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《實驗七單邊p-n結雜質分布的鎖相檢測》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、實驗七單邊P-N結雜質分布的鎖相檢測【摘要】半導體材料及器件的基本測量屮有一部分非常重要的是對半導體材料及器件的雜質分布的測量。本實驗通過測量不同直流偏壓下p?n結勢壘電容的方法(C~V法)，可以既不破壞器件本身，又可以迅速地求得雜志分布。在測量過程中，利用鎖相放大器檢測微弱型號，對噪聲處理，并對相關信號進行放大，實現(xiàn)對于信號的精確測量?！娟P鍵字】雜質分布，c~v法，鎖相放大器【正文】—?引言半導體器件設計與制造的核心問題是如何控制半導體內部的雜質分布，以滿足實際應用所要求的器件參數(shù)。因此，雜質分布的測量是半導體
2、材料及器件的基本測量之一。利用四探針或崔耳效應，逐次去層測量薄層崔爾電壓，可以獲得雜質分布以及遷移率隨雜質濃度的變化；但是，逐次去層比較繁瑣，而且具有破壞性。通過測量不同直流偏壓下p-n結勢壘電容的方法(C?V法)，可以既不破壞器件本身，又可以比較迅速地求得雜質分布。本實驗利用7265型鎖相放大器、采用C-V法測量p-n結的雜質分布。鎖相放大器是檢測微弱信號的重要儀器。檢測微弱信號的核心問題是對噪聲的處理。最簡單、最常用的辦法是采用選頻放大技術，使放大器的中心頻率f。與待測信號頻率相同，從而對噪聲進行抑制。但此法
3、存在中心頻率不穩(wěn)、帶寬不能太窄及對待測信號缺乏跟蹤能力等缺點。鎖相放大技術利用對待測信號和參考信號的互相關檢測原理實現(xiàn)對信號的窄帶化處理，能有效地抑制噪聲,實現(xiàn)對信號的檢測和跟蹤。目前，鎖相放大技術已廣泛地用于物理、化學、生物、電訊、醫(yī)學等領域。實驗要求：1.掌握鎖相放大器的原理和使用方法。2.測量p?n結電容■電壓(C-V)特性曲線。3.由突變p?n結的C?V的特性曲線，測量輕摻雜的雜質分布。二.實驗方法原理如果p-n結的一邊摻雜濃度遠大于另一邊的摻雜濃度，就形成單邊突變p-n結，加在p-n結上的電壓幾乎都降在
4、耗盡層的輕摻雜一邊。單位面積p?n結勢壘電容(C/A)和偏壓(Vd+Vr)的關系僅與輕摻雜的濃度(Nd)有關，可由下式表示：丄CJI1人一2(%+匕)其屮，Vd為無偏壓時p-n結的接觸電勢差（即為單邊突變異質結的自建勢）。1.單邊突變p?n結雜質分布的C~V測量c~—?v(r)Cop-n結勢壘電容是一個隨直流偏壓變化的微分電容。因此，測量勢壘電容吋，我們在p?n結上要偏置一定的反向直流偏壓Vr,同時，在Vr上再疊加一個微小的交變電壓信號v（t）,并在交變電壓信號v（f）與待測的p-n結電容Cx之間串接一個己知電容
5、Co,當Co?Cx時,在Co兩端的電壓為：叩).11+1MojwCxjwCo上式表明電容Co上的交變電壓Vi與待測的p-n結電容Cx成止比，比例系數(shù)v（t）/Co等于vi/Cx,它表示單位待測電容轉換為電壓信號的靈敏度。能否通過增大交變電壓仄r）或降低Co來提高這個靈敏度呢？我們知道，公式1?（1）成立的前提是Co?Cx,此外，由于p?n結是一個微分電容，交變電壓WQ必須比p-n結上的壓降Vd+Vr要小得多，否則將給微分電容的測量帶來一定的誤差。因此，我們只有選取適當?shù)慕涣鞣糯笃?。?jīng)過檢波后的輸出幅度如果與輸入電
6、平成正比，那么，把檢波后的直流信號接到記錄儀的Y軸輸入端，p-n結上的反向偏壓接到記錄儀的X軸輸入端，通過調節(jié)反向偏壓的大小，就可以測得p-n結的C-V曲線。p-n結C-V測量的方框圖如下圖所示：音WI振蕩器偏壓人隔離變壓器詢定敖大器保護電路丫軸三.數(shù)據(jù)處理與分析（1）檢驗鎖相放大器的輸出Vs與被測電容G的線性關系，并觀測相位差與Cx的關系CxCx(nf)log(Cx)幅值（mv）相位差（度）104100264.413.110310155.1427.331021010.6476.831000.01-20.1688
7、6.3輸出Vs與被測電容Cx的關系Cx與幅值關系?幅值(mv)輸出必與被測電容log(Cx)的關系log(Cx)與幅值的關系成一定程度的線性關系，以擬合公式。相位差與G的關系相位差(度)?相位茅(度)相位差與log(Cx)的關系相位差(度)與必相似，也成一定程度的線性關系。(2)比較不同匕下的C?V(VR?Vi)特性曲線VR(V)Vi(lOOmV)Vi(150mV)Vi(200mV)0.2105.4154.72590.590.4131207180.1114.41621.574.2105.5150270.6100.
8、51422.566.196.2136363.893.5131459.388.7124注：實驗條件為f=30kHz的頻率，實驗數(shù)據(jù)Cx值單位為pV。C-V(Vr-Vi)特性曲線：—Vi(lOOmV)-?-Vi(150mV)T-Vi(200mV)觀察的到Cx隨VR的增加遞減，減小的速度逐漸減慢。相同VR條件下，Vs越小，對應的Cx越小。(3)比較不同交變信號頻率下的C?V(V
