光电导衰退法测量单晶硅非平衡少数载流子寿命new

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1、实验光电导衰退法测量单晶硅非平衡少数载流子寿命少子寿命对双极型器件的电流增益、正向压降、开关速度等参数起着决定性的作用。太阳能电池的转换效率，发光二极管的发光效率等也与少子寿命有关。因此，少子寿命的测量一直受到极大的重视。少子寿命的测量有许多种方法，一般可以分为两大类。第一类为瞬态法(直接法)。这类方法利用脉冲电或闪光在半导体中激发出非平衡载流子来调制半导体的体电阻，通过测量体电阻的变化规律直接观察半导体材料中非平衡载流子的衰退过程，因而测量它的寿命。双脉冲法和光电导衰退法属于这一类。第二类为稳态法(间接法)，它是利用稳定的光照，使

2、非平衡少子分布达到稳定状态，然后测量半导体中某些与寿命值有关的物理参数从而推算出少子寿命;这类方法包括扩散长度法和光磁法。这类方法的优点是可以测量很短寿命的材料，但必须知道半导体材料的其他一些参数，而这些参数往往会随样品所处的条件不同而异，因此精度稍差。高频光电导衰退法是国际通用方法。本实验采用这种方法来测量非平衡少子的寿命，它的优点是样品无须切割为一定的几何形状，对样品的几何尺寸要求不太严格，测量时不必制作欧姆电极，因此样品较少受到污染，测试方法也较为简单，缺点是仪器线路比较复杂，受干拢也大些。本实验的目的在于熟悉高频光电导衰退法

3、的测量原理，熟悉测量设备，掌握测量方法。一、实验原理实验的原理框图见12-1，从图看出，高频源提供的高频电流流经被测样品。当氙光源或红外光高频源源的脉冲光照射被测样被测硅单晶品时，单晶硅光照表面以脉冲光源及光贯穿深度范围内将产生非平衡光生载流子，这将使得样品产生附加宽带放大器检波器取样器光电导，使样品的总电阻脉冲示下降。当高频信号源为恒波器压输出时，流过样品的高频电流幅度增加△I。由图12-1试验原理图于光源是脉冲光源，因此光照消失后，△I将逐渐衰退，衰退速度将取决于光生非平衡少数载流子在晶体内存在的平均时间(即寿命τ)。在小注入的

4、条件下，当光照区内复合是主要因素时，△I的衰减将是指数形式的。1这时在取样电路上产生的电压变化△V正比于△I，也就是说△V亦按同样的指数规律变化，假定光照时电压变化△V的峰值为△V，则光照消失后：△v=△v。exp(-t/τ)此调幅，高频信号经过检波器解调和高频滤波再由宽带放大器放大，输入到脉冲示波器，在示波器荧屏上就会显示出一条按指数规律衰减的曲线，衰退的时间常数τ就是欲测的寿命值。实测结果表明：△v的衰减并不是理想的指数衰减曲线，往往在光照消失后的最初阶段偏离理想曲线，通过观察可知，当信号衰减了40-50%以后，实际曲线就与理想

5、曲线(指数衰退曲线)完全吻合，如图12-2所示。使得实际曲线与指数衰退曲线在起始段偏VV实际衰减曲线离的原因在于：(1)光照太强，破坏了小注入0的条件。(2)表面高次模非指数衰减的干扰，衰减到大约50%以后基本上进入单一指数。(3)表面吸收，表面复合的影响。这种影响在理想指数衰使用红外光源时更为严重，因为红外光波减曲线长主要集中于9300Å，波长太短表面光吸收t严重，不易透入样品内部，当信号衰减了图12-2实际衰减曲线在起始段40-50%后实际曲线与理想曲线相吻合，恰好与理想曲线不符合反映了体内非平衡少数载流子的寿命的真正数值。为了

6、避免测量偏差，使不同的实验者以及不同的仪器之间的测量结果趋于一致。现在一般的测量方法是：预先在示波器上按规定坐标画出标准的指数曲线。当示波器屏幕上出现样品的实际衰减曲线后，调节高频源输出幅度，示波器Y轴衰减以及光强使△Ve改变，再配合调节脉冲示波器X轴扫描速度，使实际曲线与标准曲线在可能大的范围内互相吻合，此时即可在规定的X轴τ的范围并用读时标点子数的方法读出样品的非平衡少子寿命值，见图12-3所示。二、实验内容实验任务是用不同的光源(氙灯或红外灯)测量3个不同电阻率样品的非平衡少子寿命τ。每个样品测定2－3次，求出平均值并分析。三

7、、实验步骤本实验使用单晶寿命仪及SBT-5同步示波器。另需高频信号源一台。单晶寿命仪配备有双光源：氙灯光源，红外光源，具有较宽的测量范围。将测试样品置耦合电极板上，对于低阻被测样品，为降低样品与电极的接触噪声。应在样品与电极接触处涂以自来水，注意切勿涂到光照面上。用弹力橡皮与样2品接触，旋紧螺丝，使样品紧压在电板上。根据被测样品的寿命值范围实际曲线（起始段不吻合，衰减340%~50%以后与理想曲线吻合）选择光源：τ<10μS;选用红外光源：τ>10μS选用氙灯光源。预先做好的标准指根据被测样品的电阻率选—1数衰退曲线e=0.37择电

8、表量程开关ρ>100Ώcm选时标打点择“高阻”挡，ρ<100Ώcm选用o“低阻”挡。t规定的τ值取数范围打开示波器电源，再起动单预先规定的坐标原点晶仪，如选用氙灯光源，这时应图12-3实际直读寿命τ的方法的示意图听见每秒一次的触发电离