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少數(shù)載流子壽命測(cè)試系統(tǒng)研究
少 數(shù)載流子壽命是衡量半導(dǎo)體材料性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，文中介紹了光電導(dǎo)衰退法少數(shù)載流子壽命測(cè)試系統(tǒng)。闡述了光電導(dǎo)衰退法測(cè)試原理，分析了測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成，以及光脈沖下降沿時(shí)間、微弱信號(hào)放大處理、前放帶寬、精密定位等關(guān)鍵技術(shù)，其主要性能指標(biāo)是：少數(shù)載流子壽命測(cè)試范圍：10*-7 ~6 *10-6；可測(cè)樣品尺寸：小于20mm；單色光光點(diǎn)大?。害?.3mm；測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定度優(yōu)于10%。 引言 測(cè)試原理 | |
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（4） |
| 可見(jiàn)，⊿σ正比于非平衡載流子濃度⊿p(t)，其亦呈指數(shù)衰減的規(guī)律，故通過(guò)觀察光照停止后電導(dǎo)率的變化可得到少數(shù)載流子壽命值。⊿σ的變化可用圖. 所示的裝置觀察，其中R>=τ，不論光照與否通過(guò)半導(dǎo)體的電流, 近似不變，半導(dǎo)體兩端電壓降V=I*τ | |
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| 光照后由于光生載流子的作用，引起電壓的變化⊿V: | |
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| 通過(guò)測(cè)量電壓波形從最大值下降到其1/e的時(shí)間，就可得到少數(shù)載流子壽命τp。以上就是PCD法測(cè)量少數(shù)載流子壽命的基本原理。
3試系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù) | |
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| 3.2主要部分關(guān)鍵技術(shù) （1） 激光發(fā)射器組件 激光發(fā)射器組件由激光激勵(lì)電路和脈沖激光發(fā)射器組成。其中脈沖激勵(lì)重復(fù)頻率為200Hz，光脈沖下降沿時(shí)間小于15ns，該參數(shù)直接影響壽命的測(cè)試低限。 激光發(fā)射管是GaAs/GaAlAs: 異質(zhì)結(jié)單管激光器輸出波長(zhǎng)0.83μs，峰值功率5W，發(fā)散角15o×30 o，結(jié)面積10ns×150ns，精確安裝在光學(xué)系統(tǒng)的入射焦面上。 （2） 光學(xué)聚焦折反射系統(tǒng) 光學(xué)聚焦折反射系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)光子流的匯聚。為了調(diào)節(jié)光強(qiáng)方便和消除像差，采用雙透鏡系統(tǒng)，其原理如圖3 所示。激光發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)透鏡組’ 變?yōu)槠叫泄?，到濾光片（為防止大注入現(xiàn)象而衰減光強(qiáng)），經(jīng)折反射鏡片后分為兩束光，一束經(jīng)鏡頭組5匯聚到直窗杜瓦瓶焦面，另一束經(jīng)鏡頭組7匯聚到側(cè)窗杜瓦瓶焦面。其中濾光片3是為防止大注入產(chǎn)生而設(shè)計(jì)的，可根據(jù)不同的半導(dǎo)體材料來(lái)選擇合適的濾光效果。 | |
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| （3） 閉環(huán)精密微動(dòng)裝置 由精密步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的X-Y微動(dòng)平臺(tái)，裝有讀數(shù)光柵尺，具有準(zhǔn)確初始定位功能。光學(xué)系統(tǒng)置于精密平臺(tái)上，由計(jì)算機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)讀取光柵尺數(shù)值監(jiān)測(cè)X-Y位置的變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，從而達(dá)到閉環(huán)控制，使步進(jìn)精度達(dá)到2ns。 （4） 專用測(cè)試杜瓦瓶 對(duì)于碲鎘汞和銻化銦等材料而言，用其制作的紅外探測(cè)器都在低溫狀態(tài)下工作，因此也需在低溫下測(cè)試其少數(shù)載流子壽命，測(cè)試杜瓦瓶是引入系統(tǒng)噪聲的主要原因，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種專用杜瓦瓶，不論在結(jié)構(gòu)上還是引線連接方式上都作了特殊處理，有效地保證了信號(hào)傳輸、降低了噪聲。 （5） 微弱信號(hào)放大及顯示采樣 由光激發(fā)產(chǎn)生的信號(hào)極其微弱且噪聲較高，放大信號(hào)、抑制噪聲是準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵，對(duì)前置放大器要求有足夠的帶寬（10Hz50MHz）和增益，以滿足測(cè)量范圍和大面積樣品的要求。我們選用進(jìn)口前置放大器及輔助電路，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)放大HP54616B存儲(chǔ)示波器用來(lái)完成放大器輸出波形的顯示，下降沿時(shí)間的測(cè)量和數(shù)字化傳輸。該示波器頻帶寬度為500MHz，最大采樣頻率2GSa/s，水平分辨率20ps，電壓靈敏度20Mv/div5V/div。 （6） 計(jì)算機(jī)采樣和控制部分 計(jì)算機(jī)完成微動(dòng)平臺(tái)控制，光柵尺數(shù)據(jù)讀取，少數(shù)載流子壽命數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等功能。 通過(guò)I/O接口發(fā)出X-Y方向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使精密平臺(tái)移動(dòng)，計(jì)算機(jī)不斷讀取光柵尺返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，確保X-Y平臺(tái)移動(dòng)精度。通過(guò)GPIB488接口與HP54616B存儲(chǔ)示波器通訊，完成初始化、下降沿時(shí)間的讀取。在WIN98上應(yīng)用專用測(cè)試軟件TESTPOINT平臺(tái)設(shè)計(jì)各測(cè)試、顯示程序。軟件功能強(qiáng)大，可完成對(duì)不同半導(dǎo)體樣品的自動(dòng)和半自動(dòng)測(cè)試，單步步長(zhǎng)任意可調(diào)。測(cè)試完畢計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生各種報(bào)表文件，供用戶進(jìn)行二次處理、記錄存盤、打印輸出。 4系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 5結(jié)論 | |
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