基于微波光电导衰退法的新型少子寿命测量仪.pdf

《基于微波光电导衰退法的新型少子寿命测量仪.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、臣应用技术基于微波光电导衰退法的新型少子寿命测量仪张浩l'陈长缨l，何璇(1．广东省高等学校光电信息与传感技术重点实验室(暨南大学)2．暨南大学光电工程系)摘要：本文在传统微波光电导衰退法的基础上，提出了一种可用于测量半导体少数载流子寿命的新型少子寿命测量仪。通过增加频移器和混频器，对高频微波探测信号进行调制和解调，得到包含了样品少子浓度信息的低频信号。同时介绍了测量仪的基本原理和测量装置的结构，并分别对仪器内部的微波源、激光器、频移器和混频器的原理和参数选择进行了探讨。实验表明：测量结果波形与理论预期

2、波形相吻合，证实了测量仪的可行性；新的测量仪保持了传统方法非接触、无损伤的优点，并降低了系统检测设备的性能要求，提高了测量信噪比。关键词：微波光电导衰退法；少子寿命；频移器；混频器；半导体；硅片境噪声的影响，提高信噪比(SNR)；同时还降低了1引言系统接收端器件的频率特性要求，使系统成本下降。少数载流子寿命(简称少子寿命)是半导体晶体2测量原理硅材料的一项重要参数，它对半导体器件的性能、晶体硅太阳能的光电转换效率都有重要的影响【l】。在小微波光电导衰退法测量少子寿命，主要包括激光注入条件下，撤销注入后，

3、载流子浓度随时间按指数注入产生电子．空穴对和微波探测少子的浓度变化两规律衰减【l一，载流子浓度衰减到原来的lie时所经历个过程[3]。由于光电效应，当半导体材料受到满足一的时间称为少子寿命。对半导体材料的少子寿命进行定条件的外界光照(光的能量必须大于半导体材料的测量，可以评价半导体器件的性能，了解太阳能电池禁带宽度)时，光的能量被材料吸收，然后在其表面的光电转换效率，而且在半导体材料的生产过程中可和体内激发出电子．空穴对，从而引起少子浓度增加，进行质量监控，以优化生产工艺流程。目前关于少子在宏观角度上表

4、现为半导体材料附加电导率的增加；寿命的主要测量方法有：直流光电导法(PCD)、表当外界光照撤销后，电子和空穴发生复合，因此少子面光电压法(SPV)、微波光电导衰退法(MW—PCD)浓度降低，在宏观角度上表现为半导体材料附加电导等。不同的测量方法由于注入方法、样品表面状况、率的减少。由此可见，半导体材料的附加电导率的变探测和算法的差异而呈现不同的测量结果。PCD法的化与材料少子的浓度变化成正比：优点是准确度高、对样品的电阻率要求低，缺点是对△()-An(1)样品的尺寸有一定要求，在测量时必须接触样品，因式

5、中△为附加电导率；An为少子浓度。而具有破坏性；SPV法是一种半接触式的测量方法，用激光在半导体材料中产生电子一空穴对后，便测量装置与样品的接触表面势垒，对测量结果的影响可以用微波信号对材料进行探测。微波从微波源发较大；与上述两种方法相比，MW．PCD法由于其非出，传播到半导体材料表面，一部分被吸收和透射，接触、无损伤的特点被广泛采用，成为少子寿命的标另一部分被反射。为了减少透射的微波能量，可以通准测量方法翻。本文在MW-PCD法的基础上改进，过选择合适的微波频率，使微波对材料的透入深度减将微波分为两路

6、信号，一路信号直接测量样品，另一小，从而忽略透射波，只需考虑被吸收和被反射的部路信号进行频率偏移，作为参考信号，从而研制出一分。半导体材料对微波的吸收功率为[3j．种新型的少子寿命测量仪。与采用微波光电导衰退法(。)：』f『6(，z)l(x,Y,Z,O)ldxdydz(2)的传统少子寿命测量仪相比，本测量仪能降低周围环34：Ic基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(暨字11609506)式中z)为材料中某点(处的电导率；频器；另一路经频移器反射后到达混频器。经过硅片F4x,y,z,a)为该点

7、的微波电场强度；(为对应的吸样品表面的微波被改变幅度，改变的程度与硅片样品收功率。可见吸收功率与材料的电导率和微波的强度的电导率相关；经过频移器的微波被改变频率，改变相关。反射功率则是入射功率与吸收功率之差：的程度与频移器内部振动模块的运动速度相关，从而t'(cr)=一(cr)(3)使到达混频器的两路微波之间有微小的频率偏差。两式中为入射功率。结合公式(2)和(3)可路微波进入混频器进行混频后，产生和频信号以及差得到反射微波功率P㈦随材料电导率变化的表达频信号。经过低通滤波器后，高频率的和频信号被滤式。

8、由于在测量中采取低功率的激光激发半导体载流除，剩下低频率的差频信号。差频信号被放大器放大，子，引起的电导率变化非常小，因此根据泰勒展开原最后经示波器显示，即为硅片样品的少子浓度变化波理，反射功率的变化量△尸(与电导率的变化量△盯具形，由此波形可以间接计算硅片样品的少子寿命值。有如下关系：AP：一生IAct：kAcr(4)式中k为比例系数，其表达式为：尼一吉ff』IE(。)12蚴一『』』。(⋯)坐~dydz图1测量装置图该比例系数由两项组成，