第一章半導(dǎo)體常規(guī)電學(xué)參數(shù)測試講述

1、第一章第一章 硅單晶常規(guī)電學(xué)參數(shù)的測試硅單晶常規(guī)電學(xué)參數(shù)的測試1.1 半導(dǎo)體硅單晶導(dǎo)電類型的測量半導(dǎo)體硅單晶導(dǎo)電類型的測量 1.2 半導(dǎo)體硅單晶電阻率的測量半導(dǎo)體硅單晶電阻率的測量 1.3 非平衡少數(shù)載流子壽命的測量非平衡少數(shù)載流子壽命的測量1.1 半導(dǎo)體硅單晶導(dǎo)電型號的測量半導(dǎo)體硅單晶導(dǎo)電型號的測量v1、N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（施主摻雜施主摻雜）v2、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(受主摻雜受主摻雜）v多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為自由電子。多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為自由電子。v多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。v一、根據(jù)硅單晶參雜的元素不同分類：一、根據(jù)硅單晶參雜

2、的元素不同分類： 二、導(dǎo)電類型的測量方法二、導(dǎo)電類型的測量方法溫差電動勢法溫差電動勢法整流效應(yīng)法整流效應(yīng)法冷熱探筆法冷熱探筆法冷探針法冷探針法三探針法三探針法四探針法四探針法單探針點(diǎn)接觸整流法單探針點(diǎn)接觸整流法三、冷熱探筆法三、冷熱探筆法利用冷熱探筆與半導(dǎo)體利用冷熱探筆與半導(dǎo)體樣品接觸，在與冷熱探樣品接觸，在與冷熱探筆接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電勢筆接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電勢差，如兩根探筆之間接差，如兩根探筆之間接上檢流計(jì)構(gòu)成回路，產(chǎn)上檢流計(jì)構(gòu)成回路，產(chǎn)生一溫差電流，根據(jù)溫生一溫差電流，根據(jù)溫差電流的方向判斷樣品差電流的方向判斷樣品的導(dǎo)電類型。的導(dǎo)電類型。 冷熱探筆法測導(dǎo)電類型冷熱探筆法測導(dǎo)電類型1、原理：如圖所

3、示、原理：如圖所示2、溫差電動勢、及電流的產(chǎn)生：、溫差電動勢、及電流的產(chǎn)生：v（a）N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體Ev（b）P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體E3、導(dǎo)電類型的判定、導(dǎo)電類型的判定v（1）檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)（）檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)（STY-1）指針向正方偏轉(zhuǎn)被指針向正方偏轉(zhuǎn)被測樣品為測樣品為P型型;指針向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)指針向負(fù)方向偏轉(zhuǎn)被測樣品為被測樣品為N型。型。判斷方式：判斷方式：冷探筆冷探筆熱探筆熱探筆電源開關(guān)電源開關(guān)N型旋鈕型旋鈕P型旋鈕型旋鈕加熱指示燈加熱指示燈保溫指示燈保溫指示燈（2 2）液晶顯示屏顯示）液晶顯示屏顯示N N或或P P（STY-2)STY-2)STY-2儀器的優(yōu)點(diǎn)儀器的優(yōu)點(diǎn)v1、采用第四代集成電

4、路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)。、采用第四代集成電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)。v2、自動恒溫的熱探筆。、自動恒溫的熱探筆。v3、由液晶器件直接發(fā)顯示、由液晶器件直接發(fā)顯示N、P型。型。v4、操作方便、測試直觀、快速、準(zhǔn)確。、操作方便、測試直觀、快速、準(zhǔn)確。v1）插好背板上的電源線，并與）插好背板上的電源線，并與220V插座相接；插座相接；將熱筆、冷筆與面板上將熱筆、冷筆與面板上4芯、芯、3芯插座相接。芯插座相接。v2）打開儀器面板左下角的）打開儀器面板左下角的電源開關(guān)電源開關(guān)，電源指示燈，電源指示燈及熱筆加熱燈亮。及熱筆加熱燈亮。10分鐘左右熱筆達(dá)到工作溫度時(shí)，分鐘左右熱筆達(dá)到工作溫度時(shí)，保溫（綠）燈亮，即可進(jìn)行型號測量。熱

5、探筆隨后保溫（綠）燈亮，即可進(jìn)行型號測量。熱探筆隨后自動進(jìn)入保溫自動進(jìn)入保溫加熱加熱保溫保溫循環(huán)，溫度保持在循環(huán)，溫度保持在40-60（國標(biāo)及國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度）。（國標(biāo)及國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度）。v3）先將熱筆在被測單晶面上放穩(wěn)，后將冷筆點(diǎn)壓）先將熱筆在被測單晶面上放穩(wěn)，后將冷筆點(diǎn)壓在單晶上，液晶顯示器即顯示型號（在單晶上，液晶顯示器即顯示型號（N或或P）。）。使用方法使用方法v4）測量電阻率較高的單晶時(shí)，請將）測量電阻率較高的單晶時(shí)，請將N型調(diào)零電位器型調(diào)零電位器P型調(diào)零電位器調(diào)近臨界點(diǎn)（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），以便型調(diào)零電位器調(diào)近臨界點(diǎn)（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），以便提高儀器的測量靈敏度。提高儀器的測量靈敏度。v

6、5）在）在P型、型、N型顯示不穩(wěn)定時(shí)，以多次能重復(fù)的測型顯示不穩(wěn)定時(shí)，以多次能重復(fù)的測量結(jié)果為準(zhǔn)。量結(jié)果為準(zhǔn)。v6）測量時(shí)握筆的手不要與被測單晶接觸，以免人）測量時(shí)握筆的手不要與被測單晶接觸，以免人體感應(yīng)影響測量結(jié)果。體感應(yīng)影響測量結(jié)果。v如圖所示，在樣品上壓上三個(gè)探針，針距在如圖所示，在樣品上壓上三個(gè)探針，針距在0.15-1.5mm范圍。在探針范圍。在探針1和探針和探針2之間接上交流電源，在探針之間接上交流電源，在探針2和探針和探針3之間接上檢流計(jì)。根據(jù)檢之間接上檢流計(jì)。根據(jù)檢流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)的方向來判斷晶體的導(dǎo)電類型。流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)的方向來判斷晶體的導(dǎo)電類型。四、三探針法四、三探針法v測試原

7、理測試原理：以以N型半導(dǎo)體為例，如圖所示：型半導(dǎo)體為例，如圖所示：v得到外加電壓和得到外加電壓和u2u2 的波形圖的波形圖v如為如為P型材料，則同理分析，電壓型材料，則同理分析，電壓u2u2 有負(fù)的直流分量，有負(fù)的直流分量，在探針在探針2,3的電路中，電流由的電路中，電流由2 3 v得到直流分量得到直流分量u2u2 0。把作為探針。把作為探針2,3電路的電動勢，電流電路的電動勢，電流有有32 。如下圖所示。如下圖所示vSTY-3-熱探筆及整流導(dǎo)電類型測試方法熱探筆及整流導(dǎo)電類型測試方法設(shè)計(jì)的導(dǎo)電類型鑒別儀設(shè)計(jì)的導(dǎo)電類型鑒別儀v五、冷熱探筆法和三探針法的測準(zhǔn)因素分析五、冷熱探筆法和三探針法的測準(zhǔn)

8、因素分析v1、冷熱探筆法的測量范圍：、冷熱探筆法的測量范圍：1000.cm以下，三探針法為以下，三探針法為1-1000.cm。v2、表面要求：無反型層、無氧化層，清潔無污；對表面進(jìn)、表面要求：無反型層、無氧化層，清潔無污；對表面進(jìn)行噴砂或研磨處理；（行噴砂或研磨處理；（不要用未處理的表面或腐蝕、拋光的不要用未處理的表面或腐蝕、拋光的表面表面)v3、用冷熱探筆測量時(shí)，保證熱探筆不能太高（、用冷熱探筆測量時(shí)，保證熱探筆不能太高（40-60），），并不斷交換冷熱探筆的位置并不斷交換冷熱探筆的位置（歐姆接觸，探筆觸頭（歐姆接觸，探筆觸頭60， In或或Pb） 。v4、三探針法：探針接觸壓力小，探針接觸

9、半徑不大于、三探針法：探針接觸壓力小，探針接觸半徑不大于50m，。v5、避免電磁場的干擾。、避免電磁場的干擾。1.2 半導(dǎo)體硅單晶電阻率的測量半導(dǎo)體硅單晶電阻率的測量 v一、半導(dǎo)體材料的電阻率與載流子濃度一、半導(dǎo)體材料的電阻率與載流子濃度v電阻率是電阻率是荷電載體流經(jīng)材料時(shí)受到阻礙的一種量度荷電載體流經(jīng)材料時(shí)受到阻礙的一種量度。對。對于半導(dǎo)體材料，電阻率反映了補(bǔ)償后的雜質(zhì)濃度。一般于半導(dǎo)體材料，電阻率反映了補(bǔ)償后的雜質(zhì)濃度。一般而言，電阻率是雜質(zhì)濃度差的函數(shù)。而言，電阻率是雜質(zhì)濃度差的函數(shù)。v以以P型半導(dǎo)體為例：型半導(dǎo)體為例：1()ADpNNq式中式中-NA 為受主雜質(zhì)濃度，為受主雜質(zhì)濃度，N

10、D 為施主雜質(zhì)濃度為施主雜質(zhì)濃度 p為空穴遷移率，為空穴遷移率，q為電子電荷為電子電荷 v二、電阻率的測試方法二、電阻率的測試方法v按照測量儀器分類：按照測量儀器分類：v1、接觸法：、接觸法：v v v v v2、無接觸法：、無接觸法：v適用于測量硅單晶切、磨等硅片的電阻率適用于測量硅單晶切、磨等硅片的電阻率兩探針法兩探針法四探針法四探針法擴(kuò)展電阻法擴(kuò)展電阻法范德堡法范德堡法v測量硅拋光、外延片的電阻率測量硅拋光、外延片的電阻率C-V法法渦旋電流法渦旋電流法v三、兩種典型的測量方法三、兩種典型的測量方法v1、兩探針法、兩探針法v（1）一般金屬測試電阻率：）一般金屬測試電阻率：v如果用以上裝置來

11、測量半導(dǎo)體的電阻率，由于導(dǎo)線與樣品之如果用以上裝置來測量半導(dǎo)體的電阻率，由于導(dǎo)線與樣品之間存在很大的接觸電阻，其有效電路圖如圖所示：間存在很大的接觸電阻，其有效電路圖如圖所示：v（2）兩探針法電阻率的基本原理）兩探針法電阻率的基本原理v如圖所示，在樣品兩端通以電流，并在樣品的電流回路上串如圖所示，在樣品兩端通以電流，并在樣品的電流回路上串聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs，利用，利用高阻抗輸入的電壓表或電位差計(jì)高阻抗輸入的電壓表或電位差計(jì)測測量電阻上的電壓降量電阻上的電壓降Vs，計(jì)算出流經(jīng)半導(dǎo)體樣品中的電流：，計(jì)算出流經(jīng)半導(dǎo)體樣品中的電流：兩探針法測試半導(dǎo)體材料電阻率示意圖兩探針法測試半導(dǎo)體材料

12、電阻率示意圖v然后依靠兩個(gè)靠彈簧壓緊的探針在半導(dǎo)體樣品的長然后依靠兩個(gè)靠彈簧壓緊的探針在半導(dǎo)體樣品的長度測量度測量A、B兩點(diǎn)的電壓降兩點(diǎn)的電壓降VT,并測量出該兩點(diǎn)之間并測量出該兩點(diǎn)之間的距離的距離L。因此，可得樣品的電阻率：。因此，可得樣品的電阻率：v電位差計(jì)測量兩探針之間的電壓降電位差計(jì)測量兩探針之間的電壓降VT ，其有效電路，其有效電路如圖所示：如圖所示：兩探針之間的有效電路兩探針之間的有效電路v由上圖可得由上圖可得v且有且有v因此電位差計(jì)測得的電壓因此電位差計(jì)測得的電壓UT為：為：v用電位差計(jì)測量電壓降：用電位差計(jì)測量電壓降：當(dāng)電位差計(jì)處于平衡時(shí)，流經(jīng)當(dāng)電位差計(jì)處于平衡時(shí)，流經(jīng)電位差計(jì)

13、被測電路線電流為電位差計(jì)被測電路線電流為0，即，即v所以有所以有12212()()TbrrbUuuuuIrr（3）兩探針法測試儀器（）兩探針法測試儀器（kDY-2）v1）結(jié)構(gòu)：如圖所示）結(jié)構(gòu)：如圖所示電流表電流表電壓表電壓表v2）主要參數(shù)）主要參數(shù)v可測硅晶體電阻率：可測硅晶體電阻率：0.005-50000cm可測硅棒尺寸：最大長度可測硅棒尺寸：最大長度300mm；直徑；直徑20mm探針針距：探針針距：1.59mm；探針直徑；探針直徑0.8mmv探針材料：硬質(zhì)合金（探針材料：硬質(zhì)合金（WC）電阻測量誤差：電阻測量誤差：0.3%3）特點(diǎn)）特點(diǎn)va、測試范圍廣。、測試范圍廣。vb、測試精度高。、測

14、試精度高。vc、即可測單晶硅，也可測多晶硅（硅芯測試）。、即可測單晶硅，也可測多晶硅（硅芯測試）。vd、要求樣品形狀規(guī)則。、要求樣品形狀規(guī)則。ve、需焊接電極。、需焊接電極。v（4）兩探針法測準(zhǔn)條件：）兩探針法測準(zhǔn)條件：va、探針頭的接觸半徑保持在、探針頭的接觸半徑保持在25m；vb、樣品表面經(jīng)噴砂或研磨處理；、樣品表面經(jīng)噴砂或研磨處理；vc、通電流的兩端面接觸為歐姆接觸，用鍍鎳或鍍銅或超聲、通電流的兩端面接觸為歐姆接觸，用鍍鎳或鍍銅或超聲波焊接；波焊接；vd、樣品電流不易過大，、樣品電流不易過大，E1V/cm,測量低阻單晶時(shí)注意電流測量低阻單晶時(shí)注意電流不能過大，避免熱效應(yīng)。（不能過大，避免

15、熱效應(yīng)。（樣品的電阻率會隨著溫度的升高樣品的電阻率會隨著溫度的升高而升高而升高）v2、四探針法、四探針法v（1）四探針法測電阻率的示意圖）四探針法測電阻率的示意圖和計(jì)算公式和計(jì)算公式v如圖所示，將距離為如圖所示，將距離為1mm的四根的四根探針壓在樣品上，并對外面兩根探探針壓在樣品上，并對外面兩根探針通以恒流電流，在中間兩根探針針通以恒流電流，在中間兩根探針連接電位差計(jì)測量其電壓降，然后連接電位差計(jì)測量其電壓降，然后根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：vC-四探針的探針系數(shù)四探針的探針系數(shù)v（2）四探針法測電阻率的基本原理）四探針法測電阻率的基本原理v假設(shè)半導(dǎo)體樣品為半無窮大，且在此平面

16、上有一點(diǎn)電流源，假設(shè)半導(dǎo)體樣品為半無窮大，且在此平面上有一點(diǎn)電流源，如圖所示，則在以點(diǎn)電流源為球心的任一半徑（如圖所示，則在以點(diǎn)電流源為球心的任一半徑（r）的半球）的半球面上，任一點(diǎn)的電流密度相等為：面上，任一點(diǎn)的電流密度相等為：v式中，式中，I為點(diǎn)電流源的強(qiáng)度，為點(diǎn)電流源的強(qiáng)度， 是半徑為是半徑為r的半球等位面的的半球等位面的面積。面積。v由于由于P點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度E存在以下關(guān)系：存在以下關(guān)系：v因此，由以上兩式得因此，由以上兩式得v設(shè)無窮遠(yuǎn)處電位為設(shè)無窮遠(yuǎn)處電位為0（電流流入半導(dǎo)體電流流入半導(dǎo)體），）， 則則P點(diǎn)處的電位點(diǎn)處的電位可以表示為可以表示為

17、v如圖所示，四個(gè)探針位于樣品中央，如果電流從探如圖所示，四個(gè)探針位于樣品中央，如果電流從探針針1流入，探針流入，探針4流出，則可以把探針流出，則可以把探針1和和4認(rèn)為是兩認(rèn)為是兩個(gè)點(diǎn)電流源。個(gè)點(diǎn)電流源。v則，根據(jù)疊加原理及以上半球面的電位公式得到探針則，根據(jù)疊加原理及以上半球面的電位公式得到探針2,3的的電位分別為電位分別為v因此，探針因此，探針2,3之間的電位差為之間的電位差為v由上式可得樣品的電阻率為由上式可得樣品的電阻率為若四個(gè)探針在同一直線上，間距分別為若四個(gè)探針在同一直線上，間距分別為s1,s2,s3如圖所如圖所示，則有示，則有若若s1=s2=s3=s,則有則有v由以上兩公式以及公式

18、由以上兩公式以及公式 可得探針系數(shù)為可得探針系數(shù)為v實(shí)際測量中為了直接讀數(shù)，一般設(shè)置電流的數(shù)值等于探針實(shí)際測量中為了直接讀數(shù)，一般設(shè)置電流的數(shù)值等于探針系數(shù)的數(shù)值，如探針間距為系數(shù)的數(shù)值，如探針間距為S=1mm,則則C=2S=0.628cm,若若調(diào)節(jié)恒流調(diào)節(jié)恒流I=0.628mA，則由，則由，2,3探針直接讀出的數(shù)值即為探針直接讀出的數(shù)值即為樣品的電阻率。樣品的電阻率。v（3）四探針測試儀器（）四探針測試儀器（KDY-1A)電流、電壓數(shù)電流、電壓數(shù)字表字表電流量電流量程程:1mA/10mA電阻電阻/電阻率電阻率測試測試/校準(zhǔn)校準(zhǔn)電流調(diào)節(jié)旋鈕（微調(diào)）電流調(diào)節(jié)旋鈕（微調(diào)）電流調(diào)節(jié)旋鈕（粗調(diào)）電流調(diào)

19、節(jié)旋鈕（粗調(diào)）v使用方法：使用方法：v1）打開測試儀電源開關(guān)，指示燈。）打開測試儀電源開關(guān)，指示燈。v2）將樣品放在放在測試平臺上，調(diào)節(jié)上下位置，使與探針）將樣品放在放在測試平臺上，調(diào)節(jié)上下位置，使與探針樣品接觸松緊適度。樣品接觸松緊適度。v3）先將電流換檔置）先將電流換檔置“1mA”檔檔,將將/R置于置于“”檔，將校準(zhǔn)檔，將校準(zhǔn)/測量置于測量置于“校準(zhǔn)校準(zhǔn)”檔。調(diào)節(jié)電流（檔。調(diào)節(jié)電流（S1mm）：）： 電流換檔電流換檔置置“1mA”檔時(shí)，調(diào)節(jié)數(shù)值為檔時(shí)，調(diào)節(jié)數(shù)值為62.8；電流換檔置；電流換檔置“10mA”檔檔時(shí)，調(diào)節(jié)數(shù)值為時(shí)，調(diào)節(jié)數(shù)值為6. 28.v4）將校準(zhǔn)）將校準(zhǔn)/測量置于測量置于“測

20、量測量”檔，進(jìn)行讀數(shù)。檔，進(jìn)行讀數(shù)。v5在距表面邊緣在距表面邊緣4倍針距內(nèi)分別測量倍針距內(nèi)分別測量5組數(shù)據(jù)，取平均值。組數(shù)據(jù)，取平均值。v 主要參數(shù)主要參數(shù)v（1）可測量）可測量 電阻率：電阻率：0.01199.9.cm。 可測方塊電阻：可測方塊電阻：0.11999/口口 當(dāng)被測材料電阻率當(dāng)被測材料電阻率200.cm數(shù)字表顯示數(shù)字表顯示0.00。v （2）恒流源：）恒流源： 輸出電流：輸出電流：DC 0.1mA10mA分兩檔分兩檔1mA量程：量程：0.11mA 連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào)10mA量程：量程：1mA 10mA連續(xù)可調(diào)連續(xù)可調(diào) v(4)四探針法測量電阻的側(cè)準(zhǔn)條件和測試工藝要求：四探針法測量電

21、阻的側(cè)準(zhǔn)條件和測試工藝要求：v1）樣品表面）樣品表面va)為了增大表面復(fù)合，降低少子壽命，從而減小少子注入的為了增大表面復(fù)合，降低少子壽命，從而減小少子注入的影響，試樣測量表面一般要求經(jīng)過粗砂研磨或噴砂處理。影響，試樣測量表面一般要求經(jīng)過粗砂研磨或噴砂處理。vb)要求試樣表面具有較高的平整度，且樣品厚度以及任一探要求試樣表面具有較高的平整度，且樣品厚度以及任一探針距樣品邊緣的距離必須大于針距樣品邊緣的距離必須大于4倍針距，以滿足近似無窮大倍針距，以滿足近似無窮大的測試條件。的測試條件。vc)各測試點(diǎn)厚度與中心厚度的偏差不應(yīng)大于各測試點(diǎn)厚度與中心厚度的偏差不應(yīng)大于1%。v2）測試探針）測試探針v

22、a）選擇合適的材料作探針，目前一般使用鎢絲、碳化鎢等）選擇合適的材料作探針，目前一般使用鎢絲、碳化鎢等材料。材料。vb）要求探針的間距不宜過大，要保證測試區(qū)內(nèi)電阻率均勻，）要求探針的間距不宜過大，要保證測試區(qū)內(nèi)電阻率均勻，因此一般為因此一般為1-2mm.探針要在同一直線上。探針要在同一直線上。vc）對探針與樣品之間接觸要求有一定的接觸壓力和接觸半）對探針與樣品之間接觸要求有一定的接觸壓力和接觸半徑，以減小少子注入的影響，一般選取壓力徑，以減小少子注入的影響，一般選取壓力1.75-4N，接觸，接觸半徑小于半徑小于50s,且每次測量壓力保持一致，確保測量的重復(fù)且每次測量壓力保持一致，確保測量的重復(fù)

23、性和準(zhǔn)確性。性和準(zhǔn)確性。vd)探針的游移度保證小于探針的游移度保證小于2%,確保測量的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。確保測量的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。v3）測試電流）測試電流v在測量過程中，通過樣品的電流從兩方面影響電阻率：在測量過程中，通過樣品的電流從兩方面影響電阻率：va）少子注入并被電場掃到）少子注入并被電場掃到2,3探針附近，使電阻率減??；探針附近，使電阻率減?。籿b）電流過大，使樣品溫度提高，樣品的晶格散射作用加強(qiáng)，）電流過大，使樣品溫度提高，樣品的晶格散射作用加強(qiáng)，導(dǎo)致電阻率會提高。導(dǎo)致電阻率會提高。v因此，要求電流盡量小，以保證在弱電場下進(jìn)行測試。因此，要求電流盡量小，以保證在弱電場下進(jìn)行測試。va）

24、對硅單晶材料，一般選取電場）對硅單晶材料，一般選取電場E小于小于1V/cm.vb）若針距為）若針距為1mm，則，則2,3探針的電位差不超過探針的電位差不超過100mv.v4）測量區(qū)域、邊緣修正和厚度修正）測量區(qū)域、邊緣修正和厚度修正v對于探針而言，如果待測樣品完全滿足近似半無窮大，測對于探針而言，如果待測樣品完全滿足近似半無窮大，測量值可近似真實(shí)值。一般當(dāng)直徑方向大于量值可近似真實(shí)值。一般當(dāng)直徑方向大于40倍針距，邊緣倍針距，邊緣不需修正（不需修正（F1=1);當(dāng)樣品厚度大于當(dāng)樣品厚度大于5倍針距時(shí)，厚度因子不倍針距時(shí)，厚度因子不需修正（需修正（F2=1)v若不滿足以上條件時(shí)，則根據(jù)四探針儀器

25、的使用手冊進(jìn)行若不滿足以上條件時(shí)，則根據(jù)四探針儀器的使用手冊進(jìn)行修正。其電阻率的公式為修正。其電阻率的公式為2123FF.IVCv5)測試環(huán)境和溫度修正測試環(huán)境和溫度修正v一般來說，四探針測試過程要求測試室的環(huán)境恒溫、恒濕、一般來說，四探針測試過程要求測試室的環(huán)境恒溫、恒濕、避光、無磁、無震。避光、無磁、無震。v由于半導(dǎo)體材料隨溫度的變化會發(fā)生變化，因此往往需要進(jìn)由于半導(dǎo)體材料隨溫度的變化會發(fā)生變化，因此往往需要進(jìn)行溫度系數(shù)的修正。一般參考溫度為行溫度系數(shù)的修正。一般參考溫度為232 ，如實(shí)際溫，如實(shí)際溫度與參考溫度相差太大，則需根據(jù)以下公式修正：度與參考溫度相差太大，則需根據(jù)以下公式修正：v

26、CT-溫度修正系數(shù)，與樣品的材料、導(dǎo)電類型、摻雜元素溫度修正系數(shù)，與樣品的材料、導(dǎo)電類型、摻雜元素有關(guān)系（如書中圖有關(guān)系（如書中圖1-15）（）（P14)方塊電阻的測試方塊電阻的測試v1. 方塊電阻的定義方塊電阻的定義v如圖如圖1所示，方形薄片，截面積為所示，方形薄片，截面積為A，長、寬、厚分別用，長、寬、厚分別用L、w、d表示，材料的電阻率為表示，材料的電阻率為，當(dāng)電流如圖示方向流過時(shí)，當(dāng)電流如圖示方向流過時(shí)，若若L=w，這個(gè)薄層的電阻稱為方塊電阻，一般用，這個(gè)薄層的電阻稱為方塊電阻，一般用R表示，表示，單位為單位為/。v v對于雜質(zhì)均勻分布的樣品，若該半導(dǎo)體薄層中雜質(zhì)對于雜質(zhì)均勻分布的樣品

27、，若該半導(dǎo)體薄層中雜質(zhì)均勻分布，則薄層電阻均勻分布，則薄層電阻R為：為：v wdLALRwLRwLd 式中式中，R= 為方塊電阻，為方塊電阻，L/w為長寬比，又稱方數(shù)。為長寬比，又稱方數(shù)。dv2、測試原理、測試原理v v v v v 圖圖2 四探針法測量方塊電阻四探針法測量方塊電阻v如圖如圖2所示，當(dāng)四根金屬探針排成一條直線，并以一定壓力所示，當(dāng)四根金屬探針排成一條直線，并以一定壓力壓在半導(dǎo)體材料上時(shí)，在壓在半導(dǎo)體材料上時(shí)，在1、4兩根探針間通過電流兩根探針間通過電流I(mA)，則則2、3探針間的電壓為探針間的電壓為V23(mV)。v3、電流的設(shè)置、電流的設(shè)置2123FF.RIdVCdCI21

28、FF .v可設(shè)置電流為可設(shè)置電流為由公式由公式vF1-直徑修正系數(shù)直徑修正系數(shù)vF2-厚度修正系數(shù)厚度修正系數(shù)vd-樣品厚度樣品厚度 C-探針系數(shù)探針系數(shù)v四探針方阻電阻率測試儀（四探針方阻電阻率測試儀（KDY-1）v主要參數(shù)主要參數(shù)v（1）測量范圍：可測電阻率：0.000119000cm可測方塊電阻：0.0011900 （2）恒流源：輸出電流：DC 0.001100mA 五檔連續(xù)可調(diào)量程：0.0010.01mA 0.010.10mA 0.101.0mA 1.010mA 10100mA v多晶：50-55,若60為不合格v單晶：40-501.3 非平衡少數(shù)載流子壽命的測量非平衡少數(shù)載流子壽命的

29、測量 v 少數(shù)載流子壽命是半導(dǎo)體材料的的一個(gè)重要的電少數(shù)載流子壽命是半導(dǎo)體材料的的一個(gè)重要的電學(xué)參數(shù)，不僅可以表征半導(dǎo)體材料的質(zhì)量，也是還學(xué)參數(shù)，不僅可以表征半導(dǎo)體材料的質(zhì)量，也是還可以評價(jià)器件制造過程中的質(zhì)量控制，如集成電路可以評價(jià)器件制造過程中的質(zhì)量控制，如集成電路器件中的金屬玷污程度，并可以研究制造器件中的金屬玷污程度，并可以研究制造器件性能器件性能下降的原因下降的原因。（如太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、晶體管的。（如太陽電池的轉(zhuǎn)換效率、晶體管的放大倍數(shù)、開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間等）放大倍數(shù)、開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間等）v一、少數(shù)載流子的壽命一、少數(shù)載流子的壽命v1、非平衡載流子的產(chǎn)生、非平衡載流子的產(chǎn)生v（1）

30、平衡載流子濃度：在一定溫度下，處于平衡）平衡載流子濃度：在一定溫度下，處于平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體材料的載流子的濃度時(shí)一定的。這種狀態(tài)的半導(dǎo)體材料的載流子的濃度時(shí)一定的。這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子的濃度稱為平衡載流子處于熱平衡狀態(tài)下的載流子的濃度稱為平衡載流子濃度。表達(dá)式如下：濃度。表達(dá)式如下：v式中式中N0和和p0分別表示平衡電子濃度和空穴濃度分別表示平衡電子濃度和空穴濃度v（2）非平衡載流子）非平衡載流子v如對半導(dǎo)體材料施加外界條件（如光照），破壞了平衡條件，如對半導(dǎo)體材料施加外界條件（如光照），破壞了平衡條件，就會偏離熱平衡狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。此時(shí)載流子濃度就就會偏離熱平衡狀態(tài)，稱為非平衡狀

31、態(tài)。此時(shí)載流子濃度就不再是不再是n0和和p0，可以比他們多出一部分載流子，這些比平衡，可以比他們多出一部分載流子，這些比平衡狀態(tài)狀態(tài)多出的載流子多出的載流子稱為稱為非平衡載流子非平衡載流子，其濃度分別用其濃度分別用n, p 表示。表示。v（3）非平衡多數(shù)載流子和非平衡少數(shù)載流子）非平衡多數(shù)載流子和非平衡少數(shù)載流子v對于對于n型半導(dǎo)體，多出來的電子為非平衡多數(shù)載流子，多出型半導(dǎo)體，多出來的電子為非平衡多數(shù)載流子，多出的空穴為非平衡少數(shù)載流子；對于的空穴為非平衡少數(shù)載流子；對于p型半導(dǎo)體，多出來的空型半導(dǎo)體，多出來的空穴為非平衡多數(shù)載流子，多出的電子為非平衡少數(shù)載流子。穴為非平衡多數(shù)載流子，多出的

32、電子為非平衡少數(shù)載流子。v（4）非平衡載流子的產(chǎn)生非平衡載流子的產(chǎn)生v產(chǎn)生非平衡載流子的方式：產(chǎn)生非平衡載流子的方式：光照、電注入或其他能量傳遞方光照、電注入或其他能量傳遞方式。式。v如：光照產(chǎn)生非平衡載流子的過程，如圖所示如：光照產(chǎn)生非平衡載流子的過程，如圖所示：光照npEcEvv 在一般情況下，注入的非平衡載流子濃度比平衡時(shí)的多數(shù)在一般情況下，注入的非平衡載流子濃度比平衡時(shí)的多數(shù)載流子濃度小很多，如載流子濃度小很多，如n型材料，型材料，nn0, pn0,滿足這滿足這個(gè)條件稱個(gè)條件稱小注入小注入。v但是即使在小注入的條件下，只要但是即使在小注入的條件下，只要pp0,非平衡少數(shù)載流非平衡少數(shù)載

33、流子的影響十分顯著。因此子的影響十分顯著。因此往往非平衡少數(shù)載流子對材料和器往往非平衡少數(shù)載流子對材料和器件起著重要的、決定性的作用件起著重要的、決定性的作用。通常把非平衡少數(shù)載流子簡。通常把非平衡少數(shù)載流子簡稱少數(shù)載流子或少子。稱少數(shù)載流子或少子。v2、非平衡少數(shù)載流子壽命、非平衡少數(shù)載流子壽命 熱平衡時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，系統(tǒng)熱平衡時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)；有光等外界影響發(fā)生時(shí)，載流子產(chǎn)生率大于處于平衡狀態(tài)；有光等外界影響發(fā)生時(shí)，載流子產(chǎn)生率大于復(fù)合率；光等外界因素消除時(shí)，復(fù)合率大于產(chǎn)生率，并最后復(fù)合率；光等外界因素消除時(shí)，復(fù)合率大于產(chǎn)

34、生率，并最后趨于平衡。趨于平衡。 定義：定義：當(dāng)給半導(dǎo)體材料去掉外界條件（停止光照）時(shí)，由當(dāng)給半導(dǎo)體材料去掉外界條件（停止光照）時(shí)，由于凈復(fù)合的作用，非平衡載流子會逐漸衰減以致消失，最后于凈復(fù)合的作用，非平衡載流子會逐漸衰減以致消失，最后載流子濃度恢復(fù)到平衡狀態(tài)時(shí)的值。但非平衡載流子不是立載流子濃度恢復(fù)到平衡狀態(tài)時(shí)的值。但非平衡載流子不是立刻消失，而是由一個(gè)過程，即他們在導(dǎo)帶和價(jià)帶有一定的生刻消失，而是由一個(gè)過程，即他們在導(dǎo)帶和價(jià)帶有一定的生存時(shí)間。這些非平衡少數(shù)載流子在存時(shí)間。這些非平衡少數(shù)載流子在半導(dǎo)體內(nèi)平均存在的時(shí)間半導(dǎo)體內(nèi)平均存在的時(shí)間稱為非平衡載流子的壽命，簡稱少子壽命，稱為非平衡載

35、流子的壽命，簡稱少子壽命， 用用表示表示。 假設(shè)假設(shè)N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體: : 非平衡載流子分別為非平衡載流子分別為n和和p ，通常把單位時(shí)間單位體積，通常把單位時(shí)間單位體積內(nèi)凈復(fù)合消失的電子內(nèi)凈復(fù)合消失的電子-空穴對數(shù)稱非平衡載流子的復(fù)合率，空穴對數(shù)稱非平衡載流子的復(fù)合率， p/就是復(fù)合率。就是復(fù)合率。 假定假定N型型半導(dǎo)體半導(dǎo)體在在t=0時(shí)刻，突然停止光照，時(shí)刻，突然停止光照， p將會隨時(shí)將會隨時(shí)間變化，間變化，單位時(shí)間內(nèi)非平衡少數(shù)載流子濃度的減少為單位時(shí)間內(nèi)非平衡少數(shù)載流子濃度的減少為-dp(t)/dt ，應(yīng)當(dāng)?shù)扔趶?fù)合率，應(yīng)當(dāng)?shù)扔趶?fù)合率，即有，即有小注入時(shí)，小注入時(shí)， 是一個(gè)恒量，上式

36、通解為是一個(gè)恒量，上式通解為設(shè)設(shè)t=0, p(t)= p0,則有則有即非平衡少數(shù)載流子壽命的衰減規(guī)律成指數(shù)衰減，如即非平衡少數(shù)載流子壽命的衰減規(guī)律成指數(shù)衰減，如圖所示圖所示非平衡載流子濃度變化衰減曲線非平衡載流子濃度變化衰減曲線 二、少數(shù)載流子壽命測試方法及其測試原理二、少數(shù)載流子壽命測試方法及其測試原理v 隨著半導(dǎo)體材料的應(yīng)用不斷發(fā)展，促進(jìn)了少數(shù)載隨著半導(dǎo)體材料的應(yīng)用不斷發(fā)展，促進(jìn)了少數(shù)載流子壽命測試技術(shù)也在不斷發(fā)展，從早期體材料的流子壽命測試技術(shù)也在不斷發(fā)展，從早期體材料的接觸式測量，逐漸發(fā)展到片狀材料的無破壞式、無接觸式測量，逐漸發(fā)展到片狀材料的無破壞式、無接觸式和無污染的在線檢測，有利

37、于其在生產(chǎn)中的接觸式和無污染的在線檢測，有利于其在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。方法也多種多樣。廣泛應(yīng)用。方法也多種多樣。1、測試方法、測試方法v（1）瞬態(tài)法或直接法）瞬態(tài)法或直接法;（2）穩(wěn)態(tài)法或間接法）穩(wěn)態(tài)法或間接法v（1）瞬態(tài)法：）瞬態(tài)法：利用利用電脈沖或光脈沖電脈沖或光脈沖的一種方式，從半導(dǎo)體的一種方式，從半導(dǎo)體內(nèi)激發(fā)出非平衡載流子，調(diào)制了半導(dǎo)體內(nèi)的電阻，通過測量內(nèi)激發(fā)出非平衡載流子，調(diào)制了半導(dǎo)體內(nèi)的電阻，通過測量體電阻或樣品體電阻或樣品兩端電壓的變化規(guī)律兩端電壓的變化規(guī)律直接觀察半導(dǎo)體材料中的直接觀察半導(dǎo)體材料中的非平衡少數(shù)載流子的衰減過程，從而測量其壽命。（非平衡少數(shù)載流子的衰減過程，從而測量

38、其壽命。（光電導(dǎo)光電導(dǎo)衰退法衰退法等等）v（2）穩(wěn)態(tài)法：）穩(wěn)態(tài)法：利用穩(wěn)態(tài)光照的方法，使半導(dǎo)體材料中非平利用穩(wěn)態(tài)光照的方法，使半導(dǎo)體材料中非平衡載流子的分布達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，然后測量半導(dǎo)體中某些與壽衡載流子的分布達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，然后測量半導(dǎo)體中某些與壽命有關(guān)的物理量（如擴(kuò)散長度）來推算少子的壽命。（命有關(guān)的物理量（如擴(kuò)散長度）來推算少子的壽命。（擴(kuò)散擴(kuò)散長度法長度法、表面光電壓法表面光電壓法、光磁法等光磁法等）三、光電導(dǎo)衰退法三、光電導(dǎo)衰退法1、直流光電導(dǎo)衰退法、直流光電導(dǎo)衰退法（1）如圖所示為直流光電導(dǎo)衰退法測量少子壽命的）如圖所示為直流光電導(dǎo)衰退法測量少子壽命的裝置（如下圖所示）裝置（如下圖所示

39、）vA、樣品內(nèi)的電場強(qiáng)度：、樣品內(nèi)的電場強(qiáng)度：必須滿足以下幾個(gè)條件必須滿足以下幾個(gè)條件:vB、RL20R,保證電流保證電流I恒定。恒定。vC、直流電源和、直流電源和RL為可調(diào)。為可調(diào)。vD、光照必須在中心部分。、光照必須在中心部分。v（2）基本原理：如上圖所示）基本原理：如上圖所示v樣品上無光照時(shí)，樣品內(nèi)無非平衡載流子，樣品兩端電壓為：樣品上無光照時(shí)，樣品內(nèi)無非平衡載流子，樣品兩端電壓為：v v若給樣品光照，樣品中產(chǎn)生了非平衡載流子，引起點(diǎn)導(dǎo)增加，若給樣品光照，樣品中產(chǎn)生了非平衡載流子，引起點(diǎn)導(dǎo)增加，電阻下降，引起樣品兩端的電壓也發(fā)生變化。則有電阻下降，引起樣品兩端的電壓也發(fā)生變化。則有v 則

40、有則有v v設(shè)樣品在無光照時(shí)的電阻率為設(shè)樣品在無光照時(shí)的電阻率為 0，光照后的電導(dǎo)率為，光照后的電導(dǎo)率為，則則v v將上式代入將上式代入v v假定在光照不太強(qiáng)的情況下，注入半導(dǎo)體中的非平衡載流子假定在光照不太強(qiáng)的情況下，注入半導(dǎo)體中的非平衡載流子較少，因此樣品電導(dǎo)率變化也小，此時(shí)滿足小注入的條件：較少，因此樣品電導(dǎo)率變化也小，此時(shí)滿足小注入的條件：v所以有所以有v v如樣品為如樣品為n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體v v式中，式中，p為激發(fā)的非平衡載流子濃度為激發(fā)的非平衡載流子濃度 v將以上兩式代入將以上兩式代入 v則有則有v v 由上式可知，在滿足小注入的條件下，樣品兩端電壓的由上式可知，在滿足小注入的條

41、件下，樣品兩端電壓的衰減規(guī)律與產(chǎn)生的少子衰減規(guī)律相同。衰減規(guī)律與產(chǎn)生的少子衰減規(guī)律相同。v令令 則有則有v（3）直流光電導(dǎo)衰退法的優(yōu)缺點(diǎn)）直流光電導(dǎo)衰退法的優(yōu)缺點(diǎn)v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v1）測量準(zhǔn)確度高）測量準(zhǔn)確度高v2) 測量下限比較低（幾個(gè)測量下限比較低（幾個(gè)s）v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：v1）對樣品的尺寸及幾何形狀有一定要求）對樣品的尺寸及幾何形狀有一定要求v2）需制備一定要求的歐姆接觸。）需制備一定要求的歐姆接觸。v（4）直流光電導(dǎo)衰退法測試的影響因素：）直流光電導(dǎo)衰退法測試的影響因素：v1）電場強(qiáng)度）電場強(qiáng)度:v 電場過大時(shí)，產(chǎn)生的少子在電場作用下飄移過快，還沒來電場過大時(shí)，產(chǎn)生的少子在電場作用下飄移過

42、快，還沒來得及復(fù)合就被被電場牽引出半導(dǎo)體外，顯然測得的少子壽命得及復(fù)合就被被電場牽引出半導(dǎo)體外，顯然測得的少子壽命值偏低。因此有一個(gè)值偏低。因此有一個(gè)“臨界電場臨界電場”確保少子飄移不會引起測確保少子飄移不會引起測試值的偏差，因此滿足：試值的偏差，因此滿足：v2）注入比）注入比:(p/n0)va、當(dāng)小注入時(shí)，即、當(dāng)小注入時(shí)，即p/n01%，則，則V/V0 1%,= =v vvb b、當(dāng)大注入時(shí)，即當(dāng)大注入時(shí)，即p/n01%，則，則V/V0 1%,= =v v（1- 1- V/V0 ）v3）表面復(fù)合的修正）表面復(fù)合的修正v當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)注入非平衡載流子后，有兩個(gè)復(fù)合中心：體內(nèi)雜當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)注入非平衡載

43、流子后，有兩個(gè)復(fù)合中心：體內(nèi)雜質(zhì)、缺陷產(chǎn)生的復(fù)合中心、表面能級復(fù)合中心，使非平衡載質(zhì)、缺陷產(chǎn)生的復(fù)合中心、表面能級復(fù)合中心，使非平衡載流子逐漸衰減。則有流子逐漸衰減。則有v要保證測量的準(zhǔn)確，表觀壽命要大于體壽命的一半，表面復(fù)要保證測量的準(zhǔn)確，表觀壽命要大于體壽命的一半，表面復(fù)合不能大于體復(fù)合。對樣品的要求：合不能大于體復(fù)合。對樣品的要求：a）要求盡量使用較大尺寸的樣品測量，減小比表面積）要求盡量使用較大尺寸的樣品測量，減小比表面積b）測量時(shí)，使用帶有濾光片的貫穿光，光源波長約）測量時(shí)，使用帶有濾光片的貫穿光，光源波長約1.1m,以減少少數(shù)載流子的影響以減少少數(shù)載流子的影響v表面復(fù)合影響較大時(shí)，

44、非平衡載流子的衰減偏離指數(shù)曲線，表面復(fù)合影響較大時(shí)，非平衡載流子的衰減偏離指數(shù)曲線，測量的壽命比實(shí)際壽命值要短，所以按以上公式進(jìn)行修正。測量的壽命比實(shí)際壽命值要短，所以按以上公式進(jìn)行修正。此時(shí)對樣品的要求：此時(shí)對樣品的要求：va） 對表面進(jìn)行研磨或噴砂；對表面進(jìn)行研磨或噴砂；vb）樣品的尺寸和形狀：樣品越小，即其比表面積越大，表）樣品的尺寸和形狀：樣品越小，即其比表面積越大，表面復(fù)合作用的影響也越大面復(fù)合作用的影響也越大v4）光照面積）光照面積v測量時(shí)，要求光照射導(dǎo)樣品的中央，此時(shí)輸出信號強(qiáng)度最大。測量時(shí)，要求光照射導(dǎo)樣品的中央，此時(shí)輸出信號強(qiáng)度最大。若光照在樣品邊緣，電極附近的非平衡載流子容

45、易被電場掃若光照在樣品邊緣，電極附近的非平衡載流子容易被電場掃到電極上，從而加快非平衡載流子的衰減，導(dǎo)致測試壽命偏到電極上，從而加快非平衡載流子的衰減，導(dǎo)致測試壽命偏低。要求光照限制在低。要求光照限制在1/4正中央面積上。正中央面積上。v2、高頻光電導(dǎo)衰退法、高頻光電導(dǎo)衰退法v（1）高頻光電導(dǎo)衰退法的測試裝置和原理基本與直流光電）高頻光電導(dǎo)衰退法的測試裝置和原理基本與直流光電導(dǎo)相同，只是用高頻電源代替了直流電源，且此方法用導(dǎo)相同，只是用高頻電源代替了直流電源，且此方法用電容電容耦合耦合的方法，如圖所示的方法，如圖所示v（2）測試原理）測試原理v如圖所示，為高頻光電導(dǎo)衰退法測試的有效電路。如圖所

46、示，為高頻光電導(dǎo)衰退法測試的有效電路。v當(dāng)無光照時(shí)，高頻電磁場（當(dāng)無光照時(shí)，高頻電磁場（30MHz)的作用，由高頻源流經(jīng)的作用，由高頻源流經(jīng)樣品，電阻樣品，電阻R2的電流：的電流：v當(dāng)樣品受到光照時(shí)，樣品中產(chǎn)生非平衡載流子，其電導(dǎo)率增當(dāng)樣品受到光照時(shí)，樣品中產(chǎn)生非平衡載流子，其電導(dǎo)率增加，電阻減小，因此樣品兩端的高頻電壓下降，因此高頻電加，電阻減小，因此樣品兩端的高頻電壓下降，因此高頻電流的幅值增加。則有流的幅值增加。則有v當(dāng)光照停止后，非平衡少數(shù)載流子按指數(shù)衰減，逐漸復(fù)合而當(dāng)光照停止后，非平衡少數(shù)載流子按指數(shù)衰減，逐漸復(fù)合而消失，直到回到無光照時(shí)的狀態(tài)，此過程中電流是一個(gè)調(diào)幅消失，直到回到無

47、光照時(shí)的狀態(tài)，此過程中電流是一個(gè)調(diào)幅波，有波，有v相應(yīng)匹配電阻相應(yīng)匹配電阻R2上的電壓也是一個(gè)高頻調(diào)幅波，如圖所示：上的電壓也是一個(gè)高頻調(diào)幅波，如圖所示：v則有則有v 因此，只要滿足因此，只要滿足小注入小注入的條件，的條件，R2兩端電壓成指兩端電壓成指數(shù)衰減，可以代表非平衡少數(shù)載流子的衰減規(guī)律，數(shù)衰減，可以代表非平衡少數(shù)載流子的衰減規(guī)律，所以可以通過電壓信號測得壽命值。所以可以通過電壓信號測得壽命值。v 再通過檢波器和旁路電容進(jìn)行檢波濾波，在示波再通過檢波器和旁路電容進(jìn)行檢波濾波，在示波器得到電壓的衰減曲線，通過其電壓曲線測量少子器得到電壓的衰減曲線，通過其電壓曲線測量少子壽命的大小。壽命的大

48、小。(3)高頻光電導(dǎo)衰退法的特點(diǎn)高頻光電導(dǎo)衰退法的特點(diǎn)(最廣泛的一種測試方法最廣泛的一種測試方法)v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v1）樣品無需切割）樣品無需切割v2）測量不必制備歐姆電阻）測量不必制備歐姆電阻v3）依靠電容耦合，樣品不易受污染）依靠電容耦合，樣品不易受污染v4）測試簡單）測試簡單v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：v1）儀器線路復(fù)雜，干擾大）儀器線路復(fù)雜，干擾大v2）測量壽命下限高）測量壽命下限高(受脈沖余輝的限制受脈沖余輝的限制）v（4）高頻光電導(dǎo)衰退法測試儀（高頻光電導(dǎo)衰退法測試儀（LT-1）測試儀示波器v設(shè)備配置及參數(shù)設(shè)備配置及參數(shù)v壽命測試范圍：壽命測試范圍：106000s按測量標(biāo)準(zhǔn)對儀器設(shè)備的要求，本儀器

49、設(shè)備配有：按測量標(biāo)準(zhǔn)對儀器設(shè)備的要求，本儀器設(shè)備配有：2.1 光脈沖發(fā)生裝置光脈沖發(fā)生裝置重復(fù)頻率重復(fù)頻率25次次/s 脈寬脈寬60s 光脈沖關(guān)斷時(shí)間光脈沖關(guān)斷時(shí)間5s紅外光源波長：紅外光源波長：1.061.09m（測量硅單晶）（測量硅單晶） 脈沖電源：脈沖電源：5A20A2.2 高頻源高頻源 頻率：頻率：30MHz 低輸出阻抗低輸出阻抗 輸出功率輸出功率1W2.3 放大器和檢波器放大器和檢波器頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：3Hz1MHz2.4 配用示波器配用示波器配用示波器：頻帶寬度不低于配用示波器：頻帶寬度不低于10MHz Y軸增益及掃描速度軸增益及掃描速度均應(yīng)連續(xù)可調(diào)均應(yīng)連續(xù)可調(diào) v操作方法操作方

50、法:（標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法）v1、合上少子壽命測試儀和示波器電源開關(guān)，使儀器預(yù)熱、合上少子壽命測試儀和示波器電源開關(guān)，使儀器預(yù)熱10分鐘。分鐘。v2、將清潔處理后的樣品置于電極上面，為提高靈敏度，請、將清潔處理后的樣品置于電極上面，為提高靈敏度，請?jiān)陔姌O上涂抹一點(diǎn)自來水。在電極上涂抹一點(diǎn)自來水。v3、打開光電源開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓，粗調(diào)掃描速度，使示、打開光電源開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓，粗調(diào)掃描速度，使示波器上出現(xiàn)清晰的衰減曲線，且頭部略高于坐標(biāo)點(diǎn)（波器上出現(xiàn)清晰的衰減曲線，且頭部略高于坐標(biāo)點(diǎn)（0，6），），衰減曲線的尾部相切于衰減曲線的尾部相切于X軸。軸。v4、調(diào)整示波器相關(guān)旋鈕（電平，、調(diào)整示波器

51、相關(guān)旋鈕（電平，Y軸衰減，微調(diào)軸衰減，微調(diào)X軸掃描速軸掃描速度，垂直增益及曲線的上下左右位置等），使儀器輸出的指度，垂直增益及曲線的上下左右位置等），使儀器輸出的指數(shù)衰減光電導(dǎo)信號波形盡量標(biāo)準(zhǔn)曲線重合。數(shù)衰減光電導(dǎo)信號波形盡量標(biāo)準(zhǔn)曲線重合。v5、讀數(shù)并計(jì)算、讀數(shù)并計(jì)算=L.S(s=L.S(s掃描速度，掃描速度，LXLX軸的刻度）軸的刻度）v（5）側(cè)準(zhǔn)因素的分析）側(cè)準(zhǔn)因素的分析v1）嚴(yán)格控制在）嚴(yán)格控制在“注入比注入比1%”的范圍內(nèi)。一般取使注入比近的范圍內(nèi)。一般取使注入比近似等于似等于 V /V。（。（若樣品為高阻時(shí)，若樣品為高阻時(shí)， V /V 1%，若為低阻，若為低阻時(shí)，時(shí)， V /V 0.

52、35%）v減少注入比的方法：減少注入比的方法：va ）調(diào)節(jié)氙燈的閃光電壓。）調(diào)節(jié)氙燈的閃光電壓。vb ）加濾波片。）加濾波片。vc）加光闌，限制光通量。）加光闌，限制光通量。v2）衰減曲線的初始部分為快速衰減（）衰減曲線的初始部分為快速衰減（由于表面復(fù)合引起由于表面復(fù)合引起），），在測量中要去除。如圖所示。在測量中要去除。如圖所示。va、用濾波片去掉非貫穿光，減小少子；、用濾波片去掉非貫穿光，減小少子；vb、讀數(shù)時(shí)要將信號幅度的頭部去掉再讀數(shù)。、讀數(shù)時(shí)要將信號幅度的頭部去掉再讀數(shù)。v3）陷阱效應(yīng)的影響）陷阱效應(yīng)的影響v陷阱效應(yīng)陷阱效應(yīng)：由于某種原因，半導(dǎo)體中出現(xiàn)了非平衡載流子，：由于某種原因，

53、半導(dǎo)體中出現(xiàn)了非平衡載流子，從而造成半導(dǎo)體內(nèi)部的雜質(zhì)能級上電子數(shù)目增加或者減少，從而造成半導(dǎo)體內(nèi)部的雜質(zhì)能級上電子數(shù)目增加或者減少，使得雜質(zhì)具有收容電子或者空穴的作用，就是陷阱效應(yīng)。使得雜質(zhì)具有收容電子或者空穴的作用，就是陷阱效應(yīng)。v一般情況下，這些落入陷阱的非平衡載流子需要一定時(shí)間才一般情況下，這些落入陷阱的非平衡載流子需要一定時(shí)間才能釋放出來，因此導(dǎo)致少子壽命偏大。使曲線出現(xiàn)能釋放出來，因此導(dǎo)致少子壽命偏大。使曲線出現(xiàn)“拖尾拖尾巴巴”。如左圖所示：。如左圖所示：v去除陷阱效應(yīng)的措施：去除陷阱效應(yīng)的措施：va、樣品加底光照，或讓光激發(fā)的載流子填滿陷、樣品加底光照，或讓光激發(fā)的載流子填滿陷阱，使陷阱在測試中失去俘獲非平衡載流子的阱，使陷阱在測試中失去俘獲非平衡載流子的能