半導體表徵是什麼
⑴ 半導體材料性質表徵主要手段有哪些，請寫出四種以上，並分別簡述其表徵材料的何種性質
四探針技術——測量電阻率ρ=1/σ和載流子濃度。
三探針技術——測量擊穿電壓回，並得到電阻答率。
Hall效應技術——測量Hall系數R，並得到遷移率（μ=Rσ）。
MOS電容-電壓技術——測量MOS中的界面態和電荷等。
光電導衰退技術——測量少數載流子壽命。
⑵ 什麼是半導體參數分析儀，或者叫半導體器件分析儀
半導體參數分析儀（器件分析儀）是一種集多種測量和分析功能於一體的測試儀器，可准確執行電流-電壓（IV）和電容測量（CV（電容-電壓）、C - f（電容-頻率）以及 C – t（電容-時間）測量），並快速、輕松地對測量結果進行分析，完成半導體參數測試。半導體參數測試是確定半導體器件特徵及其製造過程的一項基礎測量。在參數測試中，通常需要進行 IV 測量，包括解析度低至 fA（毫微微安培）的小電流測量和高達 1 MHz 的CV 測量，並對主要特徵/參數進行分析。雖然半導體參數分析儀的設計初衷是進行半導體評測，但因其優越的性能、強大的功能以及出色的易操作性，現已在各種材料、器件和電子器件的 IV 和 CV 表徵中得到廣泛應用。
半導體參數分析儀可為表徵任務提供更高的性能、更強的可用性以及更高的效率。參數分析儀集多種測量資源於一身，可輕松進行 IV 和 CV 測量，無需匯集或集成多種儀器，例如電源、電壓表、電流表、LCR 表、開關矩陣等。參數分析儀的主要測量元器件是電源/測量單元（SMU）。SMU 是一種將電壓/電流源功能和電壓/電流表功能結合於單一模塊中的測量模塊。由於該參數分析儀將電源和測量電路緊密集成，所以相比使用多種獨立儀器進行相同測量來說，可以提供更高的精度、解析度以及更小的測量誤差。
此外，參數分析儀還具有分析功能，使您無需藉助外部 PC 便可快速地交互檢查和分析顯示屏上的測量結果。由於半導體參數分析儀具有多種功能，因此適用於從探索分析到自動測試的各種測量環境。
⑶ 半導體是什麼做什麼用的
自然界的物質按導電能力可分為導體、絕緣體和半導體三類。半導體材料是指室溫下導電性介於導電材料和絕緣材料之間的一類功能材料。靠電子和空穴兩種載流子實現導電，室溫時電阻率一般在10-5～107歐·米之間。通常電阻率隨溫度升高而增大；若摻入活性雜質或用光、射線輻照，可使其電阻率有幾個數量級的變化。1906年製成了碳化硅檢波器。
1947年發明晶體管以後，半導體材料作為一個獨立的材料領域得到了很大的發展，並成為電子工業和高技術領域中不可缺少的材料。特性和參數半導體材料的導電性對某些微量雜質極敏感。純度很高的半導體材料稱為本徵半導體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導體。在高純半導體材料中摻入適當雜質後，由於雜質原子提供導電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導體常稱為雜質半導體。雜質半導體靠導帶電子導電的稱N型半導體，靠價帶空穴導電的稱P型半導體。
不同類型半導體間接觸（構成PN結）或半導體與金屬接觸時，因電子（或空穴）濃度差而產生擴散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向導電性。利用PN結的單向導電性，可以製成具有不同功能的半導體器件，如二極體、三極體、晶閘管等。
此外，半導體材料的導電性對外界條件（如熱、光、電、磁等因素）的變化非常敏感，據此可以製造各種敏感元件，用於信息轉換。半導體材料的特性參數有禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯密度。禁帶寬度由半導體的電子態、原子組態決定，反映組成這種材料的原子中價電子從束縛狀態激發到自由狀態所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導電能力。非平衡載流子壽命反映半導體材料在外界作用（如光或電場）下內部載流子由非平衡狀態向平衡狀態過渡的弛豫特性。位錯是晶體中最常見的一類缺陷。位錯密度用來衡量半導體單晶材料晶格完整性的程度，對於非晶態半導體材料，則沒有這一參數。半導體材料的特性參數不僅能反映半導體材料與其他非半導體材料之間的差別，更重要的是能反映各種半導體材料之間甚至同一種材料在不同情況下，其特性的量值差別。
半導體材料的種類
常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素製成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應用最廣。化合物半導體分為二元系、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化鉛、硒化鉛等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半導體主要為三元和多元固溶體，如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機化合物半導體有萘、蒽、聚丙烯腈等，還處於研究階段。
此外，還有非晶態和液態半導體材料，這類半導體與晶態半導體的最大區別是不具有嚴格周期性排列的晶體結構。制備不同的半導體器件對半導體材料有不同的形態要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導體材料的不同形態要求對應不同的加工工藝。常用的半導體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。
所有的半導體材料都需要對原料進行提純，要求的純度在6個「9」以上，最高達11個「9」以上。提純的方法分兩大類，一類是不改變材料的化學組成進行提純，稱為物理提純；另一類是把元素先變成化合物進行提純，再將提純後的化合物還原成元素，稱為化學提純。物理提純的方法有真空蒸發、區域精製、拉晶提純等，使用最多的是區域精製。化學提純的主要方法有電解、絡合、萃娶精餾等，使用最多的是精餾。
由於每一種方法都有一定的局限性，因此常使用幾種提純方法相結合的工藝流程以獲得合格的材料。絕大多數半導體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量的半導體單晶都是用熔體生長法製成的。直拉法應用最廣，80％的硅單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶是用此法生產的，其中硅單晶的最大直徑已達300毫米。在熔體中通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶法，用此法已生產出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法，用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大的單晶。懸浮區熔法的熔體不與容器接觸，用此法生長高純硅單晶。
水平區熔法用以生產鍺單晶。水平定向結晶法主要用於制備砷化鎵單晶，而垂直定向結晶法用於制備碲化鎘、砷化鎵。用各種方法生產的體單晶再經過晶體定向、滾磨、作參考面、切片、磨片、倒角、拋光、腐蝕、清洗、檢測、封裝等全部或部分工序以提供相應的晶片。在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。
工業生產使用的主要是化學氣相外延，其次是液相外延。金屬有機化合物氣相外延和分子束外延則用於制備量子阱及超晶格等微結構。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學氣相沉積、磁控濺射等方法製成。
半導體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶（band）寬度不同。絕緣體的能帶比半導體寬，意即絕緣體價帶中的載子必須獲得比在半導體中更高的能量才能跳過能帶，進入傳導帶中。室溫下的半導體導電性有如絕緣體，只有極少數的載子具有足夠的能量進入傳導帶。因此，對於一個在相同電場下的純質半導體（intrinsicsemiconctor）和絕緣體會有類似的電特性，不過半導體的能帶寬度小於絕緣體也意味著半導體的導電性更容易受到控制而改變。
純質半導體的電氣特性可以藉由植入雜質的過程而永久改變，這個過程通常稱為「摻雜」（doping）。依照摻雜所使用的雜質不同，摻雜後的半導體原子周圍可能會多出一個電子或一個電洞，而讓半導體材料的導電特性變得與原本不同。如果摻雜進入半導體的雜質濃度夠高，半導體也可能會表現出如同金屬導體般的電性。在摻雜了不同極性雜質的半導體接面處會有一個內建電場（built-inelectricfield），內建電場和許多半導體元件的操作原理息息相關。
除了藉由摻雜的過程永久改變電性外，半導體亦可因為施加於其上的電場改變而動態地變化。半導體材料也因為這樣的特性，很適合用來作為電路元件，例如晶體管。晶體管屬於主動式的（有源）半導體元件（activesemiconctordevices），當主動元件和被動式的（無源）半導體元件（passivesemiconctordevices）如電阻器（resistor）或是電容器（capacitor）組合起來時，可以用來設計各式各樣的集成電路產品，例如微處理器。
當電子從傳導帶掉回價帶時，減少的能量可能會以光的形式釋放出來。這種過程是製造發光二極體（light-emittingdiode,LED）以及半導體激光（semiconctorlaser）的基礎，在商業應用上都有舉足輕重的地位。而相反地，半導體也可以吸收光子，透過光電效應而激發出在價帶的電子，產生電訊號。這即是光探測器（photodetector）的來源，在光纖通訊（fiber-opticcommunications）或是太陽能電池（solarcell）的領域是最重要的元件。
半導體有可能是單一元素組成，例如硅。也可以是兩種或是多種元素的化合物（compound），常見的化合物半導體有砷化鎵（galliumarsenide,GaAs）或是磷化鋁銦鎵（,AlGaInP）等。合金（alloy）也是半導體材料的來源之一，如鍺硅（silicongermanium,SiGe）或是砷化鎵鋁（aluminiumgalliumarsenide,AlGaAs）等。
⑷ 什麼是半導體
半導體（ semiconctor），指常溫下導電性能介於導體（conctor）與絕緣體（insulator）之間的材料。半導體在收音機、電視機以及測溫上有著廣泛的應用。
如二極體就是採用半導體製作的器件。半導體是指一種導電性可受控制，范圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的電子產品，如計算機、行動電話或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關連。常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導體材料中，在商業應用上最具有影響力的一種。
分類：
半導體材料很多，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。
鍺和硅是最常用的元素半導體；化合物半導體包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物（ 硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物）,以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。
除上述晶態半導體外，還有非晶態的玻璃半導體、有機半導體等。
半導體的分類，按照其製造技術可以分為：集成電路器件，分立器件、光電半導體、邏輯IC、模擬IC、儲存器等大類，一般來說這些還會被分成小類。
此外還有以應用領域、設計方法等進行分類，雖然不常用，但還是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其規模進行分類的方法。此外，還有按照其所處理的信號，可以分成模擬、數字、模擬數字混成及功能進行分類的方法。
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發展歷史：
半導體的發現實際上可以追溯到很久以前。
1833年，英國科學家電子學之父法拉第最先發現硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同於一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發現硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導體現象的首次發現。
不久，1839年法國的貝克萊爾發現半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是後來人們熟知的光生伏特效應，這是被發現的半導體的第二個特徵。
1873年，英國的史密斯發現硒晶體材料在光照下電導增加的光電導效應，這是半導體又一個特有的性質。
半導體的這四個效應，(jianxia霍爾效應的余績──四個伴生效應的發現)雖在1880年以前就先後被發現了，但半導體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結出半導體的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。
在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導通的；如果把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發現了銅與氧化銅的整流效應。
很多人會疑問，為什麼半導體被認可需要這么多年呢？主要原因是當時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關的問題就難以說清楚。
參考資料：
網路-半導體
⑸ 半導體缺陷 有哪些表徵方法謝謝啦
GaN LED自1995年日本中村先生成功研製以來，近幾年其技術以驚人的速度迅猛發展。在可靠性方面，雖然在上、中、下游研發和生產等各個環節中備受重視，但是外延材料對器件可靠性和性能的影響研究，受上游至下游產業學科跨度大的限制，分析實驗難度較高；與其他半導體器件一樣的有些理念雖為業內人士所知曉，因缺少對應的分析實驗和規范的試驗方法，故在GaN-LED方面無明確的對應關系。本文通過試驗並分析GaN-LED外延片晶體質量對其LED晶元光電參數分布及器件性能的影響，提出較系統的實驗方法，驗證了LED外延晶體缺陷對器件可靠性的基礎作用，為外延材料結構與生長工藝的優化和改善提供依據。
1 試驗概述
試驗晶片為採用金屬有機化學氣相淀積（MOCVD）方法，在2英寸（50mm）藍寶石襯底上生長的GaN基LED外延結構[1-2]。外延生長完成後，首先通過高倍金相顯微鏡檢查外延層表面形貌，再用Bede-Q2000雙晶X光衍射（DMXRD）儀對選定外延片晶格結構特性進行分析測試。然後採用常規的GaN-LED晶元工藝，將外延片製成330μm×300μm的LED晶元，其典型的外延材料和晶元結構如圖1。採用LED-617型光電參數測試儀，進行晶元光電參數測試。用環氧樹脂將管芯封裝成蘑菇狀Φ5mm的LED單燈器件供可靠性試驗。LED器件參數採用SPC-4000LED光電參數測試儀測量，ESD試驗則採用ETS910靜電模擬發生器考核器件抗靜電能力，而樣品電老化試驗則在自己研製的恆流老化儀上進行。
2 外延與晶元檢測
在外延片表面外觀檢查中，選取較為典型的外觀作為樣片進行跟蹤對比分析：外延片樣品（Ep1）表面存在明顯缺陷（圖2），同時在（Ep1）這一爐次中和其他正常爐次中各選取一片表面無明顯缺陷樣品（Ep2和Ep3），以便跟蹤對比分析。
2．1 X射線雙晶衍射（XRD）分析
對於外延材料質量的評估，除檢查表觀特徵外，可用X射線雙晶衍射方法、光致發光譜（PL）、霍爾效應測試等對外延片晶體質量進行檢測。其中X射線雙晶衍射方法具有獨特的優點，即可以無損傷、准確、制樣簡單地進行材料檢測，可精確地確定晶格結構參數，尤其是晶格應變，特別適合測量外延晶片的結構特性。因此，本文選擇了缺陷附近和遠離缺陷兩類區域，通過測量其雙晶回擺曲線，以了解外延層晶格常數的微小差異、晶格扭曲、微小應變、缺陷附近的應力場情況以及晶片的彈性或范性彎曲等特徵[3]。圖3為Ep1-1缺陷附近的回擺曲線。其中主峰為GaN外延層的（0002）衍射峰，其左右兩側InGaN多量子阱的衍射峰依然清晰，可見雙晶回擺曲線是缺陷附近晶格結構參數的整體效果。
詳細比較其他區域和其他晶片的雙晶回擺曲線，容易觀察到GaN（0002）衍射主峰半峰寬的差異，測試結果見表1。缺陷附近半峰寬明顯大於遠離缺陷區域和正常晶片，晶格失配較正常嚴重，表明缺陷不隻影響觀察到如圖2所示的1mm大小區域，它將導致其附近區域晶格的畸變。
2．2 晶元光參數分布圖
將外延樣片按常規的GaN-LED晶元工藝，同批生產製成330μm×300μm的晶元管芯，採用LED-617型光電參數測試儀進行光電參數測試，輸出相應參數分布圖。其中Ep2、Ep3對應的電致發光（EL）分布未見異常，而樣片Ep1的（EL）分布如圖4所示。從圖4（a）清晰顯示，發光強度隨離開樣片中心區域而減弱，多數不發光區域位於樣片邊沿；最為顯著的不發光區域與樣片製成管芯前缺陷區域一致，如圖中所標，不發光區域尺度明顯大於外延層缺陷的表觀尺度，可見外延片中的缺陷將直接導致周邊區域管芯的失效。而其他區域管芯波長分布較均勻，如圖4（b）所示。由於發光波長取決於外延層中多量子阱寬度和勢壘的高度，管芯波長分布的均勻性反應了外延工藝過程的精確性。綜合上述兩方面的結果，可以認為，外延層的缺陷起始於襯底，如果外延過程未能得到抑制，它造成缺陷及附近外延層所製成的LED晶元喪失發光特性；此外區域雖然失配嚴重，但晶元光電參數未見異常。
3 可靠性試驗結果的驗證與分析
按照設定的試驗分析比較方案，分別從三片對應外延片中抽取合格晶元樣品，進行可靠性分析試驗。晶元樣品組Cp1-1抽自Ep1-1外觀缺陷片缺陷附近區域的參數正常晶元；樣品組Cp1-2分別抽自Ep1-2外觀缺陷片遠離缺陷區域的上下左右四個區域；樣品組Cp2和Cp3分別抽自Ep2和Ep3的上下左右四個區域。同時封裝成器件後，進行可靠性試驗，其中一組進行抗靜電能力試驗，兩組做電老化加速壽命試驗。
3．1 對抗靜電能力試驗的影響[4]
靜電放電（ESD）容易引起GaN基發光二極體pn結的擊穿，造成器件失效，因此抗靜電能力的高低直接體現LED器件可靠性。採用晶體管圖示儀作為試驗前後的電性能參數測試，ETS910靜電模擬發生器對待測樣品進行放電，條件為標准人體模型，正反向連續放電3次，間隙為1s，測試結果（表2）表明，當靜電電壓較低時，所有樣品的抗靜電能力未見差別，但隨著電壓的上升，差別明顯加大。取自Ep1-1外觀缺陷片缺陷附近區域的樣品Cp1-1組的抗靜電能力最差，而其他三組差別不明顯。
在外延材料結構中，InGaN有源層的勢阱、勢壘的寬度窄，器件ESD失效機理相對復雜[5]，試驗結果統計顯示，晶體質量較差、失配嚴重所對應的器件被靜電擊穿而失效的概率較其他器件要大得多。可見當器件受到靜電沖擊時，外延結構晶體中的缺陷及其附近晶格畸變嚴重和位錯密度高的薄弱位置將容易被擊穿。
3．2 電老化試驗[6]
發光二極體的退化主要包括管芯和環氧樹脂等緩慢退化。在本文的試驗中，環氧樹脂退化的影響將盡可能降低。由於GaN基LED可靠性水平的不斷提高，其超長的工作壽命，已不可能通過正常應力條件下的壽命試驗來驗證，故採用兩種加速條件進行老化試驗：①採用高溫恆流的高恆定熱電應力加速老化試驗，試驗條件為正向電流40mA，環境溫度60℃，時間96h，其試驗結果見表3；②採用高恆定電流應力加速老化試驗，試驗條件為正向電流30mA，環境溫度25℃，時間1008h，結果見表4。光通量退化曲線如圖5所示。
試驗結果表明，四組樣品光輸出退化趨勢基本相似，體現樣品器件的電老化總體綜合情況，其之間的差異是由晶元造成的。無論是高溫恆流加速老化或者是高恆定電流老化試驗，取自Ep1-1外觀缺陷片缺陷附近區域的樣品Cp1-1組的光衰都最大，因所有樣品的封裝條件一樣，故器件光輸出退化速率的差別應為管芯所造成。由於缺陷對載流子具有較強的俘獲作用，在有源層中形成無輻射復合中心，使光效降低，而注入載流子的無輻射復合又使能量轉化為晶格振動，導致缺陷和位錯等造成載流子泄漏和非輻射復合中心的增多，使得器件內量子效率下降速率加快[7]。
⑹ 什麼是表徵電子
表徵（英語：characterization）一詞為化學及材料科學術語，指用物理或化學方法對物質進行化學性質的分析、測試或鑒定，並闡明物質的化學特性。此概念包括很多具體手段，包括各種顯微技術、紫外-可見-紅外光譜、衍射、電子光譜、質譜等；所表徵的特性包括元素組成（化學成分）、元素的化學環境（成鍵情況）、材料的晶體結構、材料的表面形態等。