【CN109932356A】一种半导体载流子类型判断及禁带宽度的测量方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910214536.6

(22)申请日 2019.03.20

(71)申请人 福建师范大学

地址 350108 福建省福州市闽侯县上街镇

大学城福建师范大学科技处

(72)发明人 陈越　黄志高　林应斌　

(74)专利代理机构 福州君诚知识产权代理有限

公司 35211

代理人 戴雨君

(51)Int.Cl.

G01N 21/71(2006.01)

(54)发明名称

一种半导体载流子类型判断及禁带宽度的

测量方法

(57)摘要

本发明公开一种半导体载流子类型判断及

禁带宽度的测量方法，利用开尔文探针法测量非

本征半导体材料不同温度下的功函数，得到材料

费米能级随温度的变化规律，判断其载流子类

型；在此基础上，结合非本征半导体材料功函数

随温度变化的关系，分析电子热激发引起的费米

能级与导带、价带的相对位置变化关系，求出禁

带宽度。本发明测量方法基于半导体能带理论,

相比于传统光学带隙测量方法，在准确度大幅提

高的同时，也可对非透光半导体材料的禁带宽度

进行测量。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 109932356 A 2019.06.25

C N 109932356

A

1.一种半导体载流子类型判断及禁带宽度的测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤1，将半导体材料均匀设置于导热良好的金属样品台上，并于基底形成良好的欧姆接触，该“材料-基底”即为测量样品；

步骤2，将样品置于配有开尔文探针的真空控温腔内并抽真空，记录样品初始温度T 0，并

量测此温度下样品材料的功函数功函数即真空能级E Ψ与费米能级E f 之差；

步骤3，逐步提高半导体材料温度使之发生热激发，并利用开尔文探针测量获取升温过程中不同温度下样品的功函数；

步骤4，根据非本征半导体材料费米能级和功函数随温度变化图判断样品类型；当样品功函数随温度升高而减小，则为P型半导体；

当样品功函数随温度升高而增大，则为n型半导体；

步骤5，继续提高半导体材料温度直至开尔文探针所测材料功函数不随温度变化时，获取此时半导体材料发生饱和本征激发时的“饱和温度”T S ；

步骤6，利用升温过程中不同温度下的费米能级位置和“饱和温度”值计算分析得到半导体材料的禁带宽度E g ；

具体计算公式为：

其中，k B 为玻尔兹曼常数，T s 为饱和温度，为T s 温度下的费米能级，为0K温度下的费米能级，c为半导体材料性质相关的常数。

2.根据权利要求1所述的一种半导体载流子类型判断及禁带宽度的测量方法，其特征在于：，步骤1中半导体材料为半导体材料薄膜或半导体材料粉末。

3.根据权利要求1所述的一种半导体载流子类型判断及禁带宽度的测量方法，其特征在于：步骤1中半导体材料在金属样品台的厚度不低于200nm。

4.根据权利要求1所述的一种半导体载流子类型判断及禁带宽度的测量方法，其特征在于：步骤6中半导体材料性质相关的常数c的计算步骤如下：

步骤6.1，选择10个温度点并获取对应的样品功函数，两两代入公式5分别计算得到多

组半导体材料性质相关的常数c，

其中，E V 价带能级，k B 为玻尔兹曼常数，T 1为第一个温度点温度，为T 1温度下的费米能级，为T 1温度下的样品功函数，T 2为第二个温度点温度，为T 2温度下的费米能级，为T 2温度下的样品功函数；

步骤6.2，利用逐差法求出多组半导体材料性质相关的常数c的平均值，并将c的平均值作为该半导体材料性质相关的常数c。

权　利　要　求　书1/1页2CN 109932356 A