光电导法测量非平衡载流子寿命.docx

实验三、光电导法测量非平衡载流子寿命
1.概述
1.1.LT-100C高频光电导少数载流子寿命测试仪是参照半导体设备和材料国际组织SEMI标准（MF28-0707，MF1535-0707）及国家标准GB/T1553-1997设计制造。本设备采用高频光电导衰减测量方法，适用于硅、锗单晶的少数载流子寿命测量，由于对样块体形无严格要求，因此广泛应用于工厂的常规测量。寿命测量可灵敏地反映单晶体重金属污染及缺陷存在的情况，是单晶质量的重要检测项目。
目前我国测量硅单晶少子寿命的常用方法为高频光电导衰退法（hfPCD）及微波反射光电导衰退法（μPCD），两种方法均无需在样品上制备电极，因此国外都称为无接触法。
dcPCD（直流光电导衰退法）是测量块状和棒状单晶寿命的经典方法；μPCD法是后来发展的测量抛光硅片寿命的方法。这两种方法对单晶表面的要求截然相反，dcPCD法要求表面为研磨面（用粒径为5-12μm氧化铝粉研磨，表面复合速度接近无限大，≈107cm/s），这是很容易做到的；μPCD法则要求表面为完美的抛光钝化面，要准确测量寿命为10μs的P型硅片表面复合速度至少要小于103cm/s，并需钝化稳定，这是很难做到的。
hfPCD光电导衰退法介于两者之间，它和dcPCD法一样可以测量表面为研磨状态的块状单晶体寿命，也可以测量表面为研磨或抛光的硅片寿命。特别要强调的是：无论用何种方法测量“表面复合速度很大而寿命又较高的”硅片（切割片、研磨片），由于表面复合的客观存在，表观寿命测量值肯定比体寿命值偏低，这是无容置疑的，但是生产实际中往往直接测量切割片或未经完善抛光钝化的硅片，测量值偏低于体寿命的现象极为普遍，因此我们认为此时测出的寿命值只是一个相对参考值，它不是一个真实体寿命值，而是一个在特定条件下（体寿命接近或小于表面复合寿命时）可以反映这片寿命高，还是那片寿命更高的相对值。供需双方必须有一些约定，如约定清洗条件、切割条件和测量条件，只有供需双方经过摸索并达成共识，才能使这样的寿命测量值有生产验收的作用，否则测量值会是一个丝毫不能反映体寿命的表面复合寿命。
因此实际生产中我们主张尽量用高频光电导衰退法测量硅块、棒或锭的寿命，这样寿命测量既准确又可以减少测试工作量。
1.2.LT-100C型寿命仪是LT-1（基本型）的升级换代产品，在低阻硅单晶测量时，采用了全新理念，使信噪比提高了数十倍至数百倍，将硅单晶寿命测量下限从>3Ω·cm；延伸到≥0.3Ω·cm，除能测量高阻单晶外亦可满足太阳电池级硅片（裸片）的测试要求，仪器既可测量硅块亦可测量硅片（硅片可放在托架上测量）。
.本仪器为了能直接读取寿命值编写了特殊的软件存入数字存储示波器，这些软件依照少子寿命测量的基本原理编写，同时采用了国际标准（MF28及MF1535）中推荐的几种读数方法。
.由于数字示波器具有存储功能，应用平均采样方式，平均次数可选4、16、32、64、128、256次，随平均次数的增加随机噪声被减小，波形更稳定、清晰。
.数字示波器使用晶振做高稳定时钟，有很高的测时精度；采用多位A/D转换器使电压幅度测量精度大大提高，因此提高了寿命测量精度。
1.3.扩大了晶体少子寿命可测范围，除配置了波长为1.07μm的红外发光管外，增加配备了波长为0.904~0.905μm光强更强的红外激光器，减小了光源的余辉，使晶体（研磨面）可测电阻率低至0.3Ω·cm，寿命可测下限延至0.25μs。
1.4.制样简单，参照MF28，晶体测试面用粒径为5~12μm氧化铝粉或其它磨料研磨或切割即可，无需抛光钝化。
LT-l00C型寿命仪配有两种光源电极台，一种波长为1.07μm，适合于测量硅单晶块或棒的体寿命；另一种波长为0.904~0.905μm，适合于测量切割或研磨太阳能硅片的相对寿命，与微波反射法测量条件相近，因此测量值也较接近。
2.设备的组成及技术指标
本仪器的测量系统电路示意图如图1所示。

仪器测量范围：
少子寿命测量范围：0.25μs-10ms；晶体样品（研磨面）电阻率下限0.3Ω·cm，尚未发现电阻率测量上限。
型号：N型或P型单晶或铸造多晶。
按国家标准对仪器设备的要求，本仪器设备配有：
2.1．光脉冲发生装置
重复频率＞15次/s 脉宽≥10μs
红外光源长波长：1.06~1.08μm脉冲电流：5A~16A
红外光源短波长：0.904~0.905μm脉冲电流：5A~16A
2.2.高频源
频率30MHz低输出阻抗输出功率>1W
2.3.放大器和检波器
频率响应：2Hz~2MHz
放大倍数：30倍（约）
2.4.配用示波器
配用装有自动测量少子寿命（光电导衰退时间）软件的专用数字示波器：模拟带宽60MHz，最大实时采样率1GSa/s，垂直灵敏度2mV-5V/div，扫描范围：2