少子寿命测试原理
少子寿命测试原理
Slip lines
Oxygen striations
OSF ring
PROCESS INDUCED DEFECTS/Fe MAPPING
Fe Fe Fe Contaminated vacuum chuck Boat contamination Fe detection
•
- μ-PCD法
微波光电导衰减法(μ-PCD法)相对于其他方法，有如下特点： 无接触、无损伤、快速测试 能够测试较低寿命 能够测试低电阻率的样品（最低可以测0.1ohmcm的样品） 既可以测试硅锭、硅棒，也可以测试硅片或成品电池 样品没有经过钝化处理就可以直接测试 既可以测试P 型材料，也可以测试N 型材料 对测试样品的厚度没有严格的要求 该方法是最受市场接受的少子寿命测试方法
- 在多晶浇铸生产中：
1. 硅锭工艺质量控制 2. 根据少子寿命分布准确判断去头尾位置
- 电池生产中：
1. 进片检查 ；氮化硅钝化；金属化等
- 单晶生长及单晶硅片
APPLICATIONS
CRYSTAL GROWTH DEFECTS
15.0
14.0
13.0 0 1000 2000 3000 4000
Bias Light [mSun]
τaverage=11.8μs
τaverage=17.1μs
少子寿命测试仪的介绍
WT-2000 WT-1000 单点 硅片
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)
半导体少子寿命测量实验
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τ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 e p 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。
实验衰减法测寿命
实验四 高频光电导衰减法测量硅（锗）单晶少子寿命少子寿命是少数载流子的平均生存时间，本实验的目的是使学生更深入地理 解高频光电导衰减法测少子寿命的原理，并掌握测试方法。
一、实验原理１、高频光电导法的测试原理（l）装置高频光电导测试装置如图２.１所示。
它主要由光学和电学两大部分组成。
光学系统主要是脉冲光源系统。
充电到几千伏的电容器，用脉冲触发，．通过氙气灯放电，给出余辉时间小于10ps 的光脉冲（1 次／ｓ）。
经光栏、聚光镜、滤波片发射于样品。
这种光源，光强强频谱丰富，能为硅、锗提供本征吸收边附近的有效激发光（硅是1．1ps，锗是1．7ps）在样品厚度范围内产生分布均匀的非平衡载流子。
但其中短波强吸收光只在前表面处产生非平衡载流子。
而它们会在表面复合掉。
故高、中阻样品要用硅或锗滤光片滤去短波强吸收光，以减小表面效应。
光源光强由氙灯直流高压、光栏和滤光片（厚0．5～2 mm）联合调节，并能在很宽范围内改变，以适应不同阻值的小信号测试要求。
对于τ＜１０μｓ者用余辉时间小于lμｓ的红外脉冲光源（３次／ｓ及３０次／ｓ），其光强由发光管电压调节。
电学系统主要有30ＭＨｚ的高频电源、宽频带前置放大厦，以及显示测试 信号的脉冲示波器等。
测量要求高频源内阻小且恒压，放大系统灵敏空高、线性 好，且示波器要有一标准的时间基线。
（2）取样显示30ＭＨｚ的高频源送出等幅的３０ＭＨｚ正弦波，经耦合电极耦合至单晶样 品，在其中产生同频率的高频电流0sin i I t ω=式中I ０为无光照时样品中高频电流的幅值；ω为频率。
此高频电流由另一同样 的电极耦合到检测电路的取样电阻R ２支路中。
当脉冲光以小注人条件照射样品时，产生了非平衡载流子，使电导率增加， 因高频源为恒压输出，故样品中高频电流的幅值增加ΔＩ， 以致光照时样品中 的高频电流是0()sin i I I t ω=+Δ光照间隙，样品中非平衡载流子因复合按指数规律衰减，高频电流幅值及在 R ２上的取样信号v 的幅值亦按同样规律衰退，即0(exp(/))sin f i I I t t τω=+Δ−0(exp(/))sin f v V V t t τω=+Δ−式中V O 为无光照时R ２上的的等幅高频电压幅值; ΔV 为光照后R ２上电压幅值的增量。
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。
μ-PCD测试原理
少子寿命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：直流光电导衰减法；高频光电导衰减法；表面光电压法；微波光电导衰减法等。
WT-2000PV 采用微波光电导衰减法测试少子寿命。
微波光电导衰退法(Microwave photoconductivity decay)测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波探测信号这两个过程。
904nm 的激光注入（对于硅，注入深度大约为30μm）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。
μ-PCD测试得到的是少子有效寿命，它会受到两个因素影响：体寿命和表面寿命。
测得的少子寿命可由下式表示：（2-1）式中：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。
（图2-1）不同的表面复合速率下，体寿命和测试寿命的关系由式（2-1）可知，表面寿命对测试寿命有很大影响，使其偏离体寿命，图2-1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2-1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。
semilab
关于少子寿命测试若干问题的讨论鉴于目前Semilab 少子寿命测试已在中国拥有众多的用户，并得到广大用户的一致认可。
现就少子寿命测试中，用户反映的一些问题做出如下说明，供您在工作中参考：1、Semilabμ-PCD 微波光电导少子寿命的原理微波光电导衰退法(Microwave photoconductivity decay)测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-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。
少子寿命主要反映的是材料重金属沾污及缺陷的情况。
Semilab μ-PCD 符合ASTM 国际标准F 1535 – 00 2、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：- 无接触、无损伤、快速测试- 能够测试较低寿命- 能够测试低电阻率的样品（最低可以测0.01ohmcm 的样品）- 既可以测试硅锭、硅棒，也可以测试硅片，电池- 样品没有经过钝化处理就可以直接测试- 既可以测试P 型材料，也可以测试N 型材料- 对测试样品的厚度没有严格的要求- 该方法是最受市场接受的少子寿命测试方法3、表面处理和钝化的原因μ-PCD 测试的是少子有效寿命，它受两个因素影响：体寿命和表面寿命。
wct120少子寿命测试原理
wct120少子寿命测试原理1.引言引言部分是文章的开篇，用来介绍与主题相关的背景和重要性。
下面是关于“wct120少子寿命测试原理”的概述部分内容的示例：1.1 概述在当前社会，人们对于生命周期的延长和健康长寿的追求越来越强烈。
而对于少子寿命的测试和研究，也成为了当下的热门话题之一。
wct120少子寿命测试原理是一种科学的方法，旨在通过分析和评估个体的寿命潜力，对个体的长寿能力进行预测和判定。
随着科技的不断进步和人们对健康生活的关注度日益增加，少子寿命测试逐渐成为了一个重要的领域。
通过对生物体的基因、遗传信息等进行检测和分析，可以揭示出很多决定寿命的关键因素。
掌握这些关键因素将有助于人们更好地了解自身的寿命特征，从而采取相应的措施来延长寿命和改善生活质量。
wct120少子寿命测试原理的核心在于通过对个体基因、环境因素和生活方式等多个维度的分析，来预测个体的寿命潜力。
基于大数据和人工智能等技术手段，该测试方法整合了多学科的知识和研究成果，为个体提供了一个全面而准确的寿命评估结果。
本文将对wct120少子寿命测试原理进行深入探讨，详细介绍其测试原理、应用场景以及前景展望。
通过对少子寿命的研究，我们有望为个体的健康和长寿提供更多的科学依据和有效的指导，促进社会的健康发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以通过以下方式进行编写:文章结构部分旨在介绍本文的组织结构和内容安排，确保读者能够清晰地了解文章的整体框架和篇章布局。
本文按照以下结构进行组织和撰写：第一部分为引言部分。
引言部分将概述本文的主题和目的，为读者提供一个整体的背景和导入，引起读者的兴趣和注意。
第二部分为正文部分。
正文部分是本文的核心内容，将详细介绍wct120少子寿命测试的原理。
本文将分为两个主要的原理进行阐述。
第一个原理将详细解释少子寿命测试的工作原理、测试步骤和主要参数，以及其在实际应用中的意义和优势。
第二个原理将进一步探讨少子寿命测试所涉及的相关技术和方法，如非接触式测试技术、数据分析和处理方法等。
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。
简述多晶硅块少子寿命的检测原理
简述多晶硅块少子寿命的检测原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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实验衰减法测寿命
实验四 高频光电导衰减法测量硅（锗）单晶少子寿命少子寿命是少数载流子的平均生存时间，本实验的目的是使学生更深入地理 解高频光电导衰减法测少子寿命的原理，并掌握测试方法。
一、实验原理１、高频光电导法的测试原理（l）装置高频光电导测试装置如图２.１所示。
它主要由光学和电学两大部分组成。
光学系统主要是脉冲光源系统。
充电到几千伏的电容器，用脉冲触发，．通过氙气灯放电，给出余辉时间小于10ps 的光脉冲（1 次／ｓ）。
经光栏、聚光镜、滤波片发射于样品。
这种光源，光强强频谱丰富，能为硅、锗提供本征吸收边附近的有效激发光（硅是1．1ps，锗是1．7ps）在样品厚度范围内产生分布均匀的非平衡载流子。
但其中短波强吸收光只在前表面处产生非平衡载流子。
而它们会在表面复合掉。
故高、中阻样品要用硅或锗滤光片滤去短波强吸收光，以减小表面效应。
光源光强由氙灯直流高压、光栏和滤光片（厚0．5～2 mm）联合调节，并能在很宽范围内改变，以适应不同阻值的小信号测试要求。
对于τ＜１０μｓ者用余辉时间小于lμｓ的红外脉冲光源（３次／ｓ及３０次／ｓ），其光强由发光管电压调节。
电学系统主要有30ＭＨｚ的高频电源、宽频带前置放大厦，以及显示测试 信号的脉冲示波器等。
测量要求高频源内阻小且恒压，放大系统灵敏空高、线性 好，且示波器要有一标准的时间基线。
（2）取样显示30ＭＨｚ的高频源送出等幅的３０ＭＨｚ正弦波，经耦合电极耦合至单晶样 品，在其中产生同频率的高频电流0sin i I t ω=式中I ０为无光照时样品中高频电流的幅值；ω为频率。
此高频电流由另一同样 的电极耦合到检测电路的取样电阻R ２支路中。
当脉冲光以小注人条件照射样品时，产生了非平衡载流子，使电导率增加， 因高频源为恒压输出，故样品中高频电流的幅值增加ΔＩ， 以致光照时样品中 的高频电流是0()sin i I I t ω=+Δ光照间隙，样品中非平衡载流子因复合按指数规律衰减，高频电流幅值及在 R ２上的取样信号v 的幅值亦按同样规律衰退，即0(exp(/))sin f i I I t t τω=+Δ−0(exp(/))sin f v V V t t τω=+Δ−式中V O 为无光照时R ２上的的等幅高频电压幅值; ΔV 为光照后R ２上电压幅值的增量。
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。
少子寿命
影响有效少子寿命的因素
低注入水平下，中等掺杂，辐射寿命和 Auger寿命远高于间接复合寿命。因此只 有间接复合影响体少子寿命。 考虑到体复合和表面复合的共同作用， 有如下关系
有效少子寿命与体少子寿命由于有表面 复合产生偏差。 W为硅片厚度Dn为电子的扩散系数。因 此硅片厚度和表面复合速率是影响有效 寿命的重要因素。
少子寿命原理及应用
黎晓丰
1. 2. 3. 4. 5.
半导体简介 非平衡载流子及少子寿命 少子寿命影响因素 少子寿命的测试方法简介 WT-2000的运用
1. 半导体 (Semiconductor)
硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等 导电性介于导体和绝缘体之间(10-4 ~ 1010 ·cm) 电导率和导电型号对杂质和外界因素高 度敏感
信号呈指数衰减，即呈现出非平衡载流 子衰减的规律。 通过拟合指数衰减信号择合适的测试参数范围可以减少误差， 一般Autosetting可自动选择测试参数
拟合点数 一般1024
信号范围
时间范围
时间起点 测试平均次数 时间起点的信号值 微波频率 激光功率
少子寿命的作用
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，增加漏电流从如使 开路电压减小。 总之，少子寿命越小，电池效率越低。
4. 少子寿命影响因素
影响少子寿命的因素很多： 杂质、电阻率、温度、表面状态、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 有用的是体复合得到的体少子寿命。
SRH(Shockley-Read-Hall)模型
SRH少子寿命公式
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。
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。
少子寿命测试仪原理
少子寿命测试仪原理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（?p ）和空穴(?n)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 ?+?=?μμσq ：电子电荷;μp 和μn 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τte p -∝?τ：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τσte -∝?也按指数规律衰减。
少子寿命介绍
体少子寿命越大，表面复合速率越大， 偏差越大。 厚度越薄，偏差越大
当体少子寿命小于1μs，无论S多大，偏 差小于10%。 当表面状态一定时，体少子寿命降低， 有效少子寿命也降低。
4. 少子寿命测试方法
1. μ-PCD (Microwave Photoconductivity Decay)√ 微波光电导衰减 WT-2000 2. QSSPC 3. SPV
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。
少子寿命原理及应用
黎晓丰
1. 2. 3. 4. 5.
半导体简介 非平衡载流子及少子寿命 少子寿命影响因素 少子寿命的测试方法简介 WT-2000的运用
1. 半导体 (Semiconductor)
硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等
导电性介于导体和绝缘体之间(10-4 ~ 1010 Ω·cm)
空穴带正电
EV
空穴
掺杂
为得到一定的载流子浓度而掺入电活性 的杂质。
通常P型掺杂掺B； N型掺杂掺P。
EC
ED
EC
EV
N型
EV
EA
P型
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
半导体材料和器件少子寿命测试实验讲义剖析
半导体材料和器件少子寿命测试实验讲义一、 实验目的：少子寿命是决定半导体器件工作特性的重要参数，材料中的缺陷和杂质对器件特性的影响在许多方面是通过对少子寿命的影响反映出来的。
因此，在材料、器件的设计制造中，对少子寿命的测试显得非常有必要。
本实验开设的目的是让学生掌握少子寿命的基本概念，学习半导体的少子寿命测试方法，动手测试少子寿命，从而增加学生的知识面，为物理理论和物理实验结合找到合适的实践平台。
二、 少子寿命的概念和原理§2．1少子寿命的基本概念在非零温度下，半导体中电子－空穴对的产生与复合随时都在发生，只不过在热平衡状态下，单位时间里产生与复合的电子－空穴对数相等，电子与空穴各自稳定地保持其热平衡密度不变而已。
但是，任何能够在此基础上增加或减少载流子数目（无论是成对地，还是不成对地）的外界激励都会破坏这个平衡，使载流子的密度分布偏离平衡状态。
当这个激励条件条件稳定下来之后，半导体中的载流子密度即相对于其热平衡密度获得一稳定增量（可正可负）。
此增量被称为非平衡载流子密度或额外载流子密度，对电子和空穴分别用n ∆和p ∆表示。
额外载流子密度与这个稳定激励在单位时间、单位体积半导体中产生（或抽取）的载流子数目具有正比例关系，即：n ∆＝n τG, p ∆＝p τG (2.1)式(2.1)中，G 代表产生（抽取）率，一般情况下，半导体中的额外载流子密度小于多数载流子密度，但远大于少数载流子密度。
因此，额外载流子的注入或抽取对少数载流子密度的影响最大，热平衡状态的恢复主要是少数载流子热平衡密度的恢复，所以n τ和p τ被称为少子寿命。
使半导体中载流子密度偏离平衡状态的外界刺激被取消之后，额外增加的载流子会很快通过复合而消失，被抽走的载流子会很快通过产生而回归，使载流子密度恢复到热平衡值。
恢复过程中，额外载流子密度随时间的变化表示为：n ∆(t)= n ∆(0) /n t e τ-，p ∆(t)= p ∆(0) /pt eτ- (2.2)式(2.2)表明，在这个过程进行到n τ或p τ时刻，剩下的额外载流子密度仅有其稳定激励时的1/e （常数e ≈2.73）。
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2. 原理
2.1 少子寿命测试原理
少子寿命测量方法包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。
最常用的注入方法有光注入和电注入，而检测非平衡载流子的方法有很多，如探测电导率的变化，探测微波反射或透射信号的变化等，注入和检测方法的不同组合就形成了多种少子寿命测试方法，如：直流光电导衰减法；高频光电导衰减法；表面光电压法；微波光电导衰减法等。
WT-2000PV 系统采用微波光电导衰减法实现对少子寿命的测试。
微波光电导衰退法(μ-PCD ，Microwave photoconductivity decay)测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波探测信号这两个过程。
904nm 的激光注入（对于硅，注入深度大约为30μm ）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。
μ-PCD 测得的寿命值为少子有效寿命，它会受到样品体寿命和表面寿命两个因素的影响，其关系如下式所示：
1
11meas
bulk diff surf ττττ=++ （2-1） 式中：22,diff n p
d D τπ=，2surf d S τ= τmeas 为样品测得的有效寿命；τbulk 为样品体寿命；τdiff 为少子从样品体内扩散到表面的扩散寿命；τsurf 为由于样品表面复合产生的表面寿命； d 为样品厚度；D n ，D p 分别为电子和空穴的扩散系数；S 为表面复合速度。
图2-1 不同表面复合速率的样品，体寿命和测试寿命的关系由式（2-1）可知，样品表面寿命对测试寿命有很大影响，使其偏离体寿命，图2-1为不同表面复合速率的样品，体寿命和测试寿命的关系。
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2-1我们可以看到，对于表面复合速率S为1cm/s，或10cm/s 的样品，即使其体寿命在1000μs数量级，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。
2.2 LBIC测试原理
2.2.1 测试原理图
WT-2000PV系统的光诱导电流扫描（LBIC，Light Beam Induced Current）是对表面光电压应用的发展，测量探头包括4个光斑直径为100μm的激光器。
该系统能测量电池片的反射率，诱导电流，并计算出量子效率和扩散长度，而量子效率和扩散长度能反映出电池的质量。
为测量电池的电流，样品的背面用金属台面连接，正面有个金属探针与主电极接触。
LBIC测试原理如图2-2所示：
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