《微电子学专业实验》教学大纲doc.docx

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《微电子学专业实验》教学大纲doc

课程编号：

MI4221016

课程名称：

微电子学实验

学时：

60/2

课程类别：

限选适用专业：

微电子学开课学期：

7

《微电子学专业实验》教学大纲

英文名称：

ExperimentsofMicroelectronicsSpecialty

学分：

2

课程性质：

专业课

先修课程：

专业基础课和专业课

开课院系：

微电子学院

一、课程的教学目标与任务

目标：

通过实验教学环节,培养学生独立完成半导体材料特性与微电了技术工艺参数测试分析、微电子器件参数测试与应用、集成电路参数测试与应用和现代集成电路EDA工具使用等方面的实践动手能力，巩固和强化现代微电了技术和集成电路EDA技术相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力，锻炼学生分析、探讨和总结实验结果的能力。

任务：

在理论课程的学习基础上，通过大量实验，熟练掌握现代微电了技术中半导体材料特性、微电了工艺技术、微电子器件参数、集成电路EDA技术等相关的实验手段和测试技术。

课程以教师讲解，学生实际动手操作以及师生讨论的形式实施。

二、本课程与其它课程的联系和分工

木课程是在学习了《半导体物理》、《半导体器件物理》、《模拟电了技术》、《数字电路与逻辑设计》、《半导体集成电路》、《微电了制造技术》和《电路计算机辅助设计》等理论课程后实施的一门面向微电了学专业的重要实践课程。

三、课程内容及基本要求

木实验内容涵盖半导体材料特性与微电了技术工艺参数测试分析、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用、现代集成电路EDA技术三部分实验内容。

要求学生掌握半导体材料特性测试技术、微电子技术工艺参数测试分析技术和微电了器件参数测试与应用技术，能够熟练使用集成电路EDA工具软件。

木实验共设置35个实验，要求选作半导体材料特性测试技术和微电子技术工艺参数测试分析类实验、微电子器件参数测试与应用类实验4个、现代集成电路EDA技术和电了线路设计类实验5个，共计3类15个实验。

半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验（选6个）：

（一）半导体材料层错位错观测（2学时）

具体内容：

使用金相显微镜，在测微目镜下显示、观察并测试样品的层错和位错形状、结构和数量，对测试数据进行计算、分析。

1.基木要求

（1）掌握半导体材料中层错位错等杂质缺陷的产生机理和显示测试手段；

（2）了解金相显微镜的使用规则和测试规范。

2.重点、难点

重点：

显示、观察和测试样品的层错和位错；

难点：

层错和位错显示、层错和位错产生机理的理解和金相显微镜调试使用。

3.说明：

掌握半导体材料中缺陷的产生机理和检测方法。

具体内容：

测试给定的三块不同规格半导体材料样品电阻率，使用EXCEL软件对各个样品的测试数据进行指定方式的计算和处理，画出电阻率波动图。

最后试用热探针判别材料导电类型。

1.基本要求

U）掌握四探针法测量半导体材料电阻率和薄层材料电阻的测试原理及方法；

（2）了解热探针判别材料导电类型的机理和方法。

2.重点、难点

重点：

样品的电阻率、方块电阻、标准差、不均匀度测量和计算；

难点：

EXCEL软件数据处理和热探针判别材料导电类型。

3.说明：

学习并掌握半导体材料电阻率测试和EXCEL软件使用方法。

（三）半导体材料的霍尔效应测试（3学时）

具体内容：

利用霍尔效应测试系统分别测定长条、范德堡样品的电阻率、电导率、霍尔系数、衬底浓度、迁移率等多个电学参数；观察半导体的磁阻现象并分析结果。

1.基本要求

（1）掌握半导体材料的电阻率、电导率、霍尔系数、衬底浓度、迁移率等理论概念；

（2）了解霍尔效应测试系统的工作原理及测试方法。

2.重点、难点

重点：

给定材料的电阻率、电导率、霍尔系数、衬底浓度、迁移率等参数测试；难点：

参数测试和磁阻现象分析。

3.说明：

通过实验学习和掌握半导体的重要效应一“霍尔效应”的原理与测试方法。

（四）高频光电导衰退法测量非平衡少子寿命（2学时）

具体内容：

利用高频光电导衰退法分别测量具有高、中、低电阻率的半导体单晶硅样品的少了寿命，并对测试结果进行分析和探讨。

1.基本要求

U）掌握高频光电导衰退法测量少了寿命的测试原理和方法；

（2）掌握半导体材料中少了、少了寿命和电阻率等相关概念。

2.重点、难点

重点：

高频光电导衰退法测试实验样品的少了寿命；

难点：

概念理解和测试结果分析和探讨。

3.说明：

学习和掌握非平衡少了寿命的测试原理和测试方法。

（五）半导体材料光学参数的测量（2学时）

具体内容：

利用单色仪采取透射法测景半导体材料样品的光吸收系数和光谱分布，并计算出其折射率和消光系数等。

1.基本要求

（1）掌握使用单色仪透射法测量半导体材料的光学参数的测试原理；

（2）掌握半导体材料光吸收系数、光谱分布、折射率和消光系数等理论概念。

2.重点、难点

重点：

给定半导体材料进行样品的光学参数测试；

难点：

测量原理与试验技巧。

3.说明：

掌握半导体材料光学参数的基本测试原理和测试方法。

（六）光电导法测量硅单晶的禁带宽度（3学时）

具体内容：

采用光电导法测量单晶硅样品的禁带宽度，并计算相关参数。

1.基本要求

U）掌握光电导法测试单晶硅材料禁带宽度的测试原理及方法；

（2）了解半导体材料禁带宽度相关参数的概念和意义。

2.重点、难点

重点：

使用光电导法测试单晶硅材料的禁带宽度；

难点：

有关半导体材料能带结构的相关理论和实验结果计算。

3.说明：

通过试验学习和掌握半导体材料禁带宽度的测试理论和方法。

（七）非晶硅薄膜激活能的测量（2学时）

具体内容：

测量给定的N型非晶硅薄膜的激活能。

1.基本要求

（1）掌握辉光放电法制备N型非晶硅薄膜的原理及方法；

（2）掌握激活能的测试方法并进行结果分析。

2.重点、难点

重点：

半导体非晶硅薄膜激活能的测试；

难点：

样品激活能的测试方法。

3.说明：

学习并理解非晶硅薄膜激活能的意义与测量方法。

（八）深能级瞬态能谱法测量硅中深能级复合中心（2学时）

具体内容：

实验目的及任务是了解深能级瞬态能谱法测量深能级相关参数的原理及方法。

掌握深能级瞬态能谱仪的操作过程，作出ACL2-T关系曲线，由此计算出Nt/Ne和Ec-Er等深能级参数。

1.基木要求

（1）掌握深能级瞬态能谱仪的操作流程和深能级参数的测试原理及方法；

（2）掌握深能级复合中心、△C”、NT/Nni和Ec.Er等相关参数的意义。

2.重点、难点

重点：

使用深能级瞬态能谱仪测量并绘制△CL2-T关系曲线；

难点：

深能级参数的理解和测试仪器的正确使用。

3.说明：

学习半导体材料中深能级复含中心的测试方法。

（九）高频MOSC-V特性测试（2学时）

具体内容：

使用高频c-v特性测试仪、X・Y函数记录仪等测定常温、BT温度、偏置电压处理温度下的MOSC-V特性曲线，并由曲线计算样品的SiO?

膜厚、衬底浓度、可动离了、固定电荷、平带电压等参数并分析结果。

1.基本要求

（1）掌握C・V测试仪、X-Y函数记录仪的使用方法；

（2）掌握SiO?

膜厚、衬底浓度、可动离了、固定电荷、平带电压等相关概念。

2.重点、难点

重点：

MOSC-VJ^性曲线的测试绘制；

难点：

根据测试曲线计算样品的杂质分布。

3.说明：

学习、巩固MOSC-V特性相关概念和学＞]C-V测试方法。

（十）PN结显示与结深测量（2学时）

具体内容：

使用金相显微镜，显示采用磨角法处理并染色的PN结，测量其结深，并对实验结果进行分析和理论探讨。

1.基本要求

（1）掌握磨角法测量PN结结深的测试原理和方法；

（2）了解PN结显结方法和金相显微镜的使用规则和测试规范。

2.重点、难点

重点：

PN结显结和结深测试；

难点：

PN结显结、结深测试。

3.说明：

学习并掌握PN结结深显示及其测试方法。

（十一）光的干涉法测量薄膜厚度（2学时）

具体内容：

使用干涉显微镜采用三点法测试样品的薄膜厚度，并对实验结果进行分析和讨论。

1.基木要求

（1）掌握光的干涉法测量薄膜厚度的测试原理和方法；

（2）掌握干涉显微镜的使用方法。

2.重点、难点

重点：

样品SiO?

薄膜厚度测试和实验结果分析；

难点：

干涉显微镜使用技巧及其如何降低测量误差。

3.说明：

学习并掌握干涉显微镜测景薄膜厚度的原理及方法。

（十二）椭偏法测量薄膜厚度（2学时）

具体内容：

使用椭圆偏振仪，采用三点法测量SiO?

薄膜厚度及折射率，并对实验结果进行分析和讨论。

1.基本要求

（1）掌握光的偏振法测量薄膜厚度的测试原理；

（2）掌握椭圆偏振仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

样品SiO?

薄膜厚度测试和折射率计算；

难点：

椭偏仪的工作原理与测量技巧。

3.说明：

学习并掌握采用椭偏法进行SiO?

薄膜厚度测量。

（十三）C-V法测量外延层杂质浓度（2学时）

具体内容：

使用C-V测试仪、X-Y函数记录仪测量、绘制金-半结肖特基势垒二极管样品中的杂质分布曲线，并由测绘的曲线计算金一半结中的杂质分布情况。

1.基本要求

（1）掌握C-V法测量外延层杂质浓度的原理；

（2）掌握C・V测试仪、X-Y函数记录仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

金属-半导体肖特基势垒二极管样品杂质分布山1线的测试绘制；

难点：

根据测试曲线计算样品的杂质分布情况。

3.说明：

掌握C-V法测量外延层杂质浓度原理及其相应的测试方法和实验结果分析。

（十四）恒定表面光电压法测量硅中少子的扩散长度（2学时）

具体内容：

利用恒定表面光电压法测试硅样品中少了的扩散长度。

1.基本要求

（1）了解恒定表面光电压法测试硅材料中少了扩散长度的测试原理；

（2）掌握半导体中少了扩散长度的测试方法。

2.重点、难点

重点：

对实验样品进行少了扩散长度的测试；

难点：

实验仪器的使用和少了扩散长度的准确测量。

3.说明：

掌握半导体中少了扩散长度的测试方法。

（十五）金-半接触势垒高度的测量（2学时）

具体内容：

采用正向T〜V法和C〜V法测试金-半接触势垒高度，并对测得的实验结

果进行分析，加深对势垒高度概念的理解。

1.基本要求

（1）掌握半导体中金属-半导体接触的相关理论；

（2）通过I〜V、C〜V法测量金属-半导体接触的势垒高度。

2.重点、难点

重点：

I〜V、C〜V法测试实验样品的势垒高度；

难点：

测量原理和测量方法。

3.说明：

学习半导体器件中金属-半导体接触势垒高度的测量方法。

（十六）用准静态法测量Si-SiO2界面态密度的分布（2学时）

具体内容：

利用准静态C-V测试系统测试给定的MOS结构中Si-SiO2界面态密度的分

布，并就Si-SiO2界面态的成因和影响界面态的因索进行分析和讨论。

1.基本要求

（1）掌握准静态法测量Si-SiO2界面态密度分布的原理；

（2）熟练掌握准静态C・V测量系统的使用方法。

2.重点、难点

重点：

Si-SiO2界面态密度分布的测试；

难点：

Si-SiO2界面态的成因理解和影响因素的分析。

3.说明：

学习Si-SiO,界面态密度的含义与测试方法。

（十七）微电子测试图形技术（2学时）

具体内容：

学习并掌握几种常用测试图形结构的基木原理和使用方.法。

1.基木要求

（1）掌握几种常用微电了测试图结构的基木原理和使用方法；

（2）理解集成电路工艺测试的重要性和现实意义。

2.重点、难点

重点：

使用常用微电了测试图进行IC工艺参数测试；

难点：

微电子测试图结构的基本原理的理解和应用。

3.说明：

学习并掌握儿种常用测试图结构的基本原理和使用方法。

微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验（选4个）：

（一）器件解剖分析（2学时）

具体内容：

对已解剖的晶体管和集成电路，观测并绘制其内部元器件结构图形，反求电路原理，分析结构特点和设计思路。

1.基本要求

（1）通过解剖后的器件观测，了解常用器件的内部结构，初步学习并掌握电路的反求。

2.重点、难点

重点：

电路反求；

难点：

版图观测与电路反求。

3.说明：

熟悉器件和集成电路的解剖和电路反求方法。

（二）用图示仪检测晶体管参数（2学时）

具体内容：

使用晶体管特性图示仪检测晶体管、场效应管的主要电学参数，画出基本测试原理图，并对实验结果进行分析。

1.基本要求

（1）掌握三极管、场效应管等器件的主要性能指标和工作原理；

（2）掌握晶体管特性图示仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

使用晶体管特性图示仪对被测样管迎行主要电学参数的测试；难点：

测试原理的理解和实验仪器的正确使用。

3.说明：

使学生掌握晶体管特性图示仪的使用，加深对原理和特性参数的理解及测试方法。

（三）MOS场效应晶体管Kp、F的测试（2学时）

具体内容：

使用超高频信号发生器、接收器和直流偏置电源实现对MOSFET晶体管样管功率增益Kp、噪声系数F的测试，观察并绘制Kp、F分别随工作电流、工作电压的变化关系，并对实验结果进行分析。

1.基本要求

（1）掌握MOS场效应晶体管功率增益Kp、噪声系数F的测试原理；

（2）学习超高频信号发生器、接收器和直流偏置电源的使用方法。

2.重点、难点

重点：

MOS场效应晶体管功率增益Kp、噪声系数F的测试原理;难点：

相应实验仪器的使用。

3.说明：

学习MOS场效应晶体管的高频交流参数Kp、F的测试方法。

（四）双极晶体管功率增益及噪声系数的测试（2学时）

具体内容：

测试双极晶体管功率增益、噪声系数，分析噪声来源，观察功率增益、噪声系数随工作电流，工作电压的变化关系，分析实验结果。

1.基本要求

（1）掌握双极晶体管功率增益Kp、噪声系数F的测试原理；

（2）熟悉超高频信号发生器、接收器和直流偏置电源的使用方法。

2.重点、难点

重点：

双极晶体管功率增益Kp、噪声系数F的测试；

难点：

相应实验仪器的使用。

3.说明：

学习双极晶体管的高频交流参数Kp、F的测试方法。

（五）场效应晶体管直流、交流参数测试（2学时）

具体内容：

使用场效应晶体管跨导参数仪分别对结型场效应管和MOSFET场效应管进行直流参数和交流参数等测定，分析实验结果。

1.基本要求

（1）掌握场效应晶体管交直流参数的测试原理和方法;

（2）学习场效应晶体管跨导参数仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

被测场效应晶体管的直流和交流参数测试;

难点：

各参数测试原理和仪器的正确使用。

3.说明：

学习场效应晶体管交直流参数的测试方法。

（六）场效应晶体管输入电容Cgs和反馈电容Cgd的测试（2学时）

具体内容：

使用场效应晶体管电容参数测试仪对几种场效应晶体管样管进行输入电容Cgs和反馈电容Cgd的测试，并对实验结果进行分析和讨论。

1.基本要求

（1）掌握场效应晶体管输入电容Cgs和反馈电容Cgd的测试原理和方法；

（2）熟悉场效应晶体管电容参数测试仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

对几神被测管进行输入电容Cgs和反馈电容Cgd的测试；

难点：

测试原理和仪器的正确使用。

3.说明：

掌握场效应晶体管输入电容Cgs和反馈电容Cgd的测试方法。

（七）晶体管特征频率的测量（2学时）

具体内容：

使用晶体管特征频率测试仪测试被测样管的特征频率&，并能根据测试结果，绘制出fT分别随工作电压金八工作电流IE的变化关系，并就实验结果进行分析讨论。

1.基本要求

（1）掌握晶体管特征频率与的测试原理；

（2）熟悉晶体管特征频率测试仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

晶体管特征频率的测试，绘制杆分别随工作电压Vce、工作电流上的变化关系;

难点：

原理理解和仪器的使用。

3.说明：

掌握晶体管特征频率&的测试方法。

（八）晶体管参数变温测量（2学时）

具体内容：

测试被测晶体管、运算放大器的截止电流、放大倍数、IC增益随温度变化

的关系曲线并分析实验结果。

1.基木要求

（1）掌握晶体管关键参数随温度变化规律及其原理；

（2）熟悉晶体管参数变温测试仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

被测器件参数与温度之间的关系；

难点：

器件温度依赖性的机理与仪器使用。

3.说明：

理解温度变化对器件参数的影响。

（九）晶体管基极电阻的测试（2学时）

具体内容：

测试给定样品的基极电阻腿，并根据实验测试结果绘制n*值随工作电流、

工作电压的变化关系，分析讨论实验结果。

1.基本要求

（1）掌握晶体管基极电阻5的物理意义；

（2）掌握晶体管基极电阻的测试原理和方法。

2.重点、难点

重点：

晶体管基极电阻测试；

难点：

测试原理和测试方法。

3.说明：

掌握晶体管基极电阻随工作电流、工作电压的变化原因。

（十）晶体管稳态热阻测试（2学时）

具体内容：

对给定晶体管稳态热阻佑进行测试，并对实验结果进行分析和讨论。

1.基本要求

（1）掌握晶体管热阻定义，掌握稳态热阻Rt的测试原理和方法；

（2）理解晶体管稳态热阻Rt、最大耗散功率Pcm、反向击穿电压BVcb0和最大集电极工作电流1顷等概念。

2.重点、难点

重点：

晶体管稳态热阻R.的测试；

难点：

概念的掌握和实验结果分析。

3.说明：

掌握晶体管稳态热阻Rt的含义和测试方法。

（十一）集成运算放大器参数测试（2学时）

具体内容：

使用集成运算放大器参数测试仪测试被测运放的主要性能参数。

1.基本要求

（1）掌握集成运算放大器的工作原理和主要参数的含义；

（2）熟悉集成运算放大器参数测试仪的使用方法。

2.重点、难点

重点：

测试集成运放样品的各主要性能参数；

难点：

集成运算放大器各主要参数含义和参数测试工作原理。

3.说明：

掌握集成运算放大器的参数测试方法。

集成电路EDA技术实验（选5个）:

（一）双极晶体管模型参数提取（2学时）

具体内容：

使用PSPICE软件中的双极晶体管模型，对模型参数进行提取，分析。

1.基本要求

（1）双极晶体管模型参数提取的基本思路和方法；

（2）熟悉PSPICE软件环境和主要功能。

2.重点、难点

重点：

使用PSPTCE软件提取双极晶体管模型参数；

难点：

软件的使用和模型参数提取方法。

3.说明：

使用PSPICE软件提取双极晶体管模型参数。

（二）TTL与非门平均传输时间tPd的测量（2学时）

具体内容：

测试TTL与非门平均传输时间tpd，分析影响平均传输时间tpd的主要因素。

1.基本要求

（1）掌握TTL与非门平均传输时间tpd的概念和影响因素；

（2）掌握TTL与非门平均传输时间tpd的测试方法。

2.重点、难点

重点：

TTL与非门平均传输时间tpd的测试；

难点：

测试原理和结果分析。

3.说明：

掌握影响TTL与非门平均传输时间tpd的主要因素和测试方法。

（三）TTL与非门数字电路图绘制及逻辑模拟（2学时）

具体内容：

使用ORCAD9.2软件中PSPICE模块绘制TTL与非门电路，设置元件参数,并对该电路进行直流、交流分析。

根据分析和模拟结果修改并确定电路结构，给出电路参数及电路逻辑关系。

1.基木要求

（1）掌握ORCAD9.2软件中PSPICE模块的使用方法；

（2）熟悉电路的直流、交流分析方法。

2.重点、难点

重点：

对TTL与非门电路进行参数设置和交直流分析；难点：

参数设置和分析程序设定。

3.说明：

学习ORCAD9.2软件的使用方法和功能。

（四）TTL与非门电路的LEDIT版图设计（2学时）

具体内容：

在LEDIT软件环境下，设计实现给定设计规则的TTL与非门电路版图，并对电路版图进行人工验证分析和讨论。

1.基本要求

（1）掌握LEDIT软件的版图绘制环境和功能；

（2）熟悉版图的设计规则和实现方法。

2.重点、难点

重点：

绘制特定规则下的TTL与非门电路版图；

难点：

软件使用和设计规则理解。

3.说明：

学习版图设计软件LEDIT的使用方法和功能。

（五）电子电路模块设计与PSPICE仿真（2学时）

具体内容：

在ORCAD9.2软件PSPICE模块环境下，设计一•套含交流、整流、滤波、稳压、负载驱动等完整的电路模块，并进行性能指标分析。

1.基本要求

（1）掌握ORCAD9.2软件中PSPICE模块的使用方法；

（2）熟悉电路设计的基木思路和方法。

2.重点、难点

重点：

电路设计与性能模拟；

难点：

设计含交流、整流、滤波、稳压、负载驱动等的完整电路模块。

3.说明：

学习ORCAD9.2软件的使用方法和功能。

（六）小规模集成电路原理图的布局优化设计及其虚拟测试分析技术（2学时）

具体内容：

使用Multisim2（）01软件的进行二位二进制全加器电路原理图的布局优化设计，并采用虚拟测试仪器完成对电路各主要性能参数指标的虚拟测试和结果分析。

1.基木要求

（1）掌握Multisim2001软件主要功能和虚拟仪器的使用方法；

（2）熟悉二位二进制全加器的逻辑功能和工作原理。

2.重点、难点

重点：

使用Multisim2001软件进行电路布局优化、虚拟测试和结果分析；

难点：

二位二进制全加器电路原理图的设计和虚拟测试。

3.说明：

掌握Multisim2001软件的主要功能菜单和虚拟仪器的使用。

（七）综合设计实验（2学时）

具体内容：

独立使用多种测试仪器仪表和电了元器件，设计实现一个具有特定功能的电路，进行性能指标测试分析。

1.基本要求

（1）掌握特定功能也路的设计实现方法；

（2）熟悉几种常用仪器和元器件的使用方法。

2.重点、难点

重点：

完成具有特定功能的电路；

难点：

工作原理及电路的测试分析。

3.说明：

掌握特定功能电路的设计和实现方式。

四、教学安排及方式

总学时60/2学时，实验40/2学时，上机20/2学时。

教学环节

讲

课

实

验

习题课

讨论课

上

机

参观或看录像

小

计

半导体材料特性与微电了技术工艺参数测试分析实验

24/2

12

微电子元器件和集成电路性能参数测试与应用实验

16/2

8

现代集成电路EDA技术实验

20/2

10

五、考核方式

操作试，并提交各次实验的实验报告。

各教学环节占总分的比例:

实验报告：

实验报告50%,出勤和实验能力50%。

六、推荐教材与参考资料

1.《微电子学实验教程》，东南大学出版社，1992。

2《微电子学实验讲义》，桂智彬等编，西安电子科技大学，2005年第一版。

（执笔人：

桂智彬、堡永祥审核人：

柴常春）

2005年8月20日