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少数载流子寿命测试

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第三章:少数载流子寿命测试 少数载流子寿命是半导体材料的一个重要参数,它在半导体发展之初就已经存在了。早在20 世纪 50 年代,Shockley 和 Hall 等人就已经报道过有关少数载流子的复合理论[1-4],之后虽然陆续有人研究半导体中少数载流子的寿命,但由于当时测试设备简陋,样品制备困难,尤其对于测试结果无法进行系统地分析。因此对于少数载流子寿命的研究并没有引起广泛关注。直到商业需求的增加,少数载流子寿命的测试才重新引起人们的注意。晶体生产厂家和IC 集成电路公司纷纷采用载流子寿命测试来监控生产过程,如半导体硅单晶生产者用载流子寿命来表征直拉硅单晶的质量,并用于研究可能造成质量下降的缺陷。IC 集成电路公司也用载流子寿命来表征工艺过程的洁净度,并用于研究造成器件性能下降的原因。此时就要求相应的测试设备是无破坏,无接触,无污染的,而且样品的制备不能十分复杂,由此推动了测试设备的发展。 然而对载流子寿命测试起重要推动作用的,是铁硼对形成和分解的发现[5,6],起初这只是被当作一种有趣的现象,并没有被应用到半导体测试中来。直到 Zoth和 Bergholz 发现,在掺 B 半导体中,只要分别测试铁硼对分解前后的少子寿命,就可以知道样品中铁的浓度[7]。由于在现今的晶体生长工艺中,铁作为不锈钢的组成元素,是一种重要的金属沾污,对微电子器件和太阳能电池的危害很严重。通过少数载流子寿命测试,就可以得到半导体中铁沾污的浓度,这无疑是一次重大突破,也是半导体材料参数测试与器件性能表征的完美结合。之后载流子寿命测试设备迅速发展。 目前,少数载流子寿命作为半导体材料的一个重要参数,已作为表征器件性能,太阳能电池效率的重要参考依据。然而由于不同测试设备在光注入量,测试频率,温度等参数上存在差别,测试值往往相差很大,误差范围可能在100%,甚至以上,因此在寿命值的比较中要特别注意。 概括来说,少数载流子寿命的测试及应用经历了一个漫长的发展阶段,理论上,从简单的载流子复合机制到考虑测试结果的影响因素。应用上,从单纯地用少子寿命值作为半导体材料的一个参数,到把测试结果与半导体生产工艺结合起来考虑。测试设备上,从简陋,操作复杂到精密,操作简单,而且对样品无接触,无破坏,无污染。 在本章中,我们将首先介绍少子寿命测试的基本原理,然后在此基础上具体介绍目前正在使用的几种测试技术,这其中将重点介绍微波光电导衰退法测试技术及其在半导体中的应...

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