Учебно-методический комплекс по дисциплине "методы исследования материалов и структур" Направление «электроника и микроэлектроника»

Главная страница
Контакты

    Главная страница


Учебно-методический комплекс по дисциплине "методы исследования материалов и структур" Направление «электроника и микроэлектроника»

Скачать 268,09 Kb.


Дата18.09.2017
Размер268,09 Kb.

Скачать 268,09 Kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования


ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет № 1 - Неорганической химии и технологии

кафедра


"ТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОВ И МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ"
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС



По дисциплине "МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР"


Направление «ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА»
специальность

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА И ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Составитель: к.х.н., доцент Д.В. Ситанов.

Иваново, 2011 г.
Р А Б О Ч А Я У Ч Е Б Н А Я П Р О Г Р А М М А

По дисциплине " МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР"


Курс 3 Семестр 6. Экзамен 6 сем. Зачет 6 сем.

Всего часов по дисциплине: 170

Аудиторные занятия: 75 час.

Лекции - 30 час.

Лабораторно-практические занятия - 45 час.

Самостоятельная работа - 95 часов

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Цели и задачи изучения дисциплины.

Предметом изучения являются методы исследования электрофизических параметров, структуры и состава материалов микроэлектроники.

1.2. Требования по дисциплине.

Выпускник должен: иметь представление:

- о свойствах и структуре материалов микроэлектроники и методах их исследования;

- о возможностях современных методов измерения структурных и концентрационных параметров материалов;

знать и уметь использовать:

- основные физические принципы и методы измерения свойств материалов и структур электронной техники;

- методы анализа и интерпретации результатов измерений;

- принципы эксплуатации и сервисного обслуживания аналитических комплексов;

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (учебные модули).



2.1. Модуль 1. Основные методы измерения электрофизических параметров полупроводников.

2.1.1. Лекционный материал: 10 час.

Основные методы измерения электрофизических параметров полупроводников: удельного сопротивления, концентрации и подвижности носителей заряда, измерение характеристических параметров неравновесных носителей заряда;

2.1.2. Лабораторные занятия: 12 часов.

- измерение удельного сопротивления полупроводников;

- измерение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках;

- измерение времени жизни и диффузионной длины носителей заряда.

2.1.3.Практические занятия: 3 час.

- анализ и выбор условий измерения параметров полупроводников.

2.1.4. Самостоятельная работа: 30 час. Обработка и анализ результатов лабораторных работ, подготовка к коллоквиуму, практическим занятиям, письменному экзамену.



2.2. Модуль 2. Методы измерения параметров глубоких центров в полупроводниках

2.2.1. Лекционный материал: 10 час.

Методы измерения параметров глубоких центров в полупроводниках: методы исследования микроструктуры точечных дефектов; прецизионная профилометрия поверхности и измерение геометрических размеров в структурах электроники;

2.2.2. Лабораторные занятия: 12 часов.

- исследование микроструктуры дефектов;

- Исследование рельефа поверхности и измерение геометрических размеров микроструктур;

2.2.3.Практические занятия: 3 час.

- Анализ возможностей и чувствительности различных методов микроизмерений.

2.2.4. Самостоятельная работа: 30 час. Обработка и анализ результатов лабораторных работ, подготовка к коллоквиуму, практическим занятиям, письменному экзамену.

2.3. Модуль 3. Измерение состава твердых тел и концентрационных профилей.

2.3.1. Лекционный материал: 10 час

Измерение состава твердых тел и концентрационных профилей по основным и примесным компонентам методами электронной и ионной спектроскопии, а также ядерно-физическими методами анализа; дифракционные методы анализа кристаллической структуры; эксплуатация и сервисное обслуживание аналитических комплексов.

2.3.2. Лабораторные занятия: 12 часов.

- исследование состава поверхности методами ВИМС и Оже-спектроскопии;


  • Анализ структуры кристалла дифракционным методом.

Примечание: данные работы выполняются в обзорном виде с последующим анализом спектров.

2.3.3.Практические занятия: 3 час.

- анализ возможностей и чувствительности методов измерения структуры и состава;

2.3.4. Самостоятельная работа: 35 час. Обработка и анализ результатов лабораторных работ, подготовка к коллоквиуму, практическим занятиям, письменному экзамену.

3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ:

3.1. Коллоквиумы по лабораторным модулям, всего 3 коллоквиума на 2, 6, 10 неделях.

3.2. Контрольные работы - письменные экзамены или тестирование по модулям, всего 3, на 4, 9, 13 неделях.

4. ЛИТЕРАТУРА

4.1. Основная:

1. Рембеза С.И., Синельников Б.М., Рембеза Е.С., Каргин Н.И. Физические методы исследования материалов твердотельной электроники. Ставрополь: Сев.КавГТУ, 2002, 432 с.

2. Отто М. Современные методы аналитической химии : В 2 т. : пер. с нем. Т. 1,(2). М. : Техносфера, 2003. - 412 с.

3. Банкер Ф. Симметрия молекул и спектроскопия / Пер. с англ. Под ред. Н.Ф. Степанова. - 2-е перераб. изд. М. : Мир, 2004. - 763 с.

4. Физические методы исследования материалов электронной техники. Учебное пособие. Ставрополь, Изд. Сев-Кавказ. ГТУ, 2002 г., 429 с.

5. Брандон Д. Микроструктура материалов : Методы исследования и контроля: учеб. Пособие / Пер. с англ. под ред. С. Л. Баженова. - М. : Техносфера, 2004. - 377 с.

6. Миронов В. Основы сканирующей зондовой микроскопии : учеб. пособие для старших курсов вузов / Рос.акад. наук, Ин-т физики микроструктур г. Н. Новгород . - М. : Техносфера, 2005.

4.2. Дополнительная:

1. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высшая школа, 1987, 367с.

2. Вилков Л.В., Пентин А.Ю. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. М.: Высшая школа, 1989, 288 с.

3. В.В. Батавин, Ю.А. Концевой, Ю.В. Федорович. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985, 264 с.

4. Ситанов Д.В. Электрофизические и радиоэлектронные измерения. Лабораторный практикум. Иваново, ИГХТУ, 2002 г., 64 с.

5. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (под ред. Д.Бриггса и М.П.Сиха). М.:Мир, 1987, 600 с.

6. Материалы для производства изделий электронной техники. М.:Высшая школа, 1987, 247 с.

7. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение, термообработка и рентгенография. М.:МИСИС, 1994, 480 с.
5. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ:

5.1. Обучающе – контролирующие системы:

- тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю;

- текст лекций с контрольными вопросами для самопроверки.

5.2. Справочно-информационные системы:

- база данных по компонентам твердотельной электроники.


ГРАФИК ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ


Количество баллов в соответствии с действующей в университете рейтинговой системой, которое может набрать студент


Семестр

Контрольные точки

Название темы изучения

Вид отчетности

Срок сдачи (неделя)

Рейтинг (баллы)

6

1

Модуль 1. Методы измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур

Отчет по работе № 1, 2

Самостоятельная работа 1.

Тестовое
задание 1.


4

18

2

Модуль 2. Измерение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках.

Отчет по работе № 3, 4.

Самостоятельная работа 1.

Тестовое
задание 2.


13

18

3

Модуль 3. Измерение времени жизни, диффузионной длины и скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда.

Модуль 4. Контроль состава, содержания примесей , загрязнений и структурного совершенства в полупроводниковых материалах и структурах.

Модуль 5. Измерение параметров различных структур: металл-диэлектрик, диэлектрик-полупроводник, металл – диэлектрик - полупроводник.


Отчет по работе № 5.

Самостоятельная работа 1.

Тестовое
задание 3.

Тестовое


задание 4.

18

14

Экзамен

50

Итого за семестр

100

КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ДИСЦИПЛИНЫ УЧЕБНОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ

1. Рембеза С.И., Синельников Б.М., Рембеза Е.С., Каргин Н.И. Физические методы исследования материалов твердотельной электроники. Ставрополь: Сев.КавГТУ, 2002, 432 с. (40 экз).

2. Отто М. Современные методы аналитической химии : В 2 т. : пер. с нем. Т. 1,(2). М. : Техносфера, 2003. - 412 с. (276 с.) (3 экз).

3. Банкер Ф. Симметрия молекул и спектроскопия / Пер. с англ. Под ред. Н.Ф. Степанова. - 2-е перераб. изд. М. : Мир, 2004. - 763 с. (1 экз)

4. Драго Р. Физические методы в химии : в 2 т. Т.1, (2) / пер. с англ. А. А. Соловьева; под ред. О. А. Реутова. - М. : Мир, 1981. - 422 с. (456 с.) (11 экз)

5. Брандон Д. Микроструктура материалов : Методы исследования и контроля: учеб. Пособие / Пер. с англ. под ред. С. Л. Баженова. - М. : Техносфера, 2004. - 377 с. (6 экз).

6. Миронов В. Основы сканирующей зондовой микроскопии : учеб. пособие для старших курсов вузов / Рос.акад. наук, Ин-т физики микроструктур г. Н. Новгород . - М. : Техносфера, 2005. (3 экз).

7. Физические методы исследования материалов электронной техники. Учебное пособие. Ставрополь, Изд. Сев-Кавказ. ГТУ, 2002 г., 429 с. (25 экз.)

8. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.:Высшая школа, 1987, 367 с. (39 экз.)

9. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. М.:Высшая школа, 1989, 288 с. (2 экз.)

10. Ситанов Д.В. Электрофизические и радиоэлектронные измерения. Лабораторный практикум. Иваново, ИГХТУ, 2002 г., 64 с. (60 экз.)

ПРАКТИЧЕСКИЕ (СЕМИНАРСКИЕ) ЗАНЯТИЯ И ПРОГРАММА ИХ ПРОВЕДЕНИЯ


Семестр

Номер работы

Содержание занятия.

Выполнение (недели)

Часы

1

2

3

4

5

6

Модуль 1. Методы измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур

1

а. Решение типовых задач.

б. Самостоятельная работа.



1

3

Модуль 2. Измерение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках.

2

а. Решение типовых задач.

б. Самостоятельная работа.



5

3

Модуль 3. Контроль состава, содержания примесей , загрязнений и структурного совершенства в полупроводниковых материалах и структурах.

3

а. Решение типовых задач.

б. Самостоятельная работа.



12, 13

3


КОМПЛЕКТ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ


Модуль 1. Методы измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур

1. При изготовлении биполярного транзистора для формирования эмиттерных областей использовался метод диффузии. Четырехзондовые измерения, проведенные на тестовых структурах, показали, что полученные диффузионные области р-типа имеют среднее удельное сопротивление 0,15 Ом·см. Определить, на какой глубине находится диффузионный n-р переход, если при токе в цепи внешних зондов равном 20 мА напряжение составило 0,4 В.

2. Сравнить, насколько будут отличаться сопротивления двух диффузионных резисторов р- и n-типа, имеющих равные размеры. Известно, что время проведения диффузии в обоих случаях было равно 12 мин, длина и ширина резисторов равны 10 и 4 мкм, значения предельной растворимости атомов бора и фосфора в кремнии равно 1020 см–3 и 5·1020 см–3, а коэффициентов диффузии – 10–14 и 10–13 см2/с соответственно.

3. Структура диффузионного резистора, который будет создан в слабо легированной кремниевой пластине n-типа, имеет Г-образную форму. Ширина диффузионной области равна 8 мкм, длина линейных участков составляет 10 и 4 мкм. Известно, что значение предельной растворимости атомов фосфора в кремнии равно 5·1020 см–3, коэффициент диффузии равен 10–13 см2/с. Необходимо найти время проведения диффузии для получения резистора с сопротивлением 1 кОм.

4. Измеряемое напряжение при четырехзондовых измерениях, проведенных на тестовой структуре, составило 0,1 В при токе в цепи внешних зондов равном 10 мА. Определить величину сопротивления диффузионного резистора, полученного на данном этапе, если он имеет П-образную форму, протяженность линейных участков 3 мкм при ширине 2 мкм.

5. Известно, что при проведении зондовых измерений будет использоваться вольтметр, позволяющий измерять напряжения начиная с 10 мВ. Необходимо оценить величину тока, устанавливаемую в цепи токовых зондов, при которой еще возможно измерение напряжения, если исследуется диффузионная структура, образованная диффузией бора в кремний в течение 5 мин при значении предельной растворимости атомов бора в кремнии равном 1020 см–3 и коэффициенте диффузии – 10–14 см2/с.

6. Необходимо изготовить диффузионный резистор сопротивлением 10 кОм на слаболегированной кремниевой подложке n-типа. Известно, что время диффузии должно составлять 15 мин, значение предельной растворимости атомов бора в кремнии равно 1020 см–3, коэффициент диффузии составил 10–14 см2/с, а. Следует оценить возможную протяженность такого резистора, если его ширина равна 8 мкм.
Модуль 2. Измерение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках

1. При изготовлении биполярного транзистора для формирования эмиттерных областей использовался метод диффузии. Измерения, проведенные на тестовых структурах, показали, что при токе равном 20 мА напряжение в цепи внутренних зондов составляет 0,4 В. На том же образце были выполнены измерения напряжения Холла, которые дали значение 5 В (величина тока при измерениях равна 10 мА (ток протекает вдоль кристалла), а индукция магнитного поля, вектор которой перпендикулярен плоскости кристалла, составила 0,5 Тл). Определить, на какой глубине находится диффузионный n-р переход.

2. При изготовлении МДП транзистора для формирования областей стока и истока использовался метод диффузии. Четырехзондовые измерения, проведенные на тестовых структурах, показали, что полученные диффузионные области n-типа имеют поверхностную проводимость составляет 100 Ом/□. Определить, на какой глубине находится диффузионный n-р переход если при измерениях напряжения Холла было получено значение 5 В при величине тока в образце равном 10 мА (ток протекает вдоль кристалла), индукция магнитного поля, вектор которой перпендикулярен плоскости кристалла – 0,1 Тл.

3. Измеряемое напряжение при четырехзондовых измерениях, проведенных на тестовой структуре, составило 0,1 В при токе в цепи внешних зондов равном 10 мА. Необходимо определить постоянную Холла для этого образца и напряжение Холла, считая, что толщина области р-типа составляет 10 мкм и при измерениях величина тока в образце будет равна 10 мА (ток протекает вдоль кристалла), а индукция магнитного поля, вектор которой перпендикулярен плоскости кристалла, составит 0,5 Тл.

4. Оценить погрешность определения постоянной Холла в образце кремния р-типа, имеющем поверхностное сопротивление 500 Ом/□, и толщину 100 мкм. Каково будет значение напряжения холла, если проводить измерения в магнитном поле с индукцией 0,96 Тл и токе 30 мА.

5. Вычислить сопротивление элемента Холла, созданного в кремниевой пластине n-типа с шириной 8 мкм, длиной 10 и толщиной 1 мкм. Известно, что при величине магнитной индукции 0,2 Тл (вектор перпендикулярен пластине) и токе 20 мА регистрируется напряжение Холла 3 В.

6. Оцените возможность изготовления датчика Холла с чувствительностью 0,8 В/Тл на основе диффузионной структуры с поверхностной проводимостью 50 Ом/□, имеющий рассеиваемую мощность 5 мВт с размерами: ширина равна 8 мкм, длина 12 мкм, толщина диффузионной области 3 мкм.

7. Вычислить показатель качества элемента Холла Мн. Мощность, рассеиваемая элементом равна 1 мВт, величина магнитной индукции равна 0,1 Тл. Размеры кристалла – l = 50 мкм, d = 40 мкм, толщина h = 8 мкм, вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости кристалла. Кристалл кремния легирован равномерно атомами фосфора, поверхностная проводимость кристалла составляет 100 Ом/□.

8. Известно, что при проведении измерений напряжения Холла будет использоваться вольтметр, позволяющий измерять напряжения начиная с 10 мВ. Необходимо оценить величину тока, устанавливаемую в цепи токовых, при которой еще возможно измерение напряжения, если исследуется диффузионная структура, образованная диффузией бора в кремний, поверхностная проводимость кристалла толщиной 100 мкм составляет 100 Ом/□. Величина индукции магнитного поля равна 0,8 Тл.
Модуль 3. Контроль состава, содержания примесей , загрязнений и структурного совершенства в полупроводниковых материалах и структурах.

1. Определить радиус кривизны траектории движения иона Cl+ в анализаторе магнитного масс-спектрометра, если известно, если известно, что величина ускоряющего напряжения на выходе из ионного источника составляет 0,5 кВ, величина индукции магнитного поля в анализаторе – 0,1 Тл, М(Cl+)=35,5·10-3 кг/моль.

2. Электрон движется в неоне под действием электрического поля с напряженностью 100 В/см. Давление газа 0,25 мм. рт. ст. Определить число ионизаций α, совершаемых электроном на пути движения 1 метр (число Лошмидта Nл =3,53·1016 см-3).

3. Ионный источник представляет собой систему из двух параллельных пластин, удаленных друг от друга на расстояние l=15 см. Пространство между пластинами пронизывается однородным электронным потоком, направленным параллельно поверхности пластин с плотностью тока je=100 A/м2. Энергия электронов 200 эВ, газ аргон, давление в ионном источнике 1,16·10-4 мм. рт. ст. Определить ток ионов аргона (Ar+) через одно из отверстий в пластине диаметром 5 мм при разности потенциалов между пластинами, равной нулю.

4. В результате структурного анализа методом масс-спектрометрии был получен масс-спектр исследуемого соединения, в котором наблюдались явные пики, соответствующие массам 24, 32, 16, 18. После нормировки масс-спектра были получены следующие значения интенсивностей пиков, соответственно, 9,8 %; 13 %; 26 %; 51.2 %. Предположительно, в качестве исследуемого соединения была взята соль, возможно кристаллогидрат. Устанвить формулу исследуемого соединения.

5. Имеется масс-спектрометр магнитного типа со следующими параметрами. Энергия ионов 500±5 эВ. Магнитное поле однородно, величина индукции м.п. 0,7 Тл. начальная расфокусировка оп углам ионов, входящих в прибор, не превышает 4º. Нарисовать в масштабе траектории движения изотопов калия с массовыми числами 39 и 41. Можно ли разрешить этим масс-спектрометром данные изотопы в масс-спектре.

6. Каким из методов фотоэлектронной спектроскопи: ФЭС (ультрафиолетовое первичное облучение образца с диапазоном длин волн 50-200 нм), РЭС (рентгеновское первичное излучение с диапазоном длин волн 10-3 0 10 нм), ИЭЭС (в качестве источника первичного облучения используется сфокусированный электронный пучок с энергией 500 эВ) можно определить потенциал ионизации следующих элементов – Si, Al и Ti/

7. Определить, какую скорость будут иметь фотоэлектроны при воздействии на кремний монохроматических УФ-излучением с длиной волны λ=150 нм.



8. Определить количество пиков рентгеноэлектронного спектра смеси B, Ca, Nb, если образец облучается монохроматическим излучением с длиной волны λ=0,1 нм.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ





Семестр

Номер работы

Название работы

Выполнение (недели)

Часы

1

2

3

4

5

6

Модуль 1. Методы измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур

1

Определение типа проводимости полупроводников по знаку термоэдс. Измерение удельного сопротивления полупроводников четырехзондовым методом.

1

3

Модуль 2. Измерение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках.

2

Изучение эффекта Холла в полупроводниках

5

3

3

Изучение профиля распределения концентрации свободных носителей заряда по толщине полупроводника вольт-фарадным методом.

6

3

Модуль 3. Измерение времени жизни, диффузионной длины и скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда.

4

Определение диффузионной длины неравновесных носителей заряда в полупроводнике.

12, 13

3

Модуль 5. Измерение параметров различных структур: металл-диэлектрик, диэлектрик-полупроводник, металл – диэлектрик - полупроводник.

5

Исследование диэлектричеких характеристик материалов.

19, 20

3



ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ОРГТЕХНИКИ


Все лабораторные занятия проводятся в лабораториях кафедры «Технология приборов и материалов электронной техники».

В качестве технических средств для выполнения работы используются соответствующие лабораторные стенды, а для анализа экспериментальных данных IBM-совместимые персональные компьютеры, оснащенные процессорами – аналогами


Pentium IV и объемом ОЗУ 256 Мб.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ


В самостоятельную работу включается:

  1. Заблаговременная подготовка к выполнению лабораторных работ и практическим занятиям.

  2. Ведение лабораторного журнала вне аудиторных занятий и подготовка отчета обо всех выполненных работах.

  3. Подготовка к сдаче лабораторных работ по темам, предусмотренным учебным планом.

  4. Самостоятельное изучения модуля курса “Измерение толщины эпитаксиальных слоев и геометрических размеров полупроводниковых материалов.”

СПИСКИ ВОПРОСОВ К ТЕКУЩИМ КОЛЛОКВИУМАМ И ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ


Коллоквиум №1 (защита л.р. 1)

  1. Каковы причины появления термоэдс в полупроводниках?

  2. От каких факторов зависит знак и величина термоЭДС в собственном и примесном полупроводнике?

  3. Как по знаку термоЭДС определить тип проводимости?

  4. Предложите метод определения типа проводимости с использованием двух зондов, но без термического нагрева метериала.

  5. Каков будет знак термоЭДС в собственном кремнии?

  6. Опишите суть четырехзондового метода определения удельного сопротивления полупроводников?

  7. Получите выражение для расчета удельного сопротивления образца полубесконечного объема по результатам измерения четырехзондовым методом

  8. Почему в расчетные формулы для удельного сопротивления образцов конечных размеров вводят поправки?

  9. Запишите формулы для расчета удельного сопротивления в случае образцов конечных размеров.

  10. Укажите основные источники погрешности определения удельногго сопротивления четырехзондовым методом.

  11. Каким образом можно свести к минимуму погрешности определения удельного сопротивления полупроводников?

Коллоквиум №2 (защита л.р. 2)

  1. В чем состоит эффект Холла? Каковы причины, его вызывающие?

  2. Какую информацию о физических параметрах материалов можно получить на основе исследований эффекта Хола?

  3. Для конкретной ситуации покажите, как определяется тип проводимости полупроводника по измерениям ЭДС Холла?

  4. Проанализируйте температурную зависимость постоянной Холла?

  5. Предложите способ определения ширины запрещенной зоны полупроводника по результатам исследования эффекта Холла?

  6. каковы практические применения эффекта Холла?

  7. Предложите способы экспериментального исключения систематической ошибки определения ЭДС Холла, связанной с асимметрией расположения потенциальных контактов?

  8. Запишите выражения для постоянной Холла.

  9. какие механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводнике вы знаете. Как зависит постоянная Холла от механизмов рассеяния?

  10. Дайте определение критериев слабого и сильного магнитных полей.

Коллоквиум №3 (защита л.р. 3)

  1. В чем состоит принцип вольт-фарадного метода?

  2. Дайте определение диода (барьера) Шоттки.

  3. Изобразите общий вид вольт-фарадных характеристик полупроводниковых диодов.

  4. Запишите расчетные формулы, использованные в работе по нахождению распределения концентрации свободных носителей зарядов по толщтне полупроводника вольт-фарадным методом.

  5. Перечислите основные преимущества метода вольт-фарадных характеристик.

  6. Перечислите основные недостатки метода вольт-фарадных характеристик.

Коллоквиум №4 (защита л.р. 4)

  1. Физический смысл диффузионной длины и времени жизни неравновесных носителей заряда.

  2. Запишите уравнение непрерывности, в результате решения которого можно определить концентрацию неосновных носителей зарядов.

  3. Запишите уравнения для расчета диффузионной длины вдоль поля и диффузионной длины против поля. Как соотносятся эти величины между собой?

  4. Какой зондовый метод положен в основу определения диффузионной длины неравновесных носителей заряда? Какой контакт образует зонд с полупроводником? Назовите материал зонда.

  5. С какой целью в данной работе применяется модуляция светового луча? Из каких соображений подбирается частота модуляции?

  6. Запишите основную расчетную формулу, использованную в работе. Изобразите график соответствующей зависимости.

  7. Запишите соотношение Эйнштейна.

  8. В диапазоне каких диффузионных длин применим метод, использованный в лабораторной работе?

Коллоквиум №5 (защита л.р. 5)

  1. Назовите основные механизмы поляризации диэлектриков. Какие виды поляризации можно считать мнгновенными, а какие являются замедленными?

  2. Что называют диэлектрическими потерями? Назовите основные механизмы диэлектрических потерь.

  3. Дайте определения диэлектрической проницаемости и тангенсу угла диэлектрических потерь.

  4. Проанализируйте качественно частотную зависимость и зависимость от температуры тангенса угла диэлектрических потерь в случае релаксационных потерь.

  5. Изложите основы методики определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

  6. Запишите расчетные формула для определения тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости, использовавшихся в работе.

  7. Выведите формулы для определения емкости конденсатора неизвестного номинала в случае последовательного и параллельного подключения его в контур подстроечной емкости.

Итоговый зачет

Условием получения зачета по дисциплине является:



  1. Выполнение студентом всех лабораторных работ, предусмотренных данным курсом.

  2. Сдача отчетов и ответы на вопросы (сдача коллоквиумов) по всем лабораторным работам курса.

  3. Выполнение всех самостоятельных работ, предусмотренных данным курсом.

  4. Успешное прохождение тестовых заданий. Критерием успешности прохождения теста является написание теста не менее, чем на 52 балла по стобальной шкале.

СПИСКИ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ (УГАДАЙКИ)


Тестовое задание 1.

Тестовый модуль содержит 25 вопросов, составленных на основе лекционного модуля “Методы измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур”.

Каждый вопрос содержит 5 вариантов ответа.

Условие прохождения теста – не менее 52% правильных ответов.



Тестовое задание 2.

Тестовый модуль содержит 25 вопросов, составленных на основе лекционного модуля “Измерение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках”.

Каждый вопрос содержит 5 вариантов ответа.

Условие прохождения теста – не менее 52% правильных ответов.



Тестовое задание 3.

Тестовый модуль содержит 20 вопросов, составленных на основе лекционного модуля “Измерение времени жизни, диффузионной длины и скорости поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда”.

Каждый вопрос содержит 5 вариантов ответа.

Условие прохождения теста – не менее 52% правильных ответов.



Тестовое задание 4.

Тестовый модуль содержит 20 вопросов, составленных на основе лекционного модуля “Контроль состава, содержания примесей , загрязнений и структурного совершенства в полупроводниковых материалах и структурах”.

Каждый вопрос содержит 5 вариантов ответа.

Условие прохождения теста – не менее 52% правильных ответов.


ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ:

«Методы исследования материалов и структур электронной техники»

  1. Элементы классификации, характеристика и возможности зондовых методов измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов.

  2. Четырехзондовый метод измерения величины удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур. Преимущества, недостатки и возможности метода. Теория метода и вывод основной расчетной формулы для объемных (полубесконечных) образцов.

  3. Четырехзондовый метод измерения величины удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур. Варианты реализации методики в зависимости от конструкции зондовой головки и геометрии исследуемых образцов.

  4. Особенность реализации четырехзодовой методики для определения величины удельного сопротивления тонких полупроводниковых пластин. Вывод основной расчетной формулы для этого случая.

  5. Особенность реализации четырехзодовой методики для определения величины удельного сопротивления эпитаксиальных слоев и многослойных структур. Понятие величины поверхностного сопротивления и поверхностной проводимости.

  6. Основные типы и источники погрешностей четырехзондового метода (размер контактной площадки, расстояние между зондами, напряжение, ток, контактное сопротивление, температура, расширение области объемного заряда, токи утечки, нагрузка на зонд) и возможные пути их устранения.

  7. Назначение, возможности, преимущества и недостатки двухзондовой методики определения величины удельного сопротивления образцов. Особенности реализации методики (в сравнении с четырехзондовым методом).

  8. Основные типы и источники погрешностей двухзондового метода определения величины удельного сопротивления материалов. Общие и специфические источники погрешностей метода (в сравнении с четырехзондовым методом).

  9. Назначение, возможности, преимущества, недостатки и особенности реализации трехзондового метода определения величины удельного сопротивления полупроводниковых материалов

  10. Назначение, возможности, преимущества, недостатки и особенности реализации метода измерения растекания тока в точечном контакте. Понятие сопротивления растекания тока в точечном контакте. Основные источники погрешности метода и возможные пути их устранения.

  11. Возможности, области применения и техническая реализация метода Холла для исследования свойств полупроводниковых материалов (без подробной теории метода, оперируя лишь готовыми выражениями и понятиями).

  12. Физическая сущность эффекта Холла и использование его для исследования свойств полупроводниковых материалов и структур. Понятие холловской подвижности, постоянной Холла и холл-фактора.

  13. Физические явления, сопутствующие эффекту Холла, и приводящие к погрешности определения величины холловского напряжения (эффекты Эттингсгаузена, Нерста-Эттиннсгаузена, Риги-Ледюка, влияние поперечного магнитосопротивления, величины поверхностной рекомбинации носителей зарядов и геометрии расположения зондов). Возможные пути устранения этих факторов.

  14. Электрические и конструкционно-технические факторы, приводящие к погрешности определения величины холловского напряжения при реализации Холл-метода. Возможные пути их устранения.

  15. Геометрия образцов и расположение контактов для успешной реализации Холл-метода.

  16. Особенности реализации четырехзондового холловского метода для определения величин удельного сопротивления и (или) постоянной Холла полупроводниковых образцов.

  17. Назначение, возможности, преимущества, недостатки и особенности реализации метода измерения подвижности по геометрическому магнитосопротивлению. Понятие подвижности по магнитоспоротивлению.

  18. Общая характеристика метода(ов), позволяющего получить распределение концентрации свободных носителей заряда по толщине монокристаллов и полупроводниковых слоев. Сущность метода(ов), его техническая реализация и обработка экспериментальных зависимостей.

  19. Факторы, определяющие погрешности вольт-фарадного метода: объективные (физические, связанные с ограничением физической модели барьера Шотки) и субъективные (связанные с получением и обработкой экспериментальных данных).

  20. Назначение, возможности и особенности технической реализации стационарных методов определения времени жизни и диффузионной длины неравновесных носителей зарядов в полупроводниковых материалах (на примере метода подвижного светового зонда и метода с планарным p-n-переходом).

  21. Факторы, приводящие к появлению неравновесных носителей зарядов в полупроводнике. Понятие времени жизни неравновесных носителей и диффузионной длины неравновесных носителей зарядов в полупроводниковых материалах (приборах).

  22. Аппаратное оформление установок для определения времени жизни (диффузионной длины) неравновесных носителей зарядов в полупроводниковых материалах (приборах). Факторы, приводящие к появлению систематической погрешности измерений.

  23. Особенности реализации и использования метода стационарной фотопроводимости. Возможности и основные источники погрешности метода стационарной проводимости.

  24. Особенности реализации и использования стационарных люминесцентных методов. Возможности и основные источники погрешности стационарных люминесцентных методов.

  25. Особенности реализации и использования нестационарного метода определения времени жизни не основных носителей зарядов, основанного на инжекции носителей зарядов в полупроводник. Возможности и основные источники погрешности этого метода.

  26. Особенности реализации и использования нестационарного метода определения времени жизни не основных носителей зарядов, основанного на эффектах инжекции - экстракции носителей зарядов в полупроводник (метод переходных характеристик). Возможности и основные источники погрешности этого метода.

  27. Общая идея, возможности и назначение метода ВИМС, применительно к определению параметров и характеристик полупроводниковых материалов и структур.

  28. Теоретические основы метода ВИМС, включая анализ факторов, влияющих на ток вторичных ионов, регистрируемый анализатором установки ВИМС. Обобщенная структурная схема установок ВИМС. Методы ионизации вещества.

  29. Назначение ионных источников в составе установок ВИМС. Конструкция, характеристики, отличительные черты ВЧ - ионного источника и ионного источника Пенинга.

  30. Назначение ионных источников в составе установок ВИМС. Конструкция, характеристики, отличительные черты ионного источника Нильсена и ионных источников Морозова.

  31. Назначение и возможности метода ВИМС. Использование метода ВИМС для контроля состава и содержания примесей в полупроводниковых материалах и структурах.

  32. Теоретические основы работы магнитного масс-спектрометра. Вывод формул, определяющих траекторию движения ионов в анализаторе масс-спектрометра магнитного типа и различных вариантов развертки.

  33. Классификация, возможности и назначение методов фотоэлектронной спектроскопии, применительно для контроля и определения параметров полупроводниковых материалов структур. Понятие химического сдвига.

  34. Обобщенная структурная схема установки фотоэлектронной спектроскопии (фотоэлектронного спектрометра). Назначение и характеристики отдельных блоков фотоэлектронного спектрометра.

  35. Теоретические основы группы методов фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС, РЭС, ИЭЭС). Вид энергетического спектра фотоэлектронов, его обработка и информация, извлекаемая из спектров фотоэлектронов. Условие появления максимумов в энергетических спектрах фотоэлектронов.

  36. Теоретические основы метода рентгеновской абсорбционной спектроскопии (РАС). Вид спектра поглощения рентгеновского излучения, его обработка и информация, извлекаемая из спектров поглощения. Условие появления минимумов в спектрах поглощения рентгеновского излучения.

  37. Теоретические основы метода рентгеновской флуоресценции (РФА). Вид спектра флуоресценции, его обработка и информация, извлекаемая из спектров флуоресценции. Условие появления максимумов в спектрах флуоресценции.

  38. Теоретические основы метода Оже-фотоэлектронной спектроскопии. Вид энергетического спектра Оже-электронов, его обработка и информация, извлекаемая из спектров Оже-электронов. Условие появления максимумов в спектрах Оже-электронов.

  39. Электронно-зондовый рентгеновский микроанализ: теоретические основы, возможности и назначение метода. Применение электронно-зондового рентгеновского микроанализа для химического анализа полупроводниковых структур.

ПРОГРАММА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ В ПРОЦЕССЕ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


  1. Расширение возможностей самостоятельного изучения материала студентами, который носит ознакомительный и справочный характер (выдача данного материала в электронном виде).

  2. Стимулирование студентов в отношении поиска информации по новому технологическому оборудованию в сети Интернет, а также в периодической литературе.

  3. Проведение семинарских занятий в виде дискуссии по теме, подготавливаемой одним из студентов, в виде реферата.





  • УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
  • По дисциплине " МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР"
  • ГРАФИК ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ
  • КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ДИСЦИПЛИНЫ УЧЕБНОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ
  • ПРАКТИЧЕСКИЕ (СЕМИНАРСКИЕ) ЗАНЯТИЯ И ПРОГРАММА ИХ ПРОВЕДЕНИЯ
  • КОМПЛЕКТ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
  • ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
  • ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ОРГТЕХНИКИ
  • ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
  • СПИСКИ ВОПРОСОВ К ТЕКУЩИМ КОЛЛОКВИУМАМ И ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
  • СПИСКИ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ (УГАДАЙКИ)
  • ПРОГРАММА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ В ПРОЦЕССЕ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ