半导体物理实验复习讲义

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1、电子科学与工程学院高频光电导法——测量非平衡载流子寿命实验原理1高福斌编写电子科学与工程学院在非简并情况下，半导体平衡载流子浓度满足下式：⎛⎞EE−⎛⎞EE−cFvFnN=−exp⎜⎟pN=exp⎜⎟0c0vkTkT⎝⎠0⎝⎠0⎛⎞Eg2np=NNexp⎜⎟−=n00vcikT⎝⎠02高福斌编写电子科学与工程学院光生载流子浓度：ΔΔnp=光注入附加电导率：Δ=Δσμμμnqnp+Δpq=Δpq(n+μp)3高福斌编写电子科学与工程学院因而电阻率改变：11−−()σσ0ΔσΔ=−=ρ=−σσσσσσ000小注入时σ+Δσ≈σ，即σ≈σ，所以000ΔσΔ≈−

2、ρσ∝Δ2σ04高福斌编写电子科学与工程学院激光管IR2V脉冲电源光强指示检波电压高频光电导测少子寿命测量装置示意图5高福斌编写电子科学与工程学院i=(I+ΔI)sinωtM0t−iItτ=Msinωi=(IM+ΔI0e)sinωt6高福斌编写电子科学与工程学院R1i(t)C光照RV(t)L2εr高频光电导测量的等效电路7高福斌编写电子科学与工程学院ε"光照前：I"=1R+R+jωL++r12ε"RjωCV"=I"R=221R+R+jωL++r12jωCε"R光照后：V"'=21(R−ΔR)+R+jωL++r12jωCΔRΔV"=V"'−V"=V"1(R

3、−ΔR)+R+jωL++r12jωC8高福斌编写电子科学与工程学院n型样品(n>>p)：00ΔRΔρΔσΔσ===2Rρρσσ11111Δpq(μn+μp)Δp⎛b+1⎞μn==⎜⎟,b=q(n0μn+p0μp)n0⎝b⎠μpΔV"Δp⎛b+1⎞R1=⎜⎟V"n0⎝b⎠1(R−ΔR)+R+jωL++r12jωC小注入(R>>ΔR)：1ΔV"Δp⎛b+1⎞R1=⎜⎟V"n0⎝b⎠1R+R+jωL++r12jωC9高福斌编写电子科学与工程学院上式取实部：ΔVΔp⎛b+1⎞R1=⎜⎟2Vn0⎝b⎠()2()1R+R+r+ωL−12ωCμRn1b==常数M≡22

4、1μp()R+R+r+()ωL−12ωC高频电源内阻：r=10Ω耦合电容：C>100pF电感：L=0.27μH频率：ω=30MHzRR11M≈ΔV∝ΔpR+RR+R10高福斌编写1212电子科学与工程学院高阻样品，取R<50Ω，则R>>R212ΔV∝Δp对于无限大的样品，非平衡载流子的复合过程可以表示为(扩散可以忽略且没有陷阱时)：∂Δp⎛1⎞−t=−⎜⎟Δp⇒Δp=Δpeτ0∂t⎝τ⎠−t∴ΔV∝eτ11高福斌编写电子科学与工程学院λ=1.07μm，E=1.159eV光脉冲00脉宽=10μs周期<67mst重复频率>15次/秒Si带隙宽度：E=1.11

5、9eVg非平衡载流子浓度ΔpΔp/etτ12高福斌编写电子科学与工程学院示波器测量电压ΔV1/e寿命（τ）eΔV/eτettt0113高福斌编写电子科学与工程学院示波器测量电压ΔV基模寿命（τ）1ΔV/2ΔV/2eτ1tttAB14高福斌编写电子科学与工程学院示波器测量电压ΔV体复合寿命（τ）bΔV×40%ΔV×40%/etτbtt3415高福斌编写电子科学与工程学院LT-100C高频光电导少数载流子寿命测试仪内部结构16高福斌编写电子科学与工程学院高频源脉冲光源高频源稳压源稳压源检波盒放大器脉冲源数字表光强显示稳压源示波器光强指示检波电压LT-100C

6、高频光电导少数载流子寿命测试仪—电路结构框图17高福斌编写电子科学与工程学院18高福斌编写电子科学与工程学院19高福斌编写电子科学与工程学院20高福斌编写电子科学与工程学院21高福斌编写电子科学与工程学院22高福斌编写电子科学与工程学院砝码电标准样品极光源电极板测量曲线A电极B样品检波电压指示(未接触)光强指示信号输出23高福斌编写电子科学与工程学院检波盒接样品电极高频源低频放大器光源电极板托架脉冲光源稳压源脉冲光源输出接激光二极管24高福斌编写电子科学与工程学院检波电压数字表显示电路稳压源光强指示显示电路低频放脉冲光源大稳压源器检波盒高频源脉冲光源25

7、高福斌编写电子科学与工程学院电源插座高频源电路高频源稳压源变压器检波盒接样品电极B接样品电极B26高福斌编写电子科学与工程学院结束！27高福斌编写