半导体非平衡少数载流子寿命的测量

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1、半导体非平衡少数载流子寿命的测量余意编写实验教学目的：1、学习常见半导体非平衡载流子产生的方式；2、了解常用的非平衡载流子寿命测量的方法；3、学习用高频光电导衰减法测量单晶硅的非平衡载流了寿命的原理步骤;4、掌握LT-2型单晶少了寿命测试仪的工作原理、构造及其使用方法。学生实验内容：1、利用LT-2型单晶少子寿命测试仪测量单晶硅少数载流子寿命。实验教学仪器：LT-2型单晶少子寿命测试仪，数字示波器，电线，单晶硅等。实验教学课时：4学时(其中讲授及演示1学时，学生实验及指导3学时)实验教学方式：理论讲授、指导学生实验，以指导为主，培养学生动手操作能力、独立思考能力和创新能力。教学重点：高频光导

2、衰减法测量半导体少数载流子寿命的原理和实验操作步骤。实验教学内容：一、实验原理原理1、非平衡载流子的概念及其产生非简并半导体在热平衡条件下，温度和掺杂浓度一定时，多子与少子的浓度均具有确定的值。根据半导体物理学相关知识可知，热平衡下的半导体载流子浓度满足以下关系：zEc-EfEf-Q2小%=Neexp————,p()=N、,exp————,=nt(1)kT)kT)然而，所谓的热平衡时和对的，是有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡状态想偏离的状态，成为非平衡态。此吋，半导体内的载流子浓度也发生了变化，各自比原來多出了一部分，这种比平衡时多多出来的这

3、部分成为非平衡载流子，也称为过剩载流子。常见产生非平衡载流子的方式是对半导体进行光照或者外接电压。两种方法产生非平衡载流子的方法分别称为光注入和电注入。对n型半导体，〃称为多数载流子浓度，An被称为非平衡多数载流子浓度；P称为少数载流了浓度，AP被称为非平衡少数载流了浓度。对门型半导体和反。2、非平衡载流了的寿命当外界产生非平衡载流子的条件撤去之后，由于所产生非平衡载流子经过与半导体内部异性载流子相复合而逐渐的减少，此过程是在一定时间内完成的，换句话说非平衡载流子在外加条件消失后具冇一定长度的生存时间，而并不是立即消失。我们将非平衡载流子的平均牛存时间称为非平衡载流子的的寿命。显然，非平衡载

4、流子的消失是由于电子-空穴复合引起的。通常把单位时间、单位体积内的净复合消失掉的电了-空穴对对数称为非平衡载流了的复合率。因而，单位时间内非平衡载流了浓度的减少应等于非平衡载流子复合率。即有:dAp⑴Ap(?)dtt在小注入条件下，t是恒定的，故而非平衡载流子浓度的通解为:根据边界条件冇：AP(t)=AP(O)=(AP)O,那么C二(AP)O,因而非平衡载流子的衰减曲线为:上式说明非平衡载流子在外加条件撤销后是以指数形式衰减的，在经过T的时间后，剩余非平衡载流子总量较少到原来的1/e。而根据非平衡载流子的平均生存吋间，及其寿命为：_/T=erdt=v(5)比较(4)和(5)可知，t即为非平衡

5、少数载流子的寿命，也即非平衡载流子减少到原来1/e所经历的时间就是其寿命。因而如果能测出非平衡载流了浓度的衰减曲线，根据数据处理和拟合，求出曲线中浓度为原來1/e所对应的时间就能测量出寿命。3、非平衡载流子的寿命测量的常见方法实验测量非平衡载流子寿命的方法均包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方而。最常用的注入方法是光注入和电注入。而在上述原理的基础上，结合具体情况和不同半导体的特点，就出现了多种检测方法。不同的注入方式和检测手段的组合就形成了许多寿命测量方法。目前用得最多最广泛的是直流光电导衰减法，除此Z外述有高频光电导衰减法，光磁电法，扩散长度法，双脉冲法，漂移法等。4、高频光电导衰减法

6、的原理利用高频电源捉供高频恒定峰值电流流经被测半导体，当红外光源脉冲照射样品时，半导体内部即产生了非平衡载流子，使样品产生附加电导，样品电阻下降。由于流经半导体电流峰值恒定，此时电流增加Al。在光照消失后，△【逐渐衰退，其衰退的速度与非平衡载流子的衰减相一致，即也以指数形式衰减，故而二者的寿命相同。而根拯欧姆定律，样品上产生的电压变化也按相同规律变化。BP：AV=其实验装置原理图如图1所示：调幅高频信号经过检波器解调和高频滤波，在经过宽频放大器放大后输入到示波器，从而在示波器中显示出一条如图2所示的指数衰减曲线，其常数T即为所耍求得的非平衡载流子寿命。图1光注入引起的附加电导图2半导体电压衰

7、减曲线二、实验操作步骤(1)接上电源线及用高频连接线将LT-2型单品少子寿命测试仪主机与示波器输入端接通。开启主机及示波器，预热15分钟。调节检波电压，使其为零。(2)将清理好的被测半导体置于电极上面，此时检波电压表将会显示检波电压。如果样品很轻，可用适当重物压在上面以保证测试样品与电极良好接触。(3)打开红外红外光源开关，调节电压调节器W1,是光照强度处于合适水平。(4)调整示波器电平及释抑时间内同步，Y轴