Методические указания к лабораторным работам Рязань 2013

1.4. Адмиттансная диагностика гетеропереходов и квантовых ям

1. 
   На рабочем столе ПК сформировать пустой файл в формате *.txt (например, группаХХХ.txt). Рекомендуется воспользоваться стандартной программой «Блокнот» операционной системы Windows. В этот файл будут сохранены полученные в лабораторной работе данные после исследования ВФХ выбранной диодной структуры.
   
2. 
   Используя кнопку «Обзор» рядом с окном «Путь для записи файла данных» указать на файл (см. п. 1), в который будут занесены данные, полученные в лабораторной работе.
   
3. 
   Установить необходимое начальное, конечное напряжение и шаг его изменения в «Блоке формирования напряжения», используя кнопки «Инкремент-декремент» рядом с цифровыми индикаторами на панели блока или прямым вводом в соответствующее окно значения, набираемого с клавиатуры ПК. Внимание! При неправильном вводе данных на экране появляется сообщение о неверно введенных значениях (см. рисунок слева). В этом случае после щелчка по кнопке «ОК» ввести новые данные.
   
4. 
   Установить шаг времени в секундах, через которое будет происходить изменение напряжения на структуре и измерение значения емкости. Ввод данных осуществлять прямым набором с клавиатуры ПК после щелчка левой кнопкой мыши в окно.
   
5. 
   Запустить процесс исследования ВФХ щелчком по кнопке «Пуск» на «Блоке формирования напряжения». Дождаться окончания исследования и сохранить полученные данные в выбранный файл щелчком по кнопке «Записать».
   
6. 
   При необходимости провести измерения с другим образцом щелкнуть по кнопке «Заменить образец» и повторить весь процесс измерения, начиная с п. 1.
   
7. 
   Закончив полный цикл измерений выключить все приборы и щелкнуть по кнопке «Закончить исследование».
   

Считывание данных из файла



Назначение количества точек и выделение массива U и C









Заряд электрона

Диэлектрическая проницаемость вакуума

Диэлектрическая проницаемость кремния

Масса свободного электрона

Температура образца

Площадь диода (в скобках радиус диода)

Эффективная масса плотности состояний

электрона в кремнии

Постоянная Планка

Постоянная Больцмана
Тепловой потенциал



Индекс массива начинаем с нуля

Емкость в Фарадах
Готовим построение линейной функции

для удельной емкости
Определяем параметры линейной функции по точкам исходных данных


Формируем математическое выражение для исходных данных методом сглаживания

Построение графика С=F(U)


Построение графика 1/(С/S)²=F(U) совместно с линеаризованной прямой



Напряжение U_i, соответствующее пересечению прямой с осью напряжений

Средняя концентрация свободных электронов












Высота барьера




Сглаживание данных и получение профиля распределения концентрации мелких доноров по глубине базы диода






Концентрация N в см^-3, глубина d в мкм

График зависимости N(d)



Определяем длину Дебая

1. 
   Получить у преподавателя задание на исследование конкретных образцов диодов в указанном диапазоне температур и напряжений смещения.
   
2. 
   Для каждого из образцов диодов и значения температур построить ВФХ и сохранить ее в виде файла данных на рабочем столе в соответствии с пунктами 1 - 6 раздела 2.1 методического пособия.
   
3. 
   Преобразовать данные из файла ВФХ, представленные в формате с десятичной запятой, в формат с десятичной точкой для использования его в программе MathCAD, как указано в разделе 2.2.
   
4. 
   Рассчитать с использованием программы MathCAD по указанному в разделе 2.2 примеру основные параметры образцов диодов.
   

• 
  название работы;
  
• 
  цель работы;
  
• 
  основные теоретические сведения;
  
• 
  схемы измерения;
  
• 
  полученные расчетные данные;
  
• 
  необходимые графики, требуемые по заданию.
  

1. 
   Объясните возникновение обедненного слоя на границе p-n перехода.
   
2. 
   При каких условиях образуется выпрямляющий контакт металл-полупроводник?
   
3. 
   Что такое барьерная емкость p-n перехода и как она зависит от приложенного напряжения?
   
4. 
   Нарисуйте зависимость 1/С² = f(U_обр) для диода Шоттки на однородно легированном полупроводнике.
   
5. 
   Нарисуйте зависимость 1/С² = f(U_обр) для диода Шоттки на полупроводнике с линейным увеличением (уменьшением) концентрации примеси.
   
6. 
   От чего зависит высота потенциального барьера диода Шоттки?
   
7. 
   Как определить высоту потенциального барьера диода Шоттки по его C-V характеристики?
   
8. 
   Какие требования предъявляются к полупроводниковым структурам, чтобы их можно было исследовать методом вольт-фарадных характеристик?
   
9. 
   Чем ограничена возможность измерения профиля концентрации примеси при ее резком изменении?
   
10. 
    Объясните назначение блоков структурной схемы установки для исследования ВФХ.
    
11. 
    Можно ли измерять профиль концентрации примеси в p-n переходах, используя методику, описанную в данной работе?
    
12. 
    Что такое «квантовая яма»?
    
13. 
    Какой будет зависимость емкости от обратного напряжения в случае плавного p-n перехода?
    
14. 
    Что такое адмиттáнс, иммитанс, импеданс?
    

1. 
   Родерик Э.Х. Контакты металл-полупроводник. М.: Радио и связь, 1982. 209 с.
   
2. 
   Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир. 1984. Т.1. 456 с.
   
3. 
   Шалимов К.В. Физика полупроводников. М.: Энергоатомиздат, 1985. 390 с.
   
4. 
   Зубков В.И. Диагностика полупроводников наногетероструктур методами спектроскопии адмитанса. СПб.: ООО «Техномедиа» / Изд-во «Элмор», 2007. 220 с.
   
5. 
   http://kipr-margtu.ucoz.ru/410/3.Volt-faradnye_har-ki.doc. 15.03.2012.
   
6. 
   В. И. Мурыгин, А. У. Фаттахдинов, В. Б. Гундырев, Д. А. Локтев. Особенности зависимостей барьерной емкости диода от напряжения смещения и температуры. http://applphys.vimi.ru/2006/2006-4/06-4-22.pdf. 16.03.2012