半導體器件 / 微電子實驗室是現代電子工程教育課程的一個主要部分。它允許大學生應用他們在器件物理學和 VLSI 課程學到的內容。在半導體器件實驗課程中，學生通過“自己動手"學習半導體微米 / 納米制造技術、工藝和電特性分析。教育經驗包括熟悉工藝設計、仿真和集成。當理解了這些概念后，學生將制造、分析和評估各種半導體器件，例如二極管、雙極晶體管和場效應晶體管、無源元件乃至集成電路器件。

對于實驗室研究的所有半導體器件，zui常見的電特性分析方法是：

MOSFET 的典型 I-V 圖

典型 C-V 測線圖

1.電流與電壓 (I-V) 測試顯示了流過的直流電流和電子器件以及器件兩端直流電壓之間的關系。

2.電容與電壓 (C-V) 測試用于分析半導體材料和結構參數，例如表面俘獲電荷密度、固定電荷和氧化層電荷。

測量范例

半導體器件 / 微電子教學實驗室典型的主題包括制造和分析各種器件：

	1. MOS 電容器
	主題

C-V 曲線 (高頻：100kHz)：
摻雜類型 – 氧化層厚度 – 平帶電壓 – 閾值電壓 – 襯底摻雜 – zui大耗盡層寬度 – 反型層到平衡的靈敏度：電壓掃描率和方向 – 光效應和溫度效應。

I-V 曲線分析：
電荷建立 (測量電壓 - 時間圖，用低電流源)；氧化層電容測定；與 C-V 曲線比較。

C-V 曲線 (準靜態) 結合 C-V 曲線：
表面電位 Ψ_s 與施加電壓的關系 – Si (100) 的表面態密度 D_it = f (Ψ_s) 與 Si (111) 的相比：方向和后處理退火的影響。

C-V 曲線 (高頻：100kHz)：
移動氧化層電荷密度 (偏壓溫度應力：200°C，10 分鐘，±10V)

	2. 雙極結型晶體管
	主題

正向共發射極輸出特性：Ic = f (Vce>0,Ib), Iceo (f) 測量。

正向 CE 輸入特性：Ib = f (Vbe) 對于幾個 Vce 正值。

正向 Gummel 曲線： log Ic, log Ib = f(Vbe >0).

確定增益 βf = Ic/Ib 和 af。

Βf 與 log(Ic) 的關系： 低注入和高注入的效果。

非理想特性：爾利電壓。

反向 CE 輸出特性： Ic=f(Vce<0,Ib), Iceo(r).

反向 CE 傳輸特性：Ib=f(Vbe) 對于幾個Vce負值。

反向 Gummel 曲線： logIe, logIb=f(Vbc>0).

確定增益 βr = Ie/Ib 和 ar。

Βr 與 log(Ie) 的關系： 低注入和高注入的效果。

Vce(sat) = Vbe(on) – Vbc(on) 確定，對于給定的 Ib 電流。

Ebers Moll 模型構建并且與實驗做比較。

BE 和 CE 結的 C-V 特性分析。基區摻雜濃縮。

	3. 亞微米集成 MOSFET
	主題

輸出特性：IDS = f(V_DS,V_GS):
p型 MOSFET (增強或耗盡)，溝道長度調制參數(λ) 在飽和區域 (V_DS<–3V) 有效溝道長度與 V_DS 的關系。

傳輸特性：
I_DS = f(V_GS) and Transconductance g_m = f(V_GS) in the linear region (V_DS = –0.1V): Determination of the threshold voltage V_T and of the transconductance factor k. Derivation of the effective channel mobility μ_eff as function of V_GS.

襯底偏壓特性：
I_DS = f(V_GS,V_BS>0), determination of the γ factor in the linear region (V_DS = –0.1V). Doping concentration substrate.

亞閾值特性：
log (I_DS) = f(V_GS) for several high V_DS values: Drain Induced Barrier Lowering (V_T shift) effect.

襯底電流特性：
log (I_bs) = f(V_GS) for several high V_DS values: Hot carrier injection effects. Incidence on output characteristics at high drain levels.

使用長溝道和短溝道公式的輸出特性模型：
比較實驗結果。

版

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實驗室研究的所有半導體器件Z常見的電特性分析方法

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