《半导体物理与器件实验》

发布者：材料学院发布时间：2017-10-23浏览次数：1889


《半导体物理与器件实验》课程实验教学大纲

课程编号：

B1704321S

课程名称：

半导体物理与器件实验

课内总学时：

32

实验学时/

上机实验学时：

32


实验类别：□通识基础  □学科基础  ■ 专业基础  □专业  

一、实验课程目的和任务（黑体小四号）

性质：该课程是一门与讲授课程同样重要的独立课程。课程内容涉及到光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电池等光电传感器的工作原理和变换电路，面阵CCD图像传感器件原理与应用实验、液晶电光效应实验。

目的和任务：通过该课程实验，让学生对光电器件有初步的了解，并掌握基本的光电器件的性能测试方法和分析方法，培养学生独立思考、分析问题、解决问题的能力，同时培养促进知识创新和拓展的能力。对本课程教学有以下要求：

  1. 预习：这是实验前的课前准备阶段。根据实验目的，学习指导书中的实验原理和书本的有关内容，参考指导书中的实验方法，拟出实验方案，列出实验步骤，画好实验数据的记录表格。

  2. 实验：首先按照实验方案选取安装与调整仪器及部件，这是实验的关键。实验过程中必须认真观察现象，及时发现问题、解决问题。测试时记录原始数据，若有可疑之处，须反复调试，发现其规律。

  3. 撰写实验报告：撰写实验报告也是一种实验能力和科学总结能力的培养，其内容应包括：

    1. 实验题目和实验目的

    2. 实验原理：包括实验的理论根据，必要的公式及原理图

    3. 实验装置：包括实验装置布置，测试仪器和测试物

    4. 实验步骤：主要写出实验测试方法，调试过程和发现的现象。特别鼓励捕捉新的实验现象。

    5. 数据处理：包括实验数据分析、计算、列表

    6. 结论和讨论：总结实验已达到的目的，讨论测量误差，并分析观察到的实验现象，得出科学的结论

    7. 解答思考题：应从实验的观点来回答，不能单从理论上回答。

二、实验内容、学时分配及基本要求

序号

实验项目名称

学时

实验内容及要求

开出

组数

每组人数

实验

类型

选

做

必

做

备注

1

光源与光度辐射度参数的测量

4

内容：

  1. 认识和学习光学实验平台的结构和功能应用；

  2. 棱镜对“白光”的分光特性；

  3. LED发光二极管官渡参数与幅射度参数测量

  4. 点光源照度与发光强度的关系测量

要求：

  1. 学习光本性的基本常识，巩固光电技术中光的度量内容；

  2. 掌握分光光谱的分布规律；

  3. 掌握光电综合实验平台所用光源的发光特性；

  4. 通过对光源照度的调节与测量，熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法，为后面实验做技术准备。

16

2-3

验证


√


2

光敏电阻伏安特研究

4

内容：

  1. 光敏电阻暗电阻和亮电阻的测量；

  2. 光敏电阻光照特性测量；

  3. 光敏电阻伏安特性测量

  4. 光敏电阻电路变换和时间响应测量

要求：

  1. 认识并学习光敏电阻，掌握光敏电阻的基本工作原理，变换电路和它的光照特性和伏安特性等基本参数及其测量方法。

  2. 掌握光敏电阻时间响应参数的定义和参数测量方法

  3. 达到会用光敏电阻器件进行光电检测方面应用课题的设计。

16

2-3

验证


√


3

光电二极管的特性参数及其测量

4

内容：

  1. 二极管伏安特性参数测量；

  2. 二极管光照灵敏度的测量；

  3. 二极管时间响应特性的测量。

注：光电管光电二极管、PIN二极管、雪崩光电二极管，三选一

要求：

  1. 掌握了光电二极管的基本特性参数及其测量方法；

  2. 要熟悉光电二极管的光电灵敏度、时间响应、光谱响应等特性。

16

2-3

验证


√


4

光电池的偏置电路与特性参数测量实验

4

内容：

  1. 硅光电池在不同偏置状态下的基本特性；

  2. 测试硅光电池在不同偏置状态下的典型特性参数；

  3. 测量硅光电池在反向偏置下的时间响应；

要求：

  1. 学习掌握硅光电池3 种偏置电路；

  2. 掌握在3 种偏置电路下的不同特性。

16

2-3

验证


√


5

测量光电三极管的特性参数实验

4

内容：

  1. 光电三极管光照灵敏度的测量；

  2. 光电三极管伏安特性的测量；

  3. 光电三极管时间响应的测量；

  4. 光电三极管光谱特性的测量；

要求：

  1. 掌握光电三极管的基本特性和性能参数的测量方法；

  2. 熟悉光电三极管的光电灵敏度、时间响应、光谱响应等特性。

16

2-3

验证


√


6

光电倍增特性参数测试实验

4

内容：

  1. 光电倍增管阳极暗电流Id 的测量；

  2. 光电倍增管阳极光照灵敏度Sa 的测量；

  3. 光电倍增管的灵敏度Sa 与电源电压Ubb 的关系；

  4. 光电倍增管的电流增益G 的测量。

要求：

  1. 掌握光电倍增管暗电流、光照灵敏度、电流增益的测量方法；

  2. 掌握光电倍增管的灵敏度与电源电压的关系特性。

16

2-3

验证


√


7

利用面阵CCD对物体颜色识别特性的实验

4

内容：

  1. 利用彩色面阵CCD摄像机进行彩色图像分解；

  2. 利用分解出的单色彩色图像进行颜色信息的分辨；

  3. 利用彩色面阵CCD摄像机与计算机图像数字采集系统进行简单的彩色图像处理

要求：

  1. 学习利用彩色面阵 CCD进行彩色图像的分解与合成，并能够对颜色信息进行识别和图像处理。

  2. 通过实验也能对R、G、B色品坐标与三基色色彩方程有进一步的认识。

16

2-3

验证


√


8

液晶电光效应实验

4

见附录1  

16

2-3

综合


√


注：实验类型指演示、验证、综合和设计。综合性、设计性实验内容及要求另附大纲，表中“实验内容及要求” 处标明“见附录X”。

若实验内容既有上机又有实验，请在备注中标明：实验还是上机。               


三、考核及实验报告

（一）考核

本课程采用综合考核方式，学业总评成绩由平时成绩、实验报告综合考评，平时成绩占总评的40%，实验报告成绩占总评的60%，平时成绩从出勤率、操作过程、回答问题、解决问题等方面进行考核。


（二）实验报告

实验报告的内容：实验名称、实验目的、实验内容、实验过程描述(包括实验结果分析、实验过程遇到的问题及体会）、参考文献，……。

实验报告的要求：总结实验已达到的目的，讨论测量误差，并分析观察到的实验现象，得出科学的结论；解答思考题应从实验的观点来回答，不能单从理论上回答。

实验报告在实验结束后一天内集中提交纸版；实验报告书写认真、内容包括实验报告要求的所有内容。                   


四、主要仪器设备

硬件：光电综合实验平台、CCD特性研究试验仪、液晶电光效应试验仪、光电传感实验装置、光电倍增管试验仪、图像扫描实验装置、倾角测量实验装置、尺寸测量实验装置、光电调制实验装置，震动实验装置。

软件：电流电压曲线测试软件、光电综合实验分析软件


五、教材及参考书


教材

[1] 张新稳,李兴鳌, 陈月花.半导体物理与器件实验讲义.南京：南京邮电大学自编. 2015

参考书

[1]王庆有.光电技术[M].王晋疆,张存林,马宏，编. 第二版. 北京：电子工业出版社,2008：1-216

[2]施敏,李明逵.半导体器件物理与工艺[M].王明湘,赵鹤鸣,译.第三版.苏州：苏州大学出版社,2014：22-41.


六、说明



执笔人： 陈月花               审核人：                  实验院长：    


注：1.执笔人：一个教师原则上不能承担超过3门课程实验大纲的编写，编写后应提交本专业教学小组或学院教学指导委员会讨论通过。编写时要充分考虑实验设备更新、实验内容的更新。

 2.审核人：应为副教授（含）以上职称，一般为专业负责人或系主任。  

编写完成时间：2015.12.30.



附录1：

《液晶电光效应》综合性实验大纲


  1. 实验目的

  1. 了解液晶的工作原理，测定液晶样品的电光曲线；

  2. 了解液晶的主要参数，并根据电光曲线，求出样品的阈值电压UH、关断电压UL对比度D，陡度β等电光效应的主要参数；

  3. 了解液晶的视角特性,测试液晶的视角特性曲线；

  4. 了解液晶的时间响应特性，求得液晶样品的响应时间。

  1. 实验要求：

  1. 了解液晶的工作原理；

  2. 掌握液晶的主要参数的测量和分析方法；

  3. 了解液晶的时间响应特性。

  1. 实验仪器

 THQDG-1液晶显示器件电光效应试验仪、数字存储示波器。

  1. 实验内容和步骤

  1. 准备工作：了解仪器的结构，了解仪器各个按钮和开关的作用。将所有的开关都置于“关”，将所有的调节旋钮都逆时针调节到最小；用专用的导线将试验箱和测试台连接起来。

  2. 调整光路：开启实验箱的电源开关，将光功率计的两成选择置于“200μW”档位，将光功率计的探测孔用墨纸挡住，调节“光功率调零”旋钮，时光功率计显示为“0.00”

  3. 测量液晶的电光特性曲线

    LCD电源

    10.0V

    9.0V

    8.0V

    7.0V

    6.0V

    5.5V

    5.0V

    光功率








    LCD电源

    4.5V

    4.0V

    3.5V

    3.0V

    2.0V

    1.0V

    0.0V

    光功率








  4. 测量液晶的视角特性曲线

视角

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

IMAX








IMIN








D








视角

0

10

20

30

40

50

60

IMAX








IMIN








D









  1. 测量液晶的时间响应特性曲线

  2. 数据处理

    1. 根据表格（1）中国的实验数据，绘制液晶的光电特性曲线。

    2. 根据实验测得的数据计算液晶的阈值电压，关断电压、对比度、陡度等参数。

    3. 根据表格（2）中的实验数据，计算不同视角下的对比度，并绘制液晶的视角特性曲线。

    4. 根据液晶的时间响应曲线测量液晶的上升时间τr和下降时间τd。

  1. 实验报告

  1. 实验报告内容包括原始数据记录表、实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤、实验数据表格与数据处理、实验结果与讨论和教师批改成绩及日期等。实验报告以文本形式递交。

  2. 实验报告要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰。

  1. 思考题

  1. 常黑型液晶和常白型液晶有什么区别

  2. 单面附着偏振片的液晶在实验时应该如何放置？

  3. 液晶为什么在3.5V-5.5V之间会产生漂移？

  4. 液晶的电光特性曲线为什么存在凸起现象？


5