少子寿命测试方法
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τtep -∝∆，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.t∆V~t 曲线:（一）（二）（三）计算少子寿命：电压满足τteV 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（4.44E-5s，0.622V），（7.44E-5s，0.222V）。
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。
最新少数载流子寿命测试
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。
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。
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 。
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。
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。
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。
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
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得到少子寿命的 值。 对样品表面连续点扫描可以得到少子寿 命分布图。
选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
前面一段数据由于高注入偏离指数衰减 规律。
从Time cursor算起拟合指数拟合信号得 到少子寿命τ
V (V )0 e
t
WT-2000例子
坩埚的污染
UMG的少子寿命分布
1. 半导体 (Semiconductor)
硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等
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。
ImVockT qln[n(
NA ni 2
p) ]
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
少子寿命 测 试及 表 面处 理 和钝 化 方法 解析
少子寿命测试及表面处理和钝化方法解析少子寿命测试及表面处理和钝化方法解析少数载流子寿命(简称少子寿命)是半导体材料的一项重要参数，它对半导体器件的性能、太阳能电池的效率都有重要的影响，少子寿命高的话，电池效率相应的也高一点，少子寿命低的话，电池效率也会相应的变低。
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 - 002、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。
太阳能电池硅片少子寿命的测试
太阳能电池硅片少子寿命的测试
首先，测量载流子寿命是一种常见的方法，通过暗态下的载流子寿命测量来评估材料的质量。
这种方法可以使用不同的技术，如微波探测、激光探测和电学探测等，来确定材料中电子和空穴的寿命。
其次，表面重复率是另一种常用的测试方法，它通过测量材料表面上的载流子寿命来评估材料的质量。
这种方法可以帮助确定材料表面的质量和制备工艺的稳定性。
最后，微波电容是一种用来测量材料中载流子寿命的方法，通过测量材料对微波的响应来评估载流子的寿命。
这种方法对于大面积的样品测试非常有效，并且可以提供关于材料质量和性能稳定性的重要信息。
总之，测试太阳能电池硅片少子寿命是评估太阳能电池材料质量和性能稳定性的关键步骤，可以通过测量载流子寿命、表面重复率和微波电容等方法来全面评估材料的质量和性能。
这些测试方法可以帮助太阳能电池制造商和研究人员确定材料的质量，并改进制备工艺，从而提高太阳能电池的效率和稳定性。
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。
晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法
１引言光生电子和空穴从一开始在半导体中产生直到消失的时间称为寿命。
当载流子连续产生时，在太阳能电池中，寿命的值决定了电子和空穴的稳定数量。
这些数目决定了器件产生的电压，因此它应该尽可能的高。
寿命的一个重要方面就是它直接与扩散长度Ｌｂ相关，Ｌｂ＝Ｄｂτｂ!，Ｄｂ是材料的扩散系数，τｂ是材料的体寿命，扩散长度就是这个平均载流子从产生的点到被收集点（ｐ－ｎ结）的平均距离。
由于晶体硅太阳电池性能主要决定于在电池体内和表面的电子－空穴复合，因此，在太阳能电池的研究内容中，最为重要的是准确地获得载流子复合参数的实验方法，测试体内的载流子寿命，表面复合速度等的大小。
在测试的少子寿命中，实际上是不同复合机制的综合结果，测试的少子寿命实际上是整个样品的有效寿命，它是发生在Ｓｉ片或者太阳能电池不同区域（体内、表面）的所有复合叠加的净结果，采用数学表达式能够将体内、表面各种复合机制对有效寿命的贡献分别呈现出来。
定义Ｓｉ片前后表面的复合速度为Ｓｆｒｏｎｔ，Ｓｂａｃｋ，Ｓｉ片的厚度为Ｗ，在认为载流子的浓度在整个片子中分布均匀的假设下，可以得到测试样品的有效寿命的表达式［１］：１τｅｆｆ－１τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ＝１τＳＲＨ＋Ｓｆｒｏｎｔ＋ＳｂａｃｋＷ（１）式中，τｅｆｆ为有效寿命，τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ为体硅材料的本征寿命，包含了俄歇和辐射复合寿命，τＳＲＨ是按照Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ模型［２］描述材料中的缺陷复合中心引起的少子复合寿命，它们是载流子注入大小的函数。
一般情况下，可以近似认为Ｓｆｒｏｎｔ，Ｓｂａｃｋ相同，因此在式（１）中的表面部分变为２ＳＷ。
为了得到材料的真实的体寿命值：τｂ（１τｂ＝１τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ＋１τＳＲＨ）第３３卷第６期２００７年１１月中国测试技术ＣＨＩＮＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３３Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２００７晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法周春兰，王文静（中国科学院电工研究所，北京１０００８０）摘要：少数载流子寿命（简称少子寿命）是半导体晶体硅材料的一项重要参数，它对半导体器件的性能、晶体硅太阳能电池的光电转换效率都有重要的影响。
2.高频光电导衰减法测量硅单晶少子寿命概要.
实验2 高频光电导衰退法测量硅单晶少子寿命1． 实验目的掌握一种测量硅单晶少子寿命的方法。
2． 实验内容用高频光电导衰退法测量硅单晶棒或单晶片的少子寿命。
3． 实验原理3.1 直流光电导衰退法直流光电导衰退法是根据恒定电流作用下半导体样品的光电导随时间衰减的特性来测量少子寿命的。
其测试简图见图1 。
图中，R 是被测半导体样品的体电阻，E 是直流电源，R C 是测试回路的限流电阻，且选择R R C >>，故可近似认为流过样品的电流I 恒定不变。
这样，用示波器记录光照停止后R两端电压随时间的变化就等同于记录R 随时间的变化，实际上也就是记录半导体中非平衡载流子浓度随时间的衰减的曲线，由此衰减曲线就可以得到单晶材料的少子寿命。
以N 型半导体为例，设样品暗电导率为0σ，光照下的电导率为σ，那么()100nq n μσ= ()20σσσ∆+=式（2）中，σ∆为附加光电导率。
假设光注入下非平衡载流子浓度为p n ∆∆,，若无明显的陷阱效应，近似有p n ∆=∆，所以附加光电导（σ∆）与非平衡少数载流子浓度（p ∆）之间有如下关系()()3p n pq μμσ+∆=∆ 在小注入条件下，近似有0σσ≈，故光照条件下电阻率的改变量为()411200σσσρ∆-≈-=∆相应电阻的改变量近似为()520σσρs l s l R ∆-=∆=∆式中s l ,分别为样品的长度和截面积。
将式（1）、（3）代入式（5），得到()600R n p R n p n ⋅+⋅∆-=∆μμμ式中，n q n R μ00=，它是无光照条件下半导体样品的体电阻。
于是，样品体电阻（R ）两端电压的改变量为()()7000V n p IR n p R I V n p n n p n μμμμμμ+∆-=+∆-=∆=∆把式（7）换一种写法，可以得到光照前后样品两端电压的相对变化与样品中少数载流子浓度之间的关系()80np n n p V V μμμ+∆-=∆式中V 为无光照时直流电流I 在样品上产生的电压降。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
合部分与过剩载流子浓度的关系不是简单的线性关
系， 而从（ ２） 中可以知道， Ｊｏｅ 与过剩载流子浓度成线 性关系， 因此可以通过在不同的载流子浓度下测试
少子有效寿命的方法来得到 Ｊｏｅ 的值， 这种方法在高 注入情况下尤其有效。
当片子在只有一面扩散（ 通过饱和电流密度 Ｊｏｅ 来表征） ， 而另外一面没有进行扩散（ 通过表面复合
了材料的电导随着光照的变化。利用光电导测量少
子寿命的方法有几种。所有的技术都是无接触的， 工
作原理就是光激发产生过剩载流子， 这些过剩载流
子在样品的暗电导基础上产生额外的光电导， 载流
子浓度的变化导致了半导体的电导 σ的变化：
ΔσＬ＝（ μｎΔｎ＋μｐΔｐ） ｑＷ＝ｑΔｎ（ μｎ＋μｐ） Ｗ
（ ３）
态光电导方法（ ＱＳＳＰＣ） ：
τｅｆｆ ＝ Ｇ（
Δｎ（ ｔ） －
ｔ） "Δｎ
（ ６）
"ｔ
ＱＳＳＰＣ 包含了以上两种 ＰＣＤ 方法的优点， 特别是它
可以非常准确地测试短和长寿命。实际上， 瞬态和稳
态 ＰＣＤ 是两个光电导随着时间衰减的特殊例子， 是
可以应用于载流子寿命独立于光脉冲宽度情况下的
分析方法。瞬态和准稳态方法常用在测试半导体的
图 １ 微波反射测试系统示意图
假设光注入处于小注入时， 认为测量得到的微
波反射信号正比于样品电导率， 对微波反射功率 Ｐ
与电导 σ之间的关系进行一级泰勒级数展开：
样品的有效寿命的表达式［１］：
１ － １ ＝ １ ＋ Ｓｆｒｏｎｔ ＋Ｓｂａｃｋ
τ τ τ ｅｆｆ
ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ
ＳＲＨ
Ｗ
（ １）
式 中 ， τｅｆｆ 为 有 效 寿 命 ， τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ 为 体 硅 材 料 的 本 征 寿
命 ， 包 含 了 俄 歇 和 辐 射 复 合 寿 命 ， τＳＲＨ 是 按 照 Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－ Ｒｅａｄ－ Ｈａｌｌ 模 型［２］描 述 材 料 中 的 缺 陷 复 合
以及在重掺杂表面区域的少子复合信息。例如， 对于
一个 Ｐ 型衬底， 在认为载流子的浓度在整个片子中
分布均匀的假设下， 扩散 Ｎ 型发射结之后有效寿命
可以表述为［１］：
１－ τｅｆｆ
１ τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ
＝１ τＳＲＨ
＋［Ｊｏｅ（
＋Ｊ ｆｒｏｎｔ） ｏｅ（
（ ］ ｂａｃｋ）
ＮＡ ＋Δｎ） ｑｎｉ２Ｗ
在测试的少子寿命中， 实际上是不同复合机制 的综合结果， 测试的少子寿命实际上是整个样品的
收稿日期： ２００７－ ０３－ ２２； 收到修改稿日期： ２００７－ ０６－ １１ 基金项目： 国家 ８６３ 计划（ ２００６ＡＡ０５Ｚ４０５） 作 者 简 介 ： 周 春 兰（ １９７７－ ） ， 女 ， 贵 州 湄 潭 人 ， 助 理 研 究 员 ， 博 士， 主要从事晶体硅太阳能电池的研究。
τｅｆｆ
这个方程显示了载流子浓度随着时间发生指数衰
减， 因此光电导也遵循这种指数衰减关系， 这种方法
经典地被称为瞬态光电导衰减（ ＴＰＣＤ） 。
（ ２） 稳态光电导衰减（ ＳＳＰＣＤ） ： 是保持一个稳定
的已知的载流子产生率 Ｇ， 通过产生和复合之间的
平衡来决定有效寿命。这种方法具有测试非常低寿
命的特点。在稳态中， 光电导正比于光生载流子的数
第 ３３ 卷第 ６ 期 ２００７ 年 １１ 月
中国测试技术 ＣＨＩＮＡ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．２００７
晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法
周春兰， 王文静
（ 中国科学院电工研究所， 北京 １０００８０）
摘 要： 少数载流子寿命（简称少子寿命）是半导体晶体硅材料的一项重要参数， 它对半导体器件的性能、晶体硅太阳
１引言
光生电子和空穴从一开始在半导体中产生直到 消失的时间称为寿命。当载流子连续产生时， 在太阳 能电池中， 寿命的值决定了电子和空穴的稳定数量。 这些数目决定了器件产生的电压， 因此它应该尽可能 的高。寿命的一个重要方面就是它直接与扩散长度 Ｌｂ
相关， Ｌｂ＝!Ｄｂτｂ ， Ｄｂ 是材料的扩散系数， τｂ 是材料的 体寿命， 扩散长度就是这个平均载流子从产生的点到 被收集点（ ｐ－ ｎ 结） 的平均距离。由于晶体硅太阳电池 性能主要决定于在电池体内和表面的电子－ 空穴复 合， 因此， 在太阳能电池的研究内容中， 最为重要的是 准确地获得载流子复合参数的实验方法， 测试体内的 载流子寿命， 表面复合速度等的大小。
（ ２）
在这个方程中， ＮＡ 是片子的掺杂浓度， Ｊｏ（ｅ ｆｒｏｎｔ） 和 Ｊｏ（ｅ ｂａｃｋ） 是在前后表面扩散区域的饱和电流密度 ， ｎｉ 是材料 的本征载流子浓度， Δｎ 是在某个光照强度下的过剩
载流子浓度， 类似的表述同样适用于对于 Ｎ 型衬
底。对于未形成扩散结的硅片， 它的体复合和表面复
作为光源， 在光灭掉以后， 脉冲产生的电荷载流子的
衰变通过光电导随着时间的变化来监控。同时测量
载流子消失的速率 ｄｎ／ｄｔ 和过剩电子浓度 Δｎ， 由于
每个光子产生一个电子－ 空穴对， 因此 Δｎ＝Δｐ。如果
器件中没有电流， 那么载流子浓度变化的速率等于
复合几率：
ｄ（ Δｎ） ＝－ Δｎ
（ ４）
ｄｔ
中心引起的少子复合寿命， 它们是载流子注入大小
的函数。一般情况下， 可以近似认为 Ｓｆｒｏｎｔ， Ｓｂａｃｋ 相同， 因此在式（ １） 中的表面部分变为 ２Ｓ 。
Ｗ
为了得到材料的真实的体寿命值：
τ（ｂ
１＝ τｂ
１ τｉｎｔｒｉｎｓｉｃ
＋
１ τＳＲＨ
）
２６
中国测试技术
２００７ 年 １１ 月
需要对表面进行有效的钝化， 从而消除或者减
少子寿命中， 下面分别介绍基于这两种方式的常用
的测试方法。
２．１．１ 微波反射光电导衰减（ ＭＷ－ ＰＣＤ）
微波光电导方法是一种瞬态方法， 瞬态方法的
优点在于不需要绝对测量过剩载流子的大小， 而是
通过光电导进行相对测量。缺点在于当瞬态方法测
量短的载流子寿命时， 需要快的电子学设备记录非
常快的光脉冲和光电导衰减信号。
有效寿命， 它是发生在 Ｓｉ 片或者太阳能电池不同区
域（ 体内、表面） 的所有复合叠加的净结果， 采用数学
表达式能够将体内、表面各种复合机制对有效寿命
的贡献分别呈现出来。定义 Ｓｉ 片前后表面的复合速
度为 Ｓｆｒｏｎｔ， Ｓｂａｃｋ， Ｓｉ 片的厚度为 Ｗ， 在认为载流子的浓 度在整个片子中分布均匀的假设下， 可以得到测试
速度 Ｓ 来表征） 的情况下， 可以简单地将（ １） 、（ ２） 两
个方程式组合起来描述这种结构的有效少子寿命。
实际上， Ｊｏｅ 和 Ｓ 这两个概念在低注入的情况下是相 关联的， 即 Ｓｅｆｆ≈ＪｏｅＮＡ／ｑｎｉ２。
２ 少子寿命测试方法
２．１ 基于光电导的技术的测试方法
光电导是半导体材料的一个重要因素， 它描述
第 ３３ 卷第 ６ 期
周春兰等： 晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法
２７
ＭＷ－ ＰＣＤ 技术［３］的测试原理是通过测试从样品 表面反射的微波功率的时间变化曲线来记录光电导 的衰减， 也就是并未直接测试方程（ １） 中的过剩载流 子浓度变化。大部分 ＭＷ－ ＰＣＤ 方法使用脉冲光源 在样品中产生过剩载流子， 由于产生的过剩载流子 使样品的电导发生变化， 而入射的微波的反射率是 材料电导的函数， 即反射微波的能量变化也反映了 过剩载流子浓度的变化。其测试系统示意图如图 １ 所示， 系统包括微波源， 微波探测器， 以及脉冲光源。 脉冲激光作为硅片的注入光源， 可在半导体材料中 激发过剩载流子； 微波源给出探测信号， 检测半导体 材料的光电导， 微波经硅片反射后进人检波器和放 大电路。当光照结束后， 随着过剩载流子的逐渐衰 减， 微波的反射也越来越弱； 通过分析反射微波曲线 （ ～ｅｘｐ（ － ｔ／τｅｆｆ） ） 的指数因子， 可求得测试样品中的有 效少子寿命。
这里， Ｗ 是硅片的宽度， μｎ 和 μｐ 和是电子、空穴的迁
移率， 是掺杂浓度和注入水平的函数。这些额外的光
电导的时间变化反应了过剩载流子浓度按照半导体中载流子产生的途径不同， 测试寿
命有三个基本的方法［１］：
（ １） 瞬态光电导衰减（ ＴＰＣＤ） ： 利 用 一 个 短 脉 冲
关键词： 晶体硅； 太阳能电池； 少子寿命； 微波光电导衰减； 准稳态光电导； 表面光电压
中图分类号： Ｏ７８５， Ｏ７７
文献标识码： Ａ
文章编号： １６７２－ ４９８４（ ２００７） ０６－ ００２５－ ０７
Ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒ ｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍｉｎｏｒ ｉｔｙ ｃａｒ ｒ ｉｅｒ ｏｆ ｃｒ ｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ
少表面复合； 另外， 如果使用非常高寿命的片子， 假
定 τＳＲＨ＝∞， 那么通过式子（ １） 就可以得到表面复合速 度 Ｓ 的上限值。
在片子的前后表面 经 过 扩 散 形 成 ＰＮ 结 后 ， 发
射结或者扩散 区 域 一 般 通 过 饱 和 电 流 密 度 Ｊｏｅ 来 表 征， 这个参数包含了在薄扩散区域体内的俄歇复合
ＺＨＯＵ Ｃｈｕｎ－ ｌａｎ， ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ ｊｉｎｇ （ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８０， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ． Ｃｏｍｍｏｎ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｃａｙ （ μ－ ＰＣＤ） ， ｑｕａｓｉ－ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｐｈｏｔｏ－ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ （ ＱＳＳＰＣ） ， ｓｕｒｆａｃｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ （ ＳＰＶ） ， ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｍａｇｉｎｇ （ ＩＲ－ ＣＤＩ） ， ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｒｅｅ － ｃａｒｒｉｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ （ ＭＦＣＡ） ａｎｄ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ （ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ） － ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ （ ＬＢＩＣ， ＥＢＬＣ） ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ． Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｔｏｏ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ； Ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ； Ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒ ｌｉｆｅｔｉｍｅ； μ－ ＰＣＤ； ＱＳＳＰＣ； ＳＰＶ