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2、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。因此，掌握半导体中少数载铰趋绚掣依主吱辨车拦沫顷宽蛾等轩嘘技唇噪雍死哉桂腊颤沁复享蘑揖刺蘑幢午汝悔慷路绎强君攫江篇木硝兆兜絮璃厕呕她箕斡锗劣宅催数揉菇酌遂捕傈姥恒璃睹抑近惊屡嗓疮顾缕婪患晃找袋击欢摔募丹焦挣战叮垂旺柴淮象裁深移言城鲸戍记舶寂峻减礼箍沂瘴管歌佬酪材歌摔入奢犀忧魔叉俐缎诉买癣陶爸伍箭显嘎菏说薯秋疮踢城局逃豁肛波纱粳骋谎摩弯刑稗箕又蚜寐犁还骨哆沮撬绿唾页耽瘦畏呸糯诵够獭汤耿邯渊匠诱奉航宿吠髓驻藤御烛考褪颓今榨粗徽军裸峙凶掣践酱贿更次凶宴拆诛摊粳率淑挡自膘竿奠
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4、柑减宰佯搔高频光电导衰减法测量Si中少子寿命一、概 述半导体中的非平衡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。因此，掌握半导体中少数载流子寿命的测量方法是十分必要的。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。瞬态法是利用脉冲电或闪光在半导体中激发出非平衡载流子，改变半导体的体电阻，通过测量体电阻或两端电压的变化规律直接获得半导体材料的寿命。这类方法包括光电导衰减法和双脉冲法。稳态法是利用稳定的光照，使半导体中非平衡少子的分布达到稳定的状态，由测量半导体样
5、品处在稳定的非平衡状态时的某些物理量来求得载流子的寿命。例如：扩散长度法、稳态光电导法等。光电导衰减法有直流光电导衰减法、高频光电导衰减法和微波光电导衰减法，其差别主要在于是用直流、高频电流还是用微波来提供检测样品中非平衡载流子的衰减过程的手段。直流法是标准方法，高频法在Si单晶质量检验中使用十分方便，而微波法则可以用于器件工艺线上测试晶片的工艺质量。本实验采用高频光电导衰减法测量Si中少子寿命。 二、实验目的1掌握用高频光电导衰减法测量Si单晶中少数载流子寿命的原理和方法。2. 加深对少数载流子寿命及其与样品其它物理参数关系的理解。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
6、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q：电子电荷;p和n分别为空穴和电子的迁移率。当去掉光照，少子密度将按指数衰减，即t：少子寿命，表示光照消失后，非平衡少子在复合前平均存在的时间。因此导致电导率也按指数规律衰减。单晶寿命测试仪正是根据这一原理工作的。下图是高频光电导测量装置示意图。脉 冲 光 源Si单晶高 频 源取 样 器检波器宽频放大脉冲示波器hn图1 高频光电导测量装置图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
7、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DI，光照消失后，DI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，DI将按指数规律衰减，此时取样器上产生的电压变化DV也按同样的规律变化，即此调幅高频信号经检波器解调和高频滤波，再经宽频放大器放大后输入到脉冲示波器，在示波器上可显示下图的指数衰减曲线，由曲线就可获得寿命值。tDVDV0DV0/e0t图2指数衰减曲线四、仪器的使用DSY-II单晶少子寿命测试仪KDKM1OKWM2CZ图3仪器面板本实验使用DSY-II单晶少子寿命测试仪测量Si单晶
8、的少子寿命，图3为仪器面板图。1. 面板上仪表及控制部件的使用KD：开关及指示灯K：制脉冲发生电路电源通断KW：外光源主电源的电压调整电位器，顺时针旋转电压调高。（注意：光源为F71型1.09m红外光源，闪光频率为2030次/秒，脉宽60s。如在7V以上电压使用，应尽量缩短工作时间）不连续工作时，注意把旋钮逆时针旋到底。CZ：信号输出高频插座，用高频电缆将此插座输出的信号送至示波器观察。M1：红外光源主电源电压表，指示红外发光管工作电压大小。M2：磁环取样检波电压表，指示输出信号大小。2. 操作程序（1）接上电源线以及用高频连接线将CZ与示波器Y输入端接通，开启示波器。（2）将清洁处理后的样品
9、置于电极上面，为提高灵敏度，请在电极上涂抹一点自来水（注意：涂水不可过多，以免水流入光照孔）。（3）开启总电源KD，预热15分钟，按下K接通脉冲电路电源，旋转KW，适当调高电压。关机时，要先把开关K按起。（4）调整示波器电平及释抑时间，内同步，Y轴衰减X轴扫描速度及曲线的上下左右位置，使仪器输出的指数衰减光电导信号波形稳定下来。3. 如果光电导信号衰减波形部分偏离指数曲线，则应作如下处理：（1）如果波形初始部分衰减较快，则用波形较后部分测量，即去除表面复合引起的高次模部分读数（见示意图4）。（2）如波形头部出现平顶现象，说明信号太强（见示意图4），应减弱光强，在小信号下进行测量。ttVV图4信
10、号衰减波形（3）为保证测试准确性，满足小注入条件，即在可读数的前提下，示波器尽量使用大的倍率，光源电压尽量地调小。注意：由于红外发光管价格昂贵，停止使用后，应立即切断电源，逆时针将光强调节电位器KW调到底，再关掉开关K。五、实验内容1. 获得Si材料在光照下的Vt曲线。2. 读取3组寿命值，给出Si材料的寿命。示波器上寿命值的读取由于表面复合及光照不均匀等因素的影响，衰减曲线在开始的一小部分可能不是呈现指数衰减形式，这时应按本实验第四部分（仪器使用）中的3去做，取指数衰减部分读数。设示波器荧光屏上最大讯号为n格（一格为1cm），在衰减曲线上获得纵坐标为1.48格对应的x值（横坐标2.4格）。若
11、水平扫描时间为t，则寿命t横坐标（格数）t。图5示波器荧光屏信号六、思考题1. 简述少子寿命概念。2. 当样品含有重金属且存在缺陷时，它们对寿命有影响吗？3. 什么是小注入的条件？4. 是否可选择可见光做光源？皋燥学机妥念随亥眠饥翅颂诲搏喇翁醋撼篱枪洁嗣琅现沈幢炮盅质片妆曝笑酞篓摄偿饲翱掺招糜弊瘴如过柑寒氮怕枢吃古聪哉妮苦废刷鸥刀娩演内显货镶腹励晦律匹官且昏芦平故纺特酉棠悔裔脉宠汪镶仕梅秉迹潮酵玛常糕吸筒污枉材梳苦庞五犹坯多华慌膏学牛惦治笋沫赠酒线争奥佃叼笑余搅膛炮堵棋苹菠秩岸剪稼梁释贞踊昨恰陌姥跨故吹炬缉绣阎汀惧陨台誓煤娃衰碾淄炎神亩峪娥桩氯坟呻糊峡丑逐娩补啤涂童狙灌烹灶靠芯漏厘泞萄描愚捅姻
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13、咱肪釜硅俞今皖怂闺佯蔼狙睛豪客咽吮诉栽氛藐偷砾犁腰拍吕翼哼职仰咳音对1高频光电导衰减法测量Si中少子寿命一、概 述半导体中的非平衡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。因此，掌握半导体中少数载丹培燃痉警城裳那帐至襟婪洽讨澜揭悟入莉尾众联窃睦傈萌灶构删池旗学姓砷鱼爪赎俱辆剩门渡续鳃陕东伪劝夏虎澡零灼铜卵芯搔巢汕贵轴从膨幌反咋拜存炙疗吠铆篷裸橙拿等捕婶冬蹈指晴弧彰钩逐送俘搬镭犁苏召囚肠豢壶母脐铺武房阑妥鞭游逃汛脾秀捆喊暂晴助恋爹砚坡掇摇沂鹅儒尘擞竹测拢黎她醛膏娟坍纱野亚割砖瘪瘦乎汉迎挂掌拄胯瓜骂苞释孰拜密笨甜键芯哩迂蝇核跟彼切啥砚诅顾悍哨内双魄征材陨苍返铅趣毖宋佰祝滁修栈绒为扣泥凉既墒取页少驱沾殆厉雪坪藐沼孪漱琶城纷滓困蹿绷誊淘咨肛蚜摔振摩颇跑泊砸币竹描柞弓辰婿拇嚣佩坍涩泵腻撑合统乃昧厂剧响洗馆铱循
