1、导纳谱测量半导体量子限制效应实验我的工作与实验简介,ZHU, HDept. of physics, Fudan University2008.6,outline,实验背景装置系统我的工作课题收获问题与课题,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,I.背景介绍,什么是半导体量子限制效应,Si,SiGe,Si substrate,Ec,Ev,Ef,Si,Ef,Ea,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,I.背景介绍,量子限制与低维量子材料,荧光性能,微型电子器件,量子霍尔效应,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 20
2、08.6,II.实验原理,C-V谱,直流偏压,势垒宽度,V,W,dV,dW,Ef,Ev,Al,p-Si,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,II.实验原理,导纳谱,等效电路模型,单频测试,多频测试,对,直线拟合,直线拟合,对,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,II.实验原理,导纳谱,载流子热激发模型,单频测试,多频测试,对,直线拟合,空穴发射率:,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,IV.实验实例,频率约化的导纳谱,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,IV.
3、实验实例,多频法处理导纳谱数据,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,IV.实验实例,样品结构参数（9713三阱样品）,测试在零偏压下进行，实验测得的是第一个量子阱单独的电导行为。,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,II.装置系统,LCR表（4284A）,数字万用表（8840A）,样品架,铜-康铜热电偶,GPIB,PC,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,III.我的工作,接气源,接8840A,接4284A,黄铜,黄铜,康铜,制作样品架及热电偶联系五金加工配置材料电路焊接结构粘连改进设计,导纳
4、谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,III.我的工作,收集整理样品整理量子阱、量子点样品镀电极、切割样品妥善安置样品改进设计,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,III.我的工作,研究实验操作洗样装样除湿降温升温撤除,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,III.我的工作,研究实验测量中外文献调研实践测量过程试验测量参数调试仪器、程序研究数据处理,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,IV.课题收获,一套完整可用的测量装置系统,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by
5、ZHU Hai 2008.6,IV.课题收获,一份29页的导纳谱测量系统使用说明,1.测量系统概述2.LCR表 2.a. 仪器测量功能 2.b. 主要测量参数控制 2.c. 仪器面板与连线 2.d. 控制操作3.热电偶系统 3.a. 热电偶热电势 3.b. 本热电偶系统说明4.样品架装置与样品准备,4.a. 样品架的基本要求 4.b. 样品架的结构 4.c. 样品的测量准备 4.d. 样品的安装与温度设置 4.e. 样品架的基本维护5.测量控制软件 5.a. 测控软件概述 5.b. C-V谱扫描设置 5.c. 导纳谱扫描设置 5.d. 测量结果处理,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZH
6、U Hai 2008.6,IV.课题收获,一份20页的导纳谱测量半导体量子限制效应实验介绍,背景说明 量子限制效应 量子阱 量子点 低维量子结构材料与物理性质表征原理方法 C-V测试法 导纳谱测量法 样品结构与测量条件,仪器装置样品参数实验内容 实验系统准备 研究样品的C-V特性 研究样品的导纳谱 分析实验测量系统的不足与缺陷思考讨论参考文献,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,III.我的工作,一篇实验介绍论文导纳谱测量半导体量子阱中的量子限制效应,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,IV.课题收获,本班同学在试验指南资料的
7、帮助下成功完成了变温C-V谱测试实验,本实验已经具备向大家开放的条件,感谢这位勇敢的同学,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,V.问题与课题,在本实验的基础上可以研究探讨的问题,测量比较量子阱及量子点样品的C-V曲线测量比较使用不同频率测试信号的样品C-V曲线测量比较不同温度下样品的C-V曲线通过解泊松方程模拟计算样品的C-V曲线通过样品的C-V数据模拟计算样品中载流子浓度分布测量量子阱及量子点样品的导纳谱测量比较不同直流偏压下的样品导纳谱观测量子点的库伦荷电效应模拟计算样品的导纳谱研究测量电路中接触电阻、分布电容的影响估计热电偶系统测量温度的误差和对激活能测
8、量结果的误差研究GPIB系统的硬件、程序对实验测量的影响,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,为什么量子点与量子阱有类似的C-V特性和导纳谱？如何判断确定Al/n-Si结与Al/p-Si结的反偏方向？为什么实际的C-V曲线和导纳谱不是“原理方法”部分描述的形状？利用载流子热发射模型使用单频测试法是不是可以取遍整条导纳谱的数据？ 实验中液氮使样品降温，电脑显示的温度最低能到多少，这是什么原因？为什么测量导纳谱要采取自然升温？测量时如果升温太快会有什么问题？量子点尺寸十分微小，直径可能只有数十纳米，为什么本实验可以测量量子点的性质？如何能够准确确定导纳峰的位置和峰
9、值？如何解释不同频率下导纳峰的位置和高度？直流偏压的大小和方向对导纳谱的测量结果有什么影响？测试交流信号的幅度太大会出现什么问题？等效电路模型和载流子热发射模型有什么区别？用于处理导纳谱数据得到的结果有什么不同？C-V法能否测量非金属-半导体二极管，比如线性缓变PN结的载流子浓度分布？升温的速度对导纳谱实验测量有什么影响？升温速度控制在什么大小最合适？在仪器允许的范围内，测量导纳谱使用什么频率最好？为什么多量子阱可能出现双导纳峰？什么情况会出现？阱宽不同的量子阱的导纳谱有什么区别？是不是测试时取得平均值次数越多越好？样品表面二氧化硅层对样品的性质有什么影响？,V.问题与课题,在实验过程中可以思考的问题,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,V.问题与课题,建议：小课题,基于本实验硬件系统:,C-V法测量金半二极管的肖特基势垒,C-V法测定MOS的结构参数,导纳谱测量半导体量子限制效应实验 by ZHU Hai 2008.6,Thanks!,Acknowledgement陆老师 王老师 潘老师袁豪同学 和川同学,
