少子寿命测试
高频光电导法测少子寿命
实验6高频光电导法测少子寿命学习目标1、掌握高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命的实验原理；2、掌握高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命的实验方法；3、完成高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命的实验内容；4、加深理解少数载流子寿命与半导体其它半导体物理参数的关系。
建议学时：2学时原理半导体中非平衡少子寿命是是表征半导体单晶材料质量的重要物理量，与半导体中杂质、晶体结构缺陷直接有关。
少子寿命测量是半导体的常规测试项目之一。
光电导衰减法是指利用脉冲光在半导体中激发出非平衡载流子，导致半导体的体电阻发生改变，通过测量体电阻或两端电压的变化规律获得半导体中非平衡少子的寿命。
光电导衰减法又分为直流光电导衰减法、高频光电导衰减法和微波光电导衰减法，分别采用直流、高频电流以及微波加载在半导体样品上检测非平衡载流子的衰减过程。
直流法是标准方法，高频法使用方便，常用来检验单晶质量，而微波法常用于器件工艺线上测试晶片的工艺质量。
此外，还有扩散长度法、双脉冲法、漂移法以及光磁电法等测量寿命的方法。
本实验采用高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命。
1、理论基础当用能量大于半导体禁带宽度的光照射样品时，在样品中激发产生非平衡电子和空穴。
若样品中没有明显的陷阱效应，那么非平衡电子（∆n ）和空穴(∆p)的浓度相等，即∆n =∆p 。
即使在小注入的情况下，注入的非平衡少子的浓度也比热平衡状态少子的浓度大得多，所以在半导体中非平衡少子往往起着重要作用，通常所说的非平衡载流子都是指非平衡少子。
光注入的非平衡载流子必然导致半导体电导率增大，引起的附加电导率为)(n p n p p q n q p q μμμμσ+∆=∆+∆=∆ （1）其中：q 为电子电荷;µp 和µn 分别为空穴和电子的迁移率。
附加电导率可以采用如图1所示电路观察。
图1 光电导衰减法测量非平衡少子寿命原理图图2-18中电阻R 比半导体电阻r 大很多，无论是否光照，半导体中的电流I 几乎是恒定的，半导体上的电压降V=Ir 。
少子寿命测试仪操作规程
WT-2000（少子寿命测试）操作规程一目的测量硅片的少子寿命及电阻率二适用范围适用于similab公司的WT2000型号的椭偏仪硬件部分：1、依次接通DOS主机（上），windows主机（下）的电源。
2、打开真空泵。
3、确保测试箱内没有待测样品，关闭测试箱盖。
软件部分：1、双击桌面快捷方式，进入WT-2000软件界面，窗体左下角的状态栏显示为“WS5.10OK”。
2、在菜单栏选择“Measure-Initialize”，对仪器进行初始化。
（注意：在每次重启DOS机后都需要进行一次初始化，否则仪器无法进行测量。
初始化完成后“Initialize”变为不可选）3、在菜单栏“Measure-Mode”或主窗体的工具栏，选择测量模式为u-PCD。
4、在菜单栏选择“Measure-Load sample”，并弹出对话框要求放置样品。
此时打开测试箱盖并将待测硅片平放在测试平台上。
点击对话框的“OK”按钮，仪器将自动加载并对硅片扫描定位。
5、在自动定位完成后，选择“Measure-Autosetting”，仪器进行自校正。
选择测量精度（如右图中的Ｒaster）为４ｍｍ，随后选择“Measure-Map”，便可对硅片扫描作图。
6、选择“File-Save”，保存测量结果到指定路径。
注意事项：1、在仪器进行“初始化“、”自校正“等过程中不要进行其他操作，以免造成死机。
2、在加载硅片时，注意探头不要与硅片接触，以免损坏探头。
3、在”自校正“及作图时一定要盖上测试箱盖，以确保测量数据的准确。
4、使用完毕后，检查测试箱内卫生情况保证其干净整齐。
半导体少子寿命测量实验
实验：半导体少子寿命的测量一．实验的目的与意义非平衡少数载流子（少子）寿命是半导体材料与器件的一个重要参数。
其测量方法主要有稳态法和瞬态法。
高频光电导衰退法是瞬态测量方法，它可以通过直接观测少子的复合衰减过程测得其寿命。
通过采用高频光电导衰退法测量半导体硅的少子寿命，加深学生对半导体非平衡载流子理论的理解，使学生学会用高频光电导测试仪和示波器来测量半导体少子寿命。
二．实验原理半导体在一定温度下，处于热平衡状态。
半导体内部载流子的产生和复合速度相等。
电子和空穴的浓度一定，如果对半导体施加外界作用，如光、电等，平衡态受到破坏。
这时载流子的产生超过了复合，即产生了非平衡载流子。
当外界作用停止后，载流子的复合超过产生，非平衡少数载流子因复合而逐渐消失。
半导体又恢复平衡态。
载流子的寿命就是非平衡载流子从产生到复合所经历的平均生存时间，以来表示。
下面我们讨论外界作用停止后载流子复合的一般规律。
当以恒定光源照射一块均匀掺杂的n 型半导体时，在半导体内部将均匀地产生非平衡载流子Δn 和Δp 。
设在t=0时刻停止光照，则非平衡载流子的减少-d Δp /dt 应等于非平衡载流子的复合率Δp （t ）/τ。
1/τ为非平衡载流子的复合几率。
即： ()τt p dt p d ∆=∆- （1-1） 在小注入条件下，τ为常量，与Δp （t ）无关，这样由初始条件：Δp （0）=（Δp ）0可解得：()τt ep t p -∆=∆0 （1-2）由上式可以看出： 1、 非平衡载流子浓度在光照停止后以指数形式衰减，Δp （∝）=0,即非平衡载流子浓度随着时间的推移而逐渐消失。
2、 当t=τ时，Δp （τ）=（Δp ）0/e 。
即寿命τ是非平衡载流子浓度减少到初始值的1/e 倍所经过的时间。
因此，可通过实验的方法测出非平衡载流子对时间的指数衰减曲线，由此测得到少子寿命值τ。
图1-1 高频光电导衰退法测量原理图高频光电导衰减法测量原理如图1-1所示。
少子寿命实验报告
一、实验目的1. 了解光电导法测试少数载流子寿命的原理。
2. 熟练掌握LTX2高频光电导少数载流子寿命测试仪的使用方法。
3. 测量非平衡载流子的寿命。
二、实验原理少子寿命是指半导体材料中少数载流子的平均生存时间。
在半导体器件中，少数载流子的寿命对器件的性能具有重要影响。
光电导衰减法是测量少数载流子寿命的一种常用方法。
其原理是在样品上施加一定频率的高频电场，使样品中的载流子产生振荡，从而产生光电导现象。
通过测量光电导衰减曲线，可以计算出少数载流子的寿命。
三、实验仪器与材料1. 仪器：LTX2高频光电导少数载流子寿命测试仪、样品测试夹具、示波器、信号发生器、频率计、稳压电源等。
2. 材料：样品（如硅单晶、锗单晶等）、光注入源、腐蚀液、钝化液等。
四、实验步骤1. 准备样品：将样品进行清洗、切割、抛光等处理，使其表面光滑、平整。
2. 设置实验参数：根据样品类型和测试要求，设置合适的测试频率、测试时间等参数。
3. 连接仪器：将样品夹具、信号发生器、示波器、频率计、稳压电源等仪器连接好，确保连接正确、牢固。
4. 光注入：使用光注入源对样品进行光注入，产生非平衡载流子。
5. 测量光电导衰减曲线：打开测试仪，记录光电导衰减曲线。
6. 数据处理：对光电导衰减曲线进行拟合，计算少数载流子的寿命。
五、实验结果与分析1. 光电导衰减曲线：实验测得的光电导衰减曲线如图1所示。
图1 光电导衰减曲线2. 少子寿命计算：根据光电导衰减曲线，拟合得到少数载流子的寿命为5.6×10^-6 s。
3. 影响因素分析：（1）样品材料：不同材料的样品，其少子寿命不同。
例如，硅单晶的少子寿命一般比锗单晶长。
（2）样品制备：样品的制备过程对少子寿命有较大影响。
如样品表面粗糙度、杂质浓度等都会影响少子寿命。
（3）光注入强度：光注入强度越大，产生的非平衡载流子越多，从而影响少子寿命。
（4）测试参数：测试频率、测试时间等参数对少子寿命的测量结果有一定影响。
高频光电导法测少子寿命
实验6高频光电导法测少子寿命学习目标1、掌握高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命的实验原理；2、掌握高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命的实验方法；3、完成高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命的实验内容；4、加深理解少数载流子寿命与半导体其它半导体物理参数的关系。
建议学时：2学时原理半导体中非平衡少子寿命是是表征半导体单晶材料质量的重要物理量，与半导体中杂质、晶体结构缺陷直接有关。
少子寿命测量是半导体的常规测试项目之一。
光电导衰减法是指利用脉冲光在半导体中激发出非平衡载流子，导致半导体的体电阻发生改变，通过测量体电阻或两端电压的变化规律获得半导体中非平衡少子的寿命。
光电导衰减法又分为直流光电导衰减法、高频光电导衰减法和微波光电导衰减法，分别采用直流、高频电流以及微波加载在半导体样品上检测非平衡载流子的衰减过程。
直流法是标准方法，高频法使用方便，常用来检验单晶质量，而微波法常用于器件工艺线上测试晶片的工艺质量。
此外，还有扩散长度法、双脉冲法、漂移法以及光磁电法等测量寿命的方法。
本实验采用高频光电导衰减法测量半导体单晶中少子寿命。
1、理论基础当用能量大于半导体禁带宽度的光照射样品时，在样品中激发产生非平衡电子和空穴。
若样品中没有明显的陷阱效应，那么非平衡电子（∆n ）和空穴(∆p)的浓度相等，即∆n =∆p 。
即使在小注入的情况下，注入的非平衡少子的浓度也比热平衡状态少子的浓度大得多，所以在半导体中非平衡少子往往起着重要作用，通常所说的非平衡载流子都是指非平衡少子。
光注入的非平衡载流子必然导致半导体电导率增大，引起的附加电导率为)(n p n p p q n q p q μμμμσ+∆=∆+∆=∆ （1）其中：q 为电子电荷;µp 和µn 分别为空穴和电子的迁移率。
附加电导率可以采用如图1所示电路观察。
图1 光电导衰减法测量非平衡少子寿命原理图图2-18中电阻R 比半导体电阻r 大很多，无论是否光照，半导体中的电流I 几乎是恒定的，半导体上的电压降V=Ir 。
少子寿命测试原理
EC
ED
EC
EV
EV
EA
• P型掺杂(III族)：B、Al、Ga、In • N型掺杂(V族)：P、As、Sb • 均为浅能级杂质
• 常温下，非重掺，P型硅的空穴浓度等于 P型掺杂剂浓度；N型硅的电子浓度等于 N型掺杂剂浓度。
• P型硅的载流子绝大部分为空穴。空穴为多 数载流子(majority carrier)，简称多子；电 子为少数载流子(minority carrier)，简称少 子。
• N型硅的载流子绝大部分为电子。电子为多 子，空穴为少子。
3. 非平衡载流子
• 平衡状态下，电子空穴对的产生和复合 率相等。电子和空穴浓度n、p不变。
EC
产生 复合
EV
• 受外界因素(光照、载流子注入等)影响比 平衡状态下多出来的载流子。
EC
hν
非平衡载流子浓 度为Δn、Δp。
Δn = Δp
EV
位错
• 在多晶硅铸造过程中，由于热应力的作 用会导致位错的产生。另外，各种沉淀 的生成，及由于晶格尺寸的不匹配也会 导致位错的产生。这些位错本身就具有 悬挂键，存在电学活性，降低少数载流 子的寿命而且金属在此极易偏聚，对少 数载流子的降低就更加严重。
• SRH(Shockley-Read-Hall)模型
τn0和τp0分别是电子和空穴的俘获时间常 数。n1和p1分别为费米能级处于复合中心 能级Et时电子和空穴的浓度。
1. 复合中心能级Et越深少子寿命越小，所 以深能级杂质对少子寿命影响极大，即 使少量深能级杂质也能大大降低少子寿 命。过渡金属杂质往往是深能级杂质， 如Fe、Cr、Mo等杂质。
• 2. 电阻率的影响 • 随着电阻率的增大，少子寿命也不断增 大。
少子寿命测试实验报告
少子寿命测试实验报告一、实验目的和任务1、了解光电导法测试少数载流子寿命的原理，熟练掌握LTX2高频光电导少数载流子寿命测试仪的使用方法；2、测非平衡载流子的寿命。
二、实验原理处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度是一定的。
这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。
半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。
如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。
处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度不再是X和X，可以比它们多出一部分。
比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，有时也称过剩载流子。
寿命的全称是非平衡少数载流子寿命，它的含意是单晶在受到如光照或点触发的情况下会在表面及体内产生新的（非平衡）载流子，当外界作用撤消后，它们会通过单晶体内由重金属杂质和缺陷形成的复合中心逐渐消失，杂质、缺陷愈多非平衡载流子消失得愈快，在复合过程中少数载流子起主导和决定的作用。
这些非平衡少数载流子在单晶体内平均存在的时间就简称少子寿命。
通常寿命是用实验方法测量的。
各种测量方法都包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。
最常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法很多。
不同的注入和检测方法的组合就形成了许多寿命测量方法。
三、实验设备本实验采用LTX2高频光电导少数载流子寿命测试仪。
该仪器灵敏度高，配备有红外光源，可测量包括集成电路级硅单晶在内的各种类型硅单晶及常用的晶体管级锗单晶。
该仪器根据国际通用方法—高频光电导衰退法的原理设计，由稳压电源、高频源、检波放大器、脉冲光源及样品电极共五部分组成，采用印刷电路和高频接插件连接。
整机结构紧凑，测量数据准确、可靠。
四、实验结论实验通过测电压间接的少子寿命指少子的平均生存时间，寿命标志少子浓度减少到原值的1/e所经历的时间，实验中便通过测量最高点电压减少到原值的1/e所经历的时间，与最高点多少无关；当样品含有重金属且存在缺陷时，会产生杂质能级，成为少子的复合中心，从而寿命降低。
1.少子寿命测试及微波光电导衰退法
钝化前和钝化后的少子寿命值，图 1.1 作出了钝化前和钝化后的趋势。
表 1.3 钝化前和钝化后的少子寿命（单位为μs）
1 钝化前 钝化后 1.60 4.67
2 1.48 4.53
3 1.53 4.72
4 1.49 4.49
5 1.47 4.57
6 1.51 4.63
钝化前和钝化后少子寿命测试结果比较
表 1.1 几种少子寿命的测试技术
少子注入方式
测试方法 直流光电导衰退 表面电压法 交流光电流的相位 微波光电导衰减法 红外吸收法 电子束激励电流（SEM）
测定量 τ L（τB） τB τ τ τB，S
测量量范围 τ﹥10 s 1<L<500μm τB﹥10-8s τ﹥10-7s τ﹥10-5s τ﹥10-9s
-7
特性 τ的标准测试方法 吸收系数α值要精确 调制广的正弦波 非接触 非接触法光的矩形波 适于低阻
光注入
电子束
微波光电导衰退法测试少子寿命，包括光注入产生电子-空穴对和微波探测信号的变化 两个过程。激光注入产生电子-空穴对，样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率 随时间指数衰减， 这种趋势反映了少子的衰减趋势， 则可以通过观测电导率随时间变化的趋 势可以测少子的寿命。 而微波信号时探测电导率的变化， 依据微波信号的变化量与电导率的 变化量成正比的原理。 微波光电导衰减法（如 WT-1000B 少子寿命测试仪）测试的是半导体的有效寿命，实际 上包括体寿命和表面寿命。 测试少子寿命可有下式表示：
B
D=（4.63-1.56）=3.07。即，y=x+3.07，则设置后测试结果接近体寿命。 这样只是简单设置，要想得到更接近的值，需要做大量的实验和数据，统计结果，分 析后会得到更为接近体寿命的系数及数值。
半导体物理实验——高频光电导法测少子寿命
实验报告一、实验目的和任务1、了解光电导法测试少数载流子寿命的原理，熟练掌握LT-2高频光电导少数载流子寿命测试仪的使用方法；2、测非平衡载流子的寿命。
二、实验原理处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度是一定的。
这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。
半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。
如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。
处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度不再是n0和p0，可以比它们多出一部分。
比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，有时也称过剩载流子。
图3.1 光注入引起附加光电导寿命的全称是非平衡少数载流子寿命，它的含意是单晶在受到如光照或点触发的情况下会在表面及体内产生新的（非平衡）载流子，当外界作用撤消后，它们会通过单晶体内由重金属杂质和缺陷形成的复合中心逐渐消失，杂质、缺陷愈多非平衡载流子消失得愈快，在复合过程中少数载流子起主导和决定的作用。
这些非平衡少数载流子在单晶体内平均存在的时间就简称少子寿命。
图3.2 非平衡载流子随时间指数衰减曲线通常寿命是用实验方法测量的。
各种测量方法都包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。
最常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法很多。
不同的注入和检测方法的组合就形成了许多寿命测量方法。
三、实验设备本实验采用LT-2高频光电导少数载流子寿命测试仪。
该仪器灵敏度高，配备有红外光源，可测量包括集成电路级硅单晶在内的各种类型硅单晶及常用的晶体管级锗单晶。
该仪器根据国际通用方法—高频光电导衰退法的原理设计，由稳压电源、高频源、检波放大器、脉冲光源及样品电极共五部分组成，采用印刷电路和高频接插件连接。
整机结构紧凑，测量数据准确、可靠。
图3.7 单晶少子寿命测试仪和示波器连接示意图四、实验结论实验通过测电压间接的少子寿命指少子的平均生存时间，寿命标志少子浓度减少到原值的1/e所经历的时间，实验中便通过测量最高点电压减少到原值的1/e所经历的时间，与最高点多少无关；当样品含有重金属且存在缺陷时，会产生杂质能级，成为少子的复合中心，从而寿命降低。
半导体少子寿命测量技术(课件)
✓ 少数载流子定义 ✓ 少数载流子寿命 ✓ 测量原理 ✓ 测量结果
少子寿命测量技术
少数载流子：
是指半导体中数量上占少数的载 流子。在硼搀杂的P型半导体中， 电子是少数载流子；反之，在磷 搀杂的N型半导体中，空穴是少数 载流子。
少子寿命测量技术
少数载流子寿命：
是指半导体材料在外界注入（光或热） 下，少数载流子从最大值衰减到无注 入时的初值之间的时间。寿命值越大， 相应的材料质量越好。
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少子寿命测量技术
去除硅片损伤层 制绒
扩散前清洗 磷扩散
去除磷硅玻璃
少子寿 命测量
淀积光学减反射膜
丝网印刷电极及背面场
金属化
分类检测
少子寿命测量技术
测量原理：
在稳态和准稳态情况下，产生和复合相等， 通过测量已知量求出有效的少子寿命。
w
J ph
q
ndx
0
eff
qnavW
eff
w
L q 0 (nn p p )dx qnav (n p )W
eff
L J ph (n p )
少子寿命测量技术
测量结果：
少子寿命测量技术
太阳级硅材料少子寿命测试技术与仪器_图文_图文
- 少子寿命测试的方法
• 测量方法都包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。最 常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方 法很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变 化等，这样组合就形成了许多寿命测试方法, 如: 直流光电导 衰减; 高频光电导衰减; 表面光电压; 微波光电导衰减等
trapping effects. Measurement of bulk lifetime is only possible with bias light due to surface damages introduced during nitride film deposition.
Lifetime measurement on nitrid coated samples
多功能扫描系统，可选配：
u-PCD / carrier lifetime （少子寿命） SPV / diffusion length （扩散长度） LBIC / photovoltaic response （光诱导电流） bias light for all aboves （各种偏置光） reflectance / efficiency loss （反射率测试） eddy current resistivity （电阻率测试） thickness and thickness variation （厚度测试） Non-contact sheet resistance （方块电阻测试)
acts like natural sunlight and provides investigation of carrier lifetime under working conditions.
In case of nitrid passivated silicon wafers bias light is necessary for compensating
少子寿命测试
半导体少子寿命测量
实验内容与目的
1.
采用高频光电导衰退法测量单晶硅片的少子寿命。
并观察光源经滤光片滤光后测试曲线的变化。
2. 加深学生对半导体非平衡载流子理论的理解；学会使用高频光电导测试仪和示波器来测量半导体少子寿命。
实验仪器与原理
1． 采用自制的HM-HLT 型高频光电导少子寿命测试仪和示波器进行测试。
2． 对硅片上施加光注入，光照停止后，非平衡载流子衰减：()τt e p t p -∆=∆0,
寿命τ是非平衡载流子浓度减少到初始值的1/e 倍所经过的时间。
实验步骤
1． 将测试仪与示波器连接，待测Si 片放入样品仓，打开示波器电源，示波器的“输入”旋钮放在交流，“扫描方式”旋钮放在自动，调节“位移”旋钮，使光标成为一条直线，与显示屏上的标准曲线的横轴相重合。
2． 打开少子寿命仪电源，调节“频率调节”、“光强调节”旋钮，频率约在1-2H Z ，光强旋钮约为230V 。
在测量时，如果图形曲线发生截波失真现象
则应将光强幅度减小。
3． 调节示波器，先将“扫描方式”旋钮放在常态，对示波器显示系统进行粗调，主要调节“电压/格”，“时间/格”旋钮，并用“电平”旋钮调整，将荧光曲线调节到与标准曲线吻合。
4． 最后用“电压/格” 旋钮的微调使荧光曲线与标准曲线完全重合，如遇图形曲线有杂波，可以通过继续微调“电平”旋钮来改善图形的质量。
记录示波器的“电压/格”，“时间/格”值。
5．
观查在硅片上叠放滤光片与不叠放滤光片时，示波器显示曲线的变化。
少子寿命测试
少子寿命测试 IR载流子密度成像 －－－－ IR载流子密度成像 CDI） （CDI） 特点：
无接触的，全光学的， 无接触的，全光学的，载流子寿命空间分布的测量技术 。使用锁相技 术，分辨率很高
与MW-PCD比较： MW-PCD比较： 比较
MW-PCD：微分寿命值分布，测试时间较长（10×10 cm2，高注入，2 MW-PCD：微分寿命值分布，测试时间较长（10× 高注入， 小时） 小时） CDI： CDI：实际寿命值分布图 ，测试时间短（ 10×10 cm2，低注入，几秒 测试时间短（ 10× 低注入， 钟），CDI技术适合于太阳电池生产在线测试 ），CDI技术适合于太阳电池生产在线测试
2）表面SRH复合 ）表面SRH复合
系 衬 底 掺 杂
最 大 体 复 浓 度 寿 的 关 与 命 合
关 系 剩 载 流 子 浓 度
过 最 大 体 复 合 寿 命 的 与
不同纯度硅的掺杂浓度与少子寿命的关系
少子寿命测试
有效寿命：表面对测试结果的影响 有效寿命：
Si片前后表面的复合速度为S Si片的厚度为W Si片前后表面的复合速度为S，Si片的厚度为W，体材料 中载流子的扩散系数为D 中载流子的扩散系数为Db
G=
∆n
τ eff
2.3 准稳态光电导（QSSPC） 准稳态光电导（QSSPC） 光照强度缓慢变化 ，非常好地测试短 和长寿命 。大信号方法 ∆n(t ) τ eff = ∂∆n G (t ) − ∂t
少子寿命测试 －－－QSSPC －－－QSSPC
测量要求： 测量要求：
1：绝对测量过剩载流子密度∆n的值 2：同时也需要准确测量产生率，通过一个光电探测器测量（例如一个校 准的太阳能电池） 进行测量 ，对于标准太阳能谱，能量大于Si W 能隙的光子密度为Nph＝2.7×1017cm-2s-1 ，W为样品的厚度，fabs为吸收份额 单位体积的产生率 G =
少子寿命测试仪安全操作及保养规程
少子寿命测试仪安全操作及保养规程前言少子寿命测试仪是一种专业的电器设备，用来测试半导体器件的可靠性。
然而，这种设备需要谨慎使用和保养，以确保其长期的稳定性和可靠性。
本文将介绍少子寿命测试仪的安全操作和保养规程，希望能对用户有所帮助。
安全操作1. 着装要求在使用少子寿命测试仪之前，必须穿戴符合要求的工作服装、防护手套、护目镜等防护设备。
工作服装应符合统一的标准，包括紧身的长袖上衣、宽松的长裤、但不得佩戴裙子等可碰触地面的衣物，防护手套应符合防静电要求，避免直接接触测试设备和样品。
2. 电器安全在使用少子寿命测试仪之前，必须确保其所用电路都符合安全要求，电源接口应插入保险装置，并确保接地良好。
在使用过程中，不要使用带有电源指示灯的插座，以防止误触开关或拔插电源时导致触电。
3. 防静电少子寿命测试仪是一种精密仪器，对静电非常敏感。
因此，在使用过程中，必须保持其周边环境处于干燥、无风、无尘的状态。
工作台面应使用静电防护材料，并使用防爆防静电开关，以防止人为操作时误触或爆炸。
4. 样品安全样品应在环境温度适宜的前提下进行测试。
在测试过程中，必须防止样品与其他设备或物品接触，并确保样品与测试设备之间的接触稳定。
如果样品长时间加热，必须确保其表面不会产生过热，导致烧坏样品或带来其他安全隐患。
保养规程1. 设备清洁在使用少子寿命测试仪之前，必须先将测试仪器内部和外部进行清洁，以确保测试信号稳定准确。
工作过程中，设备表面会产生积灰或油脂等污垢，需及时清理。
数据传输线、测试治具和探针等零部件也需定期维护和清洗，保证设备正常运作。
2. 维护电子元件和电路设备运行时间较长，就需要对电子元件和电路进行检查和更换。
定期检查电源、稳压器、放大器等电子元件，确保它们能够正常运作。
同时，也需密切关注测试仪的各个电路和热平衡，及时找出阻碍设备运行的故障点，并进行维修和更换。
3. 不同温度下运行少子寿命测试仪主要是对样品进行高温、高压、高频的测试，短时间内可能会产生不同程度的损伤。
少子寿命测量
高频光电导衰减法测量Si 中少子寿命预习报告:一，什么是少子寿命？少子，即少数载流子。
少子寿命指少子的平均生存时间，寿命标志少子浓度减少到原值的1/e 所经历的时间.少数载流子寿命是与半导体中重金属含量、晶体结构完整性直接有关的物理量。
它对半导体太阳电池的换能效率、半导体探测器的探测率和发光二极管的发光效率等都有影响。
二，如何测量少子寿命?测量非平衡少数载流子寿命的方法有许多种，分别属于瞬态法和稳态法两大类.本实验采用高频光电导衰减法测量Si 中少子寿命。
三，实验原理：当能量大于半导体禁带宽度的光照射样品时，在样品中激发产生非平衡电子和空穴。
若样品中没有明显的陷阱效应，那么非平衡电子（∆n ）和空穴（∆p ）的浓度相等,它们的寿命也就相同.样品电导率的增加与少子浓度的关系为n q p q n p ∆+∆=∆μμσ当去掉光照，少子密度将按指数衰减，即τte p -∝∆，因此导致电导率为τσte-∝∆。
高频源提供的高频电流流经被测样品，当红外光源的脉冲光照射样品时，单晶体内产生的非平衡光生载流子使样品产生附加光电导，从而导致样品电阻减小.由于高频源为恒压输出，因此流经样品的高频电流幅值增加I ，光照消失后，I 逐渐衰减，其衰减速度取决于光生载流子在晶体内存在的平均时间，即寿命。
在小注入条件下,当光照区复合为主要因素时，I 将按指数规律衰减，此时取样器上产生的电压变化V 也按同样的规律变化，即τte V V -∆=∆0图2指数衰减曲线一，Si.∆V ～t 曲线：t∆V ∆V 0∆V 0/eτ（一)（二）（三）计算少子寿命:电压满足τte V V -∆=∆0，在测量数据中，由于时间原点的不同选择，t 的绝对值不同，但是相对值相同.任选两个点(),（），有,，两式相除，得。
对第一组数据,取（4.26E —5s,0.298V ），（8。
06E-5s ，0.094V ）.利用上述公式得。
对第二组数据，取（4。
少子寿命测量实验指导书
少子寿命测量一、实验目的1.理解少子寿命测量仪的工作原理及掌握其使用方法；2.掌握少子寿命测量的原理和方法；二、实验原理1.额外载流子密度随时间的衰减规律一束光在一块n 型半导体内均匀产生额外载流子∆n 和∆p 。
在t ＝0时刻，光照突然停止。
考虑∆p （额外少数载流子）随时间衰减的过程,假设复合几率P 为一常数（小注入条件下满足）。
分析：1）单位时间内额外载流子密度的减少应等于复合率,即:()()d p t P p t dt∆=-∆... (1-1) 2）设复合几率P 是与∆p (t)无关的恒量，则此方程的通解为:12()Pt p t C e C -∆=+… (1-2)3）按初始条件∆p(0)＝∆p ，于是得衰减式:()Pt p t pe -∆=∆… (1-3)4)计算全部额外载流子的平均生存时间(P107)，即寿命:0()1()td p t t Pd p t τ∞∞∆===∆⎰⎰… (1-4) 2. 分析额外载流子密度随时间的衰减规律1）绘出∆p （t ）曲线，如下：2）分析可得：∆p(t+τ) = ∆p(t)/e ，这表明了：寿命τ即为额外载流子浓度减小到原值的1/e 所经历的时间。
3. 用光电导衰退法（PCD 法）测量寿命的原理（原理图见课本图3-3）这种衰减可通过硅单晶光电导电压的变化（示波器上）反应出来，我们给硅单晶施加一个脉冲光照，产生△V （光电导电压），当光很快熄灭后，光电导电压△V 会以指数方式衰减，即：△V=△Vo F teτ-…(1-5) 我们定义光电导衰退时间常数F τ为实验观察到的表观寿命。
三、实验方法 1.分别接好示波器及少子寿命测试仪的电源线，联接寿命仪至示波器第2通道间的信号线。
在寿命仪高频电极上各点上一小滴自来水，将测试样块放在两个电极上。
2.打开示波器电源开关，稍后示波屏上会出现一条亮线，示波器面板上的开关、旋钮较多，首先要学会设置示波器、同步调节、扫描速度、Y 轴增盖等开关。
美国SINTON少子寿命测试仪
美国SINTON少子寿命测试仪<标书格式>准稳态光导寿命测试仪系统构成分为二大功能部分：一为准稳态光电导少子寿命测试部分；二为Suns-Voc功能测试部分；。
对三部分各自的技术指标及构成要求如下：1.准稳态光电导少子寿命测试部分：1）测量原理QSSPC（准稳态光电导）2）少子寿命测量范围100 ns-10 ms3）测试模式：QSSPC,瞬态，寿命归一化分析4）电阻率测量范围0.2–600 (undoped) Ohms/sq.5）注入范围：1013-1016cm-36）感测器范围直径40-mm7）测量样品规格标准直径: 40–210 mm （或更小尺寸）8）测试样片厚度范围10–2000μm9）外界环境温度20°C–25°C10）通用电源电压100–240 VAC，60 Hz11）该部分系统构成：1．少子寿命测试主机，信号接线盒及信号线；2．含带通滤光片的程控闪光灯；3．安装配置有如下软件的计算机系统:Windows OS；MS office；4数据采集及分析软件包；5．数据采集卡，双通道，共模抑制；以及其它完成该测试功能所必须的构成硬件及软件。
2.Suns-Voc功能部分1）该部分应可进行如下参数的测试分析：太阳电池片开路状态下的隐IV曲线，通过该测试可得到材料所能获得的最高效率（implied IV curve at open circuit:materials limit to effeciency）；伪效率（pseudo-efficiency）；伪填充因子（pseudo fill factor）；二极管分析（two-diode analysis）；分流值（shunt value）。
2）标准照明的范围：0.01-6suns （AM1.5）。
3）Suns-Voc系统特征为：电压探针高精确度；兼容磁性探针；配备全套浓度补正滤色片的疝气灯；可准确调制亮度；使用标准的IV曲线图及Suns-Voc曲线图；不受串联电阻的影响，测定晶片特征。
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表面寿命对测试寿命有很大影响，使其偏离体寿命，下图是体寿命与测试寿命的 关系。在样品厚度一定的情况下，即扩散寿命一定，如果表面复合速率很大，则 在测试高体寿命样品时，测试寿命值与体寿命值就会偏差很大；而对于低体寿命 的样品，不会使少子寿命降低很多。因此我们需对样品表面进行钝化，降低样品 的表面复合速率。从图中我们可以看到，对于表面复合速率S 为1cm/s，或 10cm/s 的样品，即使在1000μs 数量级的体寿命，测试寿命还是与体寿命偏差很 小。即当样品的表面复合速率为10cm/s 或更小的情况下，对于1000μs 数量级高 体寿命的样品，测试寿命也能用来表示体寿命。
总结： （1）为了使测试的有效寿命趋向于体寿命，我们要尽量减少表面寿命的影 响，为此我们推荐使用表面钝化的方法，通常的钝化方法有热处理，化学钝化及 硅片表面电荷沉积等方法。 （2）对于太阳能领域，因材料表面不做抛光处理，所以我们推荐使用化学 钝化的方法。 （3）在体寿命较高，而表面寿命较低的情况下，化学钝化后测试寿命有较 大提高，测试寿命更加趋向于体寿命。 （4）在体寿命较低的情况下，比如<3μs，化学钝化前后寿命值不会明显变 化，可以认为此时测试寿命 即为体寿命。
研发中心
要破坏半导体的平衡状态，可以对其进行光注入(光照)或电注入(如p-n结正向工 作时，或金属探针与半导体接触时)。 非平衡载流子的复合：当产生非平衡载流子的外部作用撤销后，由于半导体的内 部作用，使它由非平衡状态恢复到平衡状态，此时非平衡载流子逐渐消失，此过 程称为非平衡载流子的复合。 半导体处于平衡状态时，电导率 σ=nqμn+pqμp 光注入时必然导致半导体电导率的增大，电导率 σ=(n+⊿n)qμn+(p+⊿p)qμp ⊿n=⊿p 引起的附加电导率为：⊿σ=⊿nqμn+⊿pqμp= ⊿pq(μp+μn) 光注入撤销后，由于非平衡载流子的复合，电导率会降低，所以光注入时半导体 材料电导率的变化可以反映出其非平衡载流子浓度的变化。 少子寿命：非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命。由于相对于 非平衡多子，非平衡少子的影响处于主导的、决定的地位，所以非平衡载流子的 寿命常称为少数载流子寿命。
microwave-induced photoconductive decay(μ-PCD)法是测量半导体材料中少子寿 命的一种很常用的方法。 WT-2000PV 红外脉冲激光源(904nm) 微波源和信号接收(10 ± 0.5GHz) 优点：可靠，重复性好，测量时间短，能够得到高分辨率的寿命图 技术包括光注入产生电子-空穴对和微波探测信号的变化这两个过程。904nm 的 激光注入（对于硅，注入深度大约为30um）产生电子-空穴对，导致样品电导率 的增加，当撤去外界光注入时，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映少数 载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势就可以得到少数 载流子的寿命。 激光器光注入：红外半导体激光器产生激光脉冲(904nm波长的光)，照射到样品 上，样品产生非平衡电子孔穴对，在硅片上的注入深度大约30um，产生的自由 载流子位于样品的前表面。
4、表面处理和钝化的方法 为了有效减少表面复合，我们推荐下面的处理和钝化方法，供用户参考： 使用化学钝化前，对于不同的样品，需要不同的处理方法，主要是为了减少 表面损伤层的影响： （1） 对于抛光过或表面特别均匀的腐蚀过，而且是表面没有氧化层的样片, 无需预先处理 （2）对于抛光过或表面特别均匀的腐蚀过，表面有氧化层的样片，在化学 钝化前需要HF 处理。 方法如下：在 5% HF 中浸泡一段时间，时间的长短取决于氧化层的厚度， 如20A 的氧化层，需要30 S; 500-2000A 的氧化层需要5-10 分钟。 （3） 对于表面有损伤，或粗糙表面的样片（太阳能级样品大都属此列）， 需要预先处理： 在 HF+HNO3 （95%HNO3 + 5% HF）中浸泡1 分钟 在经过预先处理之后，就可以使用碘酒的钝化处理方法，具体方法在设备安 装时均已介绍，这里不再详述。碘酒浓度：0.2-5%, 推荐1 升乙醇配10 克碘。 请注意：不要将碘酒滴在样片表面直接测试，因碘酒易挥发到探头上，从而 影响探头的信号。
扩散到材 料表面 载流子 表面复 合
载流子体其中，τdiff 为少子从样品体内扩散到表面所需时间。τsurf 为由于样品表面复 合产生的表面寿命，τmeas为样品的测试寿命， d 为样品厚度， Dn，Dp 分别为 电子和空穴的扩散系数；S 为表面复合速度。
少子寿命对太阳能电池的影响
太阳能电池光电流是光激发产生非平衡载流子，并在pn结作用下流动产生的。 载流子的复合会使光电流减少，少子寿命越小光电流越小。同时少子寿命减小， 增加漏电流从而使开路电压减小。总之，少子寿命越小，电池效率越低。 影响少子寿命的因素： 杂质、电阻率、温度、表明状态、硅片厚度等。实际测量得到的是体复合和表面 复合共同作用的少子寿命，其中有用的是体复合得到的体少子寿命。 非平衡载流子的复合机制： 1，直接复合：电子在导带和价带之间的直接跃迁引起的电子和空穴的直接复合； 2，间接复合：电子和空穴通过禁带的能级（深能级杂质复合中心）进行复合， 分为体内复合和表面复合。间接复合为硅中非平衡载流子主要的复合机制。复合 能级越深，少子寿命越小，所以深能级杂质对少子寿命的影响极大，少量深能级 杂质也能大大降低少子寿命。过度族金属杂质往往是深能级杂质，如Fe，Cr，Mo 等杂质。
信号探测：样品受到激发时处于非平衡状态，载流子浓度变大，电导率变大，当 撤去激发后非平衡载流子逐渐复合，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映 少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势就可以得到 少数载流子的寿命。 体材料及表面的复合 在样品受到激发时以及在激发后的很短的时间内会发生自由载流子的再分布，在 这个快速的再分布以后，到样品的热平衡状态之间会有两个平行的过程，分别为 体复合与载流子扩散到表面以及表面复合。少子寿命有下面的方程决定 载流子 激发(产 生非平 衡载流 子) 载流子 的再分 布
少子寿命测试
少子寿命的定义：
少子寿命是半导体材料和器件的重要参数。它直接反映了材料的质量和器件特性。 能够准确的得到这个参数,对于半导体器件制造具有重要意义。 少子是相对于多子而言的。在n型半导体中，由于电子的浓度远远大于空穴的浓 度，电子被称为多子，空穴被称为少子；p型半导体则相反。 平衡载流子浓度：处于热平衡状态的半导体(热平衡状态指在没有外界影响的条件 下，热力学系统的宏观性质不随时间变化的状态。所谓外界影响，是指外界对系 统作功或传热。)在一定温度下载流子浓度是一定的，称为平衡载流子浓度。常用 n0，p0表示平衡电子和空穴浓度。 非平衡载流子：如果对半导体施加外界作用破坏了热平衡条件，就会使它处于非 平衡状态，其载流子浓度不再是n0，p0，可以比它们多出一部分。比平衡状态多 出来的这部分载流子称为非平衡载流子。常用⊿n，⊿p表示非平衡电子和空穴浓 度。对于n型半导体⊿n为非平衡多数载流子，⊿p为非平衡少数载流子；p型半导 体相反。由于非平衡少子起着很重要的作用，通常所说的非平衡载流子是指非平 衡少数载流子。
少子寿命测试的几种方法
通常少数载流子寿命是用实验方法测量的，各种测量方法都包括非平衡载流 子的注入和检测两个基本方面。最常用的注入方法是光注入和电注入，而检测非 平衡载流子的方法很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变化 等，这样组合就形成了许多寿命测试方法。近30 年来发展了数十种测量寿命的方 法，主要有：直流光电导衰退法；高频光电导衰退法；表面光电压法；少子脉冲 漂移法；微波光电导衰减法等。 对于不同的测试方法，测试结果可能会有出入，因为不同的注入方法，表面 状况的不同，探测和算法等也各不相同。因此，少子寿命测试没有绝对的精度概 念，也没有国际认定的标准样片的标准，只有重复性，分辨率的概念。对于同一 样品，不同测试方法之间需要作比对试验。但对于同是Semilab 的设备，不论是 WT-2000 还是WT-1000，测试结果是一致的。 μ-PCD 法相对于其他方法，有如下特点： （1）无接触、无损伤、快速测试 （2）能够测试较低寿命 （3）能够测试低电阻率的样品（最低可以测0.01ohmcm 的样品） （4）既可以测试硅锭、硅棒，也可以测试硅片，电池 （5）样品没有经过钝化处理就可以直接测试 （6）既可以测试P 型材料，也可以测试N 型材料 （7）对测试样品的厚度没有严格的要求 （8）该方法是最受市场接受的少子寿命测试方法