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【哈尔滨工业大学】高频光电导衰退法少子寿命测试仪

  少子寿命是指半导体非平衡载流子从产生到复合所经历的平均生存时间。当半导体受到光、电等外界作用时,内部的平衡态受到破坏,这时载流子的产生超过复合,即产生非平衡载流子;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,半导体回复平衡态。因此,少子寿命是衡量半导体材料性能的重要参数,也是评价半导体单晶质量和器件工艺条件最合适的方法之一。

  少子寿命测量方法可以分为两类,直接测试法和间接测量法。直接测试法是利用各类光或电脉冲注入,使半导体材料处于非平衡状态,然后通过测量半导体材料电阻率的变化而测试出少子寿命值;间接测量法较为繁琐,通过测量相关的物理参数,由两次测量的数据,经过理论计算,得出少子寿命值。高频光电导衰退法是一种常用的直接测试方法,它可以通过直接观测少子的复合衰减过程测得材料的少子寿命值。以这种方法测试半导体材料的少子寿命有助于加深对半导体非平衡载流子理论的理解。

  半导体少子寿命测试仪,国内产品种类不多,性能一般;国外产品型号繁多较为成熟,原理也多种多样,但设备过于昂贵。因此,有必要研制一种性价比较高、适合高校实验教学使用的少子寿命测试仪。

  哈尔滨工业大学研制的少子寿命测试仪是以高频光电导衰减法对半导体材料的少子寿命进行测试的实验设备。该设备主要由高频振荡源、样品台、脉冲光源、专用信号处理电路(检波器、放大器等),以及示波器构成。高频振荡源产生的高频载波通过电容方式与样品耦合,脉冲光源用闪光灯对样品光注入,滤波电路去除噪声干扰,检波电路检出高频载波在闪光灯照射后幅度的变化,最后用示波器显示少子浓度衰减曲线。

  本设备性能稳定,灵敏度高,寿命测量范围大,操作方法简单,可以直接观察半导体材料的光电导衰退过程(△V-t曲线)。经简单实验数据处理即可获得半导体少子寿命值。

  本设备适用范围广泛,作为高校实验教学仪器,主要是面向电子信息科学与技术专业、微电子学专业等,为“半导体物理”、“半导体材料”、“微电子工艺”等课程实验服务,可开出2学时演示型:“高频光电导衰减法少子寿命测量”实验,有配套的实验指导书。本系统也适用于微电子领域科研院所,作为半导体材料、半导体工艺研究用少子寿命测量、工艺条件分析实验仪器。