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实验室研究的所有半导体器件Z常见的电特性分析方法
时间:2014-12-23      阅读:2215

 实验室研究的所有半导体器件zui常见的电特性分析方法

半导体器件 / 微电子实验室是现代电子工程教育课程的一个主要部分。它允许大学生应用他们在器件物理学和 VLSI 课程学到的内容。在半导体器件实验课程中,学生通过“自己动手"学习半导体微米 / 纳米制造技术、工艺和电特性分析。教育经验包括熟悉工艺设计、仿真和集成。当理解了这些概念后,学生将制造、分析和评估各种半导体器件,例如二极管、双极晶体管和场效应晶体管、无源元件乃至集成电路器件。


对于实验室研究的所有半导体器件,zui常见的电特性分析方法是:

MOSFET 的典型 I-V 图典型 C-V 测线图
MOSFET 的典型 I-V 图
典型 C-V 测线图

1.电流与电压 (I-V) 测试显示了流过的直流电流和电子器件以及器件两端直流电压之间的关系。
2.电容与电压 (C-V) 测试用于分析半导体材料和结构参数,例如表面俘获电荷密度、固定电荷和氧化层电荷。






锚点测量范例

半导体器件 / 微电子教学实验室典型的主题包括制造和分析各种器件:


1. MOS 电容器

主题
C-V 曲线 (高频:100kHz): 
掺杂类型 – 氧化层厚度 – 平带电压 – 阈值电压 – 衬底掺杂 – zui大耗尽层宽度 – 反型层到平衡的灵敏度:电压扫描率和方向 – 光效应和温度效应。
I-V 曲线分析:
电荷建立 (测量电压 - 时间图,用低电流源); 氧化层电容测定; 与 C-V 曲线比较。
C-V 曲线 (准静态) 结合 C-V 曲线: 
表面电位 Ψs 与施加电压的关系 – Si (100) 的表面态密度 Dit = f (Ψs) 与 Si (111) 的相比:方向和后处理退火的影响。
C-V 曲线 (高频:100kHz):
移动氧化层电荷密度 (偏压温度应力:200°C,10 分钟,±10V)

2. 双极结型晶体管

主题
   正向共发射极输出特性:Ic = f (Vce>0,Ib), Iceo (f) 测量。
   正向 CE 输入特性:Ib = f (Vbe) 对于几个 Vce 正值。
   正向 Gummel 曲线: log Ic, log Ib = f(Vbe >0).
   确定增益 βf = Ic/Ib 和 af。
   Βf 与 log(Ic) 的关系: 低注入和高注入的效果。
   非理想特性:尔利电压。
   反向 CE 输出特性: Ic=f(Vce<0,Ib), Iceo(r).
   反向 CE 传输特性:Ib=f(Vbe) 对于几个Vce负值。
   反向 Gummel 曲线: logIe, logIb=f(Vbc>0).
   确定增益 βr = Ie/Ib 和 ar。
   Βr 与 log(Ie) 的关系: 低注入和高注入的效果。
   Vce(sat) = Vbe(on) – Vbc(on) 确定,对于给定的 Ib 电流。
   Ebers Moll 模型构建并且与实验做比较。
   BE 和 CE 结的 C-V 特性分析。基区掺杂浓缩。

3. 亚微米集成 MOSFET

主题
输出特性:IDS = f(VDS,VGS):
p型 MOSFET (增强或耗尽),沟道长度调制参数(λ) 在饱和区域 (VDS<–3V) 有效沟道长度与 VDS 的关系。
传输特性: 
IDS = f(VGS) and Transconductance gm = f(VGS) in the linear region (VDS = –0.1V): Determination of the threshold voltage VT and of the transconductance factor k. Derivation of the effective channel mobility μeff as function of VGS.
衬底偏压特性: 
IDS = f(VGS,VBS>0), determination of the γ factor in the linear region (VDS = –0.1V). Doping concentration substrate.
亚阈值特性:
log (IDS) = f(VGS) for several high VDS values: Drain Induced Barrier Lowering (VT shift) effect.
衬底电流特性:
log (Ibs) = f(VGS) for several high VDS values: Hot carrier injection effects. Incidence on output characteristics at high drain levels.
使用长沟道和短沟道公式的输出特性模型:
比较实验结果。

 


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