1.1导电类型的测试
硅材料基础知识
基础课件－硅材料基础知识硅材料基础知识主要内容：一、概述二、硅的结构、分类与来源三、硅的物理性质四、硅的化学性质五、硅的物理参数及测量六、硅的应用及注意事项一、概述硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P－N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。
这里只介绍半导体材料的最基本的内容。
1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。
导体——容易导电的材料。
如各种金属、石墨等。
一般的，电阻率<0.2Ω·cm 绝缘体——很难导电的材料。
如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。
一般的，电阻率>20000Ω·cm半导体——介于两者之间的材料。
如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。
注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。
b、空穴就是电子的缺少。
2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。
3、半导体器件对材料的要求：3.1禁带宽度适中（一般0.5～1.5电子伏，硅是1.08）3.2载流子迁移率高（一般1000～5000cm2/V·s）3.3纯度高3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001～100000 ，硅本征2.3×105）3.5晶体的完整性二、硅的结构、分类与来源1、硅的原子理论1.1元素周期表中，第三周期、第IVA 族元素，原子序数14，原子量28电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为＋4价（＋2价）1.2硅有三种同位素28Si ：92.21％、29Si ：4.70％、30Si ：3.09％、1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。
硅材料检测技术知识点总结
4.X 射线的产生？ ①电子的韧制辐射，用高能电子轰击金属，电子在打进金属的过程中急剧减速，按照 电磁学，有加速的带电粒子会辐射电磁波，如果电子能量很大，比如上万电子伏，就 可以产生 x 射线，这是目前实验室和工厂，医院等地方用的产生 x 射线的方法。②原 子的内层电子跃迁也可以产生 x 射线，量子力学的理论，电子从高能级往低能级跃迁 时候会辐射光子，如果能级的能量差比较大，就可以发出 x 射线波段的光子。
硅单晶面经研磨、择优腐蚀等一系列恰当的处理后，表面出现许多的小腐蚀坑，当一 束平行光入射到小坑上时，就会被这些小平面反射到不同的方向上去，如在反射光路 上放置一个光屏，就能在光屏上现出晶体的光像，这种光像具有与腐蚀坑相应的宏观 对称性。根据晶体反射光像的对称性以及光图中心的偏离角，可以确定晶体的生长方 向和晶体的晶向偏离角度。 三、X 射线定向 1.X 射线——电磁波——波长 0.01～100Å ，1nm＝10Å＝10-9m 2.X 射线的性质：（感光作用，荧光作用，电离作用，穿透能力强，折射率近似等于 1， 衍射作用） 3.X 射线分类①具有连续各种波长的射线，构成连续 X 射线谱，这种连续 X 射线和白 光相似，是各种波长辐射的混合体，也叫白色 X 射线或多色 X 射线。②具有一定波长 的若干 X 射线谱线，叠加在连续 X 射线谱上，称为特征 X 射线或标识 X 射线。 3.X 射线定向仪（组成：X 射线发生部分，X 射线检测部分，样平台及转角测量部分） ——用来精确的测定各种半导体晶体的晶向
若四根探针排列成一条直线，其间距分别为 S1、S2、S3，则
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半导体导电类型
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。
国家标准《非本征半导体材料导电类型测试方法》编制说明(送审稿)
国家标准《非本征半导体材料导电类型测试方法》（送审稿）编制说明一、工作简况1、项目背景和立项意义导电类型是半导体材料的基本电学参数。
在本征半导体中添加施主或受主物质(通常称为掺杂物)，通过施主型杂质解离向导带注入电子或受主型杂质俘获价带电子产生的自由载流子，使本征半导体产生额外的电导，成为非本征半导体。
非本征半导体由于添加施主型杂质或受主型杂质分别成为N型半导体或P型半导体。
在半导体材料的生产过程中，非本征半导体导电类型的测定对半导体设备的制造及研究和发展具有重要的意义。
随着半导体材料产业的飞速发展，非本征半导体材料导电类型测试方法近年来也在不断改进，原有标准GB/T 1550-1997已经不能充分适应目前半导体材料产业发展的需要，因此需要对原有标准进行修订。
本标准主要参照SEMI MF 42-1105(0611)对国家标准GB/T 1550-1997进行修订，进一步完善非本征半导体材料导电类型的测试方法。
鉴于半导体晶片做得越来越薄（供太阳能电池用的硅片厚度已经达到160~180μm），原有标准GB/T 1550-1997中的三探针法及冷热探针法等测量导电类型的方法极易引起晶片损伤，也无法适应现代化晶片自动分选的要求，本标准在修订时增加了表面光电压法测试非本征半导体材料导电类型的方法。
本标准修订后扩展了原标准的适用范围，有较强的适用性，将更为完整、先进，更好地满足半导体材料产业发展的需要。
2、任务来源2015年8月，根据《国家标准委关于下达2015年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2015]52号）的要求，《非本征半导体材料导电类型测试方法》国家标准的修订任务由乐山市产品质量监督检验所负责，计划号为20151793-T-469，任务完成时间为2015年～2017年。
3、项目承担单位概况乐山市产品质量监督检验所是四川省乐山市质量技术监督局直属质检技术机构，是依据《中华人民共和国标准化法》和《中华人民共和国产品质量法》设置的法定检验机构，于1989年按照《计量法》规定首次通过计量认证和实验室审查认可。
C1二极管单向导电特性的测试(精)
温 度 特 性
发 光 效 应
光 电 效 应
电 容 效 应
稳1：二极管单向导电性的测试 任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告。 测试设备：模拟电路综合测试台1台，0～30V直流稳压电源1台，数 字万用表1块，mA表1只。 测试电路：如图所示，其中二极管VD为1N4148（或其他），R为 1k。
模拟电子技术与应用
JiangSu College of Information Technology
本课程简介
本课程为《模拟电子技术与应用》，采用项目驱动教 学的模式，属职业能力课程，且为学院级精品课程，采用 项目式教学方式授课。 本课程具有较强的实践性，有广泛的应用领域。 学好本课程的要点: 做好每一个项目、写好每一份报 告、完整做好每一件事，培养解决电路问题的方法及电子 线路的相关概念、多练习。
二 极 管 三 场 极 效 管 应 管 集 成 器 件
单元电路
单 管 三 组 态 放 大 器 负 反 馈 放 大 器 集 成 运 算 放 大 电 路
应用电路
低 频 功 率 放 大 器 直 流 稳 压 电 源
电子材料的导电性能分析
电子材料的导电性能分析电子材料是现代电子技术中不可或缺的基础材料，其导电性能对于电子设备的性能和功能起着至关重要的作用。
本文将从导电性能的定义、常见测量方法、影响因素以及提升导电性能的途径等方面进行分析和讨论。
一、导电性能的定义导电性能是指材料导电的能力，通常通过电导率来表征。
电导率是描述材料导电性能的物理量，单位是西门子/米（S/m）。
电导率越高，材料的导电性能就越好。
二、导电性能的测量方法1. 四探针法：四探针法是一种常用的测量材料导电性能的方法。
它利用四个探针分别接触材料的表面，形成一个电流通路，通过测量电流和电压的关系来计算材料的电阻和导电率。
2. 电阻率计法：电阻率计也是一种常见的测量导电性能的工具。
它通过在材料上施加一定的电压，测量通过材料的电流大小，从而计算出电阻和电导率。
3. Hall效应测量法：Hall效应是一种描述导电性能的现象，通过测量材料中磁场引起的电压差来计算出载流子的类型、浓度和迁移率等参数，进而得到材料的导电性能。
三、影响导电性能的因素1. 材料的载流子类型和浓度：导电性能与材料内部载流子的类型（电子或正孔）和浓度相关。
一般来说，电子是主要的载流子，浓度越高，导电性能越好。
2. 材料的晶格结构和净化度：晶格结构的完整性和净化度对导电性能起着重要的影响。
杂质、缺陷和晶格畸变等因素都会降低导电性能。
3. 温度：温度对导电性能有显著影响。
一般来说，随着温度的升高，导电性能会增加，但在一定温度范围内，导电性能可能会出现饱和现象。
四、提升导电性能的途径1. 选择合适的导电材料：根据具体的应用需求，选择具有良好导电性能的材料是提升导电性能的重要途径。
例如，金属、导电聚合物等材料具有较高的导电性能。
2. 优化材料的制备工艺：通过优化材料的制备工艺，可以改善材料的结晶性和纯度，从而提升导电性能。
例如，采用先进的沉积技术、控制材料的热处理参数等。
3. 掺杂和合金化：适度的掺杂和合金化可以改变材料的电子结构和晶格结构，从而提高导电性能。
金属导电性的测量实验报告
金属导电性的测量实验报告实验目的：测量不同金属材料的导电性能，并比较它们之间的差异。
实验器材：1. 电源2. 电流表3. 电压表4. 导体材料（铜线、铁线、铝线等）5. 连接线6. 示波器（可选）实验原理：金属导电性是金属材料的一种重要特性，通常用电导率来描述。
电导率（σ）是指单位长度和单位横截面积的金属导体通过电流时所能导电的能力。
根据欧姆定律（Ohm's Law），电流（I）与电压（V）之间的关系为I = V/R，其中R是电阻。
电导率则定义为导体单位长度上的电量与电压之比，即σ = I/(A × V)，其中A是导体的横截面积。
实验步骤：1. 将电流表和电压表分别接入实验电路中，确保电路连接正确并稳定。
2. 准备好不同金属导体材料，如铜线、铁线、铝线等。
3. 依次将不同金属导体材料接入电路中，连接好电源，并调节电流大小，确保测量范围适中。
4. 分别测量每个金属导体材料的电流值和电压值，并记录下来。
5. 根据测量结果计算出每个金属导体材料的电阻和电导率，并记录下来。
6. 分析比较不同金属导体材料的电导率，探究其差异的原因。
实验结果：在测量过程中，我们得到了以下数据：1. 铜线：电流值为I1，电压值为V1；2. 铁线：电流值为I2，电压值为V2；3. 铝线：电流值为I3，电压值为V3。
通过计算，我们得到不同金属导体材料的电阻和电导率如下：1. 铜线：电阻为R1，电导率为σ1；2. 铁线：电阻为R2，电导率为σ2；3. 铝线：电阻为R3，电导率为σ3。
实验讨论：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 铜线具有较低的电阻和较高的电导率，说明它是一种良好的导电材料。
2. 铝线具有较高的电阻和较低的电导率，说明它相对于铜线来说导电性较差。
3. 铁线的导电性能介于铜线和铝线之间。
这种差异主要是由于金属导体内部的自由电子的运动性质不同所导致的。
在铜线中，自由电子的数量较多且能够自由运动，因此导电性能较好。
实验一材料导电性能的测量
(2)将电压选择开关置于所需要的测试电压位置上，将 “倍率选择”旋至所 需要的位置。 (在不了解测试值的数 量级时，倍率应从低次方开始选择。)
(3)将“放电、测试”开关放在“测试”位置，检查应选 择的位置，打开输
入短路开关(即按钮抬起来)，读取加上测试电压1分钟时， 指示电表显示的电阻值。读数完毕，将“倍率”打回 “10-1”档。
(2) 分别计算各种材料的电阻率和相对电导率； (3)根据实验结果分析铜和铜合金导电性和成分的关系； (4)对实验中出现的一些问题进行讨论。
ln
D2 D1
(2)
式中π—3.1416； D2一保护电极的内径 (cm)；D1一测量电极的直径 (cm)；1n一自然对数。
数据及处理
(1)用所得的测试数据分别计算各试样的体积电阻率ρV， 及表面电阻率ρS，将计算结果填入下表的相应格内． (2)根据所做实验试分析产生误差的原因，及采取哪些缩小 误差的措施。
一、目的要求
1、掌握材料导电性能（电阻率、电导率）的 测量方法；
2、了解电阻率和电导率的相互关系； 3、了解高分子、陶瓷材料的体电阻、表面电
阻；
4、理解成分对金属材料导电性能影响。
欧姆定律
二、基本原理
RL S
电阻率与材料本质有关
电阻率的单位：m ， cm ， cm，
工程技术上常用mm2/m。它们之间的换算关系为
数据及处理
样品
电导率测量值 m/ mm2
1# 紫铜 Cu 2# 磷铜 Cu-P 3# 铅黄铜 Cu-Zn-P) 4# H62铜 Cu-Zn 5#铬锆铜 CuCrZr 6# 铝 Al 7# 银合金 AgSnO2
电阻率 mm2/ m
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1、1半导体单晶硅导电类型的测试 1、2半导体硅单晶电阻率的测定 1、3 非平衡少数载流子寿命的测量
导体：导体（conductor），是指电阻率很 小且易于传导电流的物质。 半导体（ semiconductor），指常温下导电 性能介于导体（conductor）与绝缘体 （insulator）之间的材料。
杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中 掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。 P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素 （如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就 形成了P型半导体。 多数载流子：P型半导体中，空穴的浓度大于 自由电子的浓度，称为多数载流子，简称多子。 少数载流子：P型半导体中，自由电子为少数 载流子，简称少子。 受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受 主原子。
1、冷热探笔法
2、三探针法 在样品上压上三个探 针，针距在0.15 ～ 1.5mm的范围内。在探 针1和探针2之间通过 限流电阻R1R2接上6 ～ 24V的交流电源，在探 针2和探针3之间接检 流计。根据偏转的方 向就可以判断半导体 样品是P型还是N型。
三探针法等效电路图
二、两种方法的比较及其使用场合 1、冷热探笔法主要适用电阻率不太高的样 品，对低阻样品很灵敏，一般认为适用于 室温电阻率在1000Ω·cm以下的单晶。 2、三探针法适用于室温电阻率在1～1000 Ω·cm之间的硅单晶。
ห้องสมุดไป่ตู้
P型半导体的导电特性：它是靠空穴导电，掺入的 杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能 也就越强。 N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如 磷），使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半导 体。 多子：N型半导体中，多子为自由电子。 少子：N型半导体中，少子为空穴。 施主原子：杂质原子可以提供电子，称施主原子。 N型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子 （自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。
1、注意单晶电阻率的大致范围。 2、注意样品的表面效应。 3、三探针法时压力不要太大，几克力就可 以。 4、外界因素：电磁场、避免用手或别的东 西接触晶体。
绝缘体：不善于传导电流的物质称为绝缘 体（Insulator），绝缘体又称为电介质引。 它们的电阻率极高。
本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半 导体称为本征半导体。在极低温度下，半 导体的价带是满带（见能带理论），受到 热激发后，价带中的部分电子会越过禁带 进入能量较高的空带，空带中存在电子后 成为导带，价带中缺少一个电子后形成一 个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并 不是实际运动，而是一种等效。电子导电 时等电量的空穴会沿其反方向运动。
半导体器件厂就是用一定型号的单晶来生 产出所需要的半导体元件。通过一定的器 件工艺可以生产出二极管、三极管、可控 硅和集成电路等。因此单晶硅导电类型的 测量为制作导体器件提供原始依据。并且 是关系到器件效能的重要参数。
测试方法： 1、冷热探笔法 2、三探针法 3、单探笔法接触整流法 4、冷探笔法 5、四探针法