从原则上说，只要边界条件确定，就可以通过求解拉普拉斯方程或泊松方程确定其解
但实际情况往往比较复杂，难以对方程进行精确的求解。
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▪ 工程上往往采用一种 “镜象法”的方法，使问题简化。
▪ 其解又总可以表示为第1类情形的解或第2类情形的解与
一个因子的乘积，
▪ 可以把任何小样品当作情形1或情形2进行测量，但须在其测试结果上乘或除以一个修正因子，这个因子与探针间距、探针放置方式以及样品的形状与大小有关。
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▪ 二、探针尖的处理：
▪ 以上的全部讨论都是从点电流源出发的，·亦即探针与被测表面的接触是半径很小的半球面，这就要求针尖十分锐利，其曲率半径须在50pm以下。
▪ 如果针尖很秃，其接触就有可能是某种任意形状的小平面或几个点，使电流源的性质发生变化。这种变化，必然引起电场性质的变化。同时，针尖太粗还可能导致针距的改变。所有这些都有可能带来测量误差。
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▪ 第6种修正因子——针对矩形薄层的修正
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▪ 用四探针法测量半导体电阻率应注意的问题
▪ 一、在电位探针与被测样品表面的接触界面处仍然存在着接触电阻。
▪ ▪ ro是把接触面看成半球时的球半径，是一个μm的尺寸，因而接触电阻
Rs的大小差不多是被测样品电阻率数值的千倍左右。

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四、测量方法的运用
五、测准条件
本小节术语

导电型号导电载流子：电子、空穴掺杂： P型掺杂、N型掺杂多数载流子（简称多子）少数载流子（简称少子）温差电效应温差电动势整流接触欧姆接触接触电阻
第一章作业
第一节导电型号
1、半导体材料主要有哪两种导电型号？它们各自有什么特点？ 2、什么是半导体温差电效应？ 3、画出冷热探针法测量导电型号的原理示意图，并简述判别原理与方法。 4、什么是整流接触？什么是欧姆接触？各自有什么特点？
二、导电型号测量的意义
不同类型的半导体是形成半导体器件的基础。如二极管(p-n)、三极管(n-p-n或p-n-p)等等。因此，测量半导体材料的导电类型是制作半导体器件的依据。

三、常用测量方法

冷热探针法单探针点接触整流法

三探针法
1、冷热探针法

测量方法及原理
冷热探针法是利用温差电效应来测量半导体的导电类型。通过判断温差电流的方向或温差电势的极性来区分半导体的型号。
第一章
半导体材料导电型号、电阻率、少数载流子寿命的测量
第一节导电型号的测量
一、半导体的导电
电子 + 空穴
电子
空穴
掺杂半导体可分为两种导电型号：
p型：半导体单晶中掺入了受主杂质 (B/Mg 等II族或III族元素）；空穴是多数载流子，即半导体主要依靠空穴来导电； n型：半导体单晶中掺入了施主杂质(P/S 等VI或VII族元素）；电子是多数载流子，即半导体主要依靠电子来导电。
(2) p型和n型半导体的判别 Nhomakorabea(a) 利用检流计指示
(b)利用示波器指示
3、三探针法
自学
(3) 专用测试设备
探针材料钨棒，热笔采用PTC发热体加热
基于冷热探针法的导电类型鉴别仪
采用整流法和温差法的导电类型鉴别仪温差法：10-4Ω· Cm～104Ω· Cm；整流法：10-2Ω· Cm～104Ω· Cm
5、根据图1-4，简述单探针点接触法测量导电型号的原理。
6、以p型半导体为待测样品，画出三探针法的测量示意图以及等效电路图，并根据等效电路图，分析检流计中的电流方向。
7、冷热探针法和点接触探针法各自适合什么类型的样品测量？
8、样品在进行电学参数测量时，为什么要进行电磁屏蔽和光屏蔽？ *9、用探针测量导电型号时，为什么样品表面要喷砂处理？ *10、在点接触探针法中，探针一般用什么材料制作？形状有什么特点？
2、单探针点接触整流法

测量方法及原理
将金属探针与半导体进行点接触，利用金属探针与半导体接触时的整流特性进行半导体型号的判断。
金属与半导体的接触
(1) 整流接触：在这种接触中，只有当金属-半导体两端施加一定方向的电压时，金属-半导体才能导电；是一种单向导电。也叫肖特基接触。这种接触可以等效为一个具有整流特性的肖特基二极管。

与Si形成整流接触的金属材料：钨、金
（1）当钨与n型半导体接触时，是正向导电（金属加正电压，半导体加负电压时产生电流，反之不产生)
（2）当钨与p型半导体接触时，是反向导电（当金属加负电压，半导体加正电压时产生电流，反之不产生)
Va p + Va +
I
I
因此，利用p型和n型半导体在点接触整流特性的差异，可以来判断半导体的导电类型。
(2) 欧姆接触：在这种接触中，金属-半导体两端施加正
负两个方向的电压均可导电，是一种接触电阻很小的双向导电。这种接触可以等效为一个阻值较低的电阻。
M S 欧姆接触 Rc<0.02欧姆

与Si材料形成欧姆接触的金属材料：
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铅、镍； n型Si与五价元素合金（Au-As)构成欧姆接触； p型Si与三价元素合金（Au-Ga)构成欧姆接触。