(高清版)GBT 1553-2023 硅和鍺體內(nèi)少數(shù)載流子壽命的測(cè)定 光電導(dǎo)衰減法

硅和鍺體內(nèi)少數(shù)載流子壽命的測(cè)定光電導(dǎo)衰減法2023-08-06發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T1553—2009《硅和鍺體內(nèi)少數(shù)載流子壽命測(cè)定光電導(dǎo)衰減法》,與GB/T1553—2009相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)更改了范圍(見(jiàn)第1章，2009年版的第1章);b)增加了術(shù)語(yǔ)和定義中直觀壽命、少數(shù)載流子壽命、載流子復(fù)合壽命、注入水平的定義(見(jiàn)第3章),刪除了表觀壽命的定義(見(jiàn)2009年版的3.1),更改了體壽命的定義(見(jiàn)3.2,2009年版的c)更改了干擾因素中陷阱效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、溫度、電導(dǎo)率調(diào)幅效應(yīng)、掃出效應(yīng)、光源的波長(zhǎng)和5.9),增加了注入比、電阻率、樣品表面、樣品尺寸、載流子濃度變化、加水的影響、不同壽命測(cè)d)更改了方法原理(見(jiàn)5.1,2009年版的第4章);e)更改了研磨材料(見(jiàn)5.2.2,2009年版的7.1.2);f)更改了光源、電源、濾光片放置位置(見(jiàn)5.3.2.1～5.3.2.4,2009年版的6.2、6.3、6.5),刪除了恒溫器、研磨設(shè)備、清洗和干燥設(shè)備(見(jiàn)2009年版的6.4、7.6、7.7),增加了計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)(見(jiàn)g)增加了試驗(yàn)條件(見(jiàn)5.3.4);h)更改了試驗(yàn)步驟中溫度的要求(見(jiàn)5.3.5.1,2009年版的8.1);i)更改了直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光方法的精密度(見(jiàn)5.3.7,2009年版的第11章);j)更改了高頻光電導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)示意圖(見(jiàn)6.2.1,2009年版的A.3.1);k)更改了光脈沖發(fā)生裝置、光學(xué)系統(tǒng)、高頻電源、檢波器的要求(見(jiàn)6.2.2.1～6.2.2.4,2009年版的A.3.2～A.3.5),增加了寬頻放大器、取樣器、示波器或計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)測(cè)試裝置(見(jiàn)6.2.2.5~1)增加了樣品要求(見(jiàn)6.3);m)增加了試驗(yàn)條件中相對(duì)濕度的要求(見(jiàn)6.4);n)增加了儀器的校準(zhǔn)(見(jiàn)6.5.2);o)增加了快速測(cè)試方法(見(jiàn)6.5.4);p)增加了注入水平的計(jì)算(見(jiàn)6.6.1);q)更改了高頻光電導(dǎo)衰減方法的精密度(見(jiàn)6.7,2009年版的第11章);r)增加了不同測(cè)試方法得到的壽命值之間的關(guān)系(見(jiàn)附錄B)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：有研半導(dǎo)體硅材料股份公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司、廣州昆德半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)有限公司、青海芯測(cè)科技有限公司、陜西有色天宏瑞科硅材料有限責(zé)任公司、浙江海納半導(dǎo)體股份有限公司、洛陽(yáng)中硅高科技有限公司、江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司、宜昌南玻硅材料有限公司、江蘇鑫華半導(dǎo)體科技股份有限公司、亞州硅業(yè)(青海)股份有限公司、云南臨滄鑫圓鍺業(yè)股份有Ⅱ限公司、云南馳宏國(guó)際鍺業(yè)有限公司。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——1979年首次發(fā)布為GB/T1553—1979,1985年第一次修訂；——1997年第二次修訂時(shí)并入了GB5257—1985的內(nèi)容，同時(shí)代替了GB5257—1985;2009年第三次修訂；——本次為第四次修訂。1硅和鍺體內(nèi)少數(shù)載流子壽命的測(cè)定光電導(dǎo)衰減法本文件規(guī)定了非本征硅單晶和鍺單晶體內(nèi)載流子復(fù)合過(guò)程中非平衡少數(shù)載流子壽命的光電導(dǎo)衰減測(cè)試方法。本文件適用于非本征硅單晶和鍺單晶中非平衡少數(shù)載流子壽命的測(cè)試。直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法可測(cè)試具有特殊尺寸的長(zhǎng)方體或圓柱體樣品，測(cè)試硅單晶的最短壽命值為50μs,測(cè)試鍺單晶最短壽命值為10μs。高頻光電導(dǎo)衰減法可測(cè)試棒狀或塊狀樣品，測(cè)試硅單晶和鍺單晶的最短壽命值為10μs.注：直流光電導(dǎo)衰減方法有兩種：直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法和直流光電導(dǎo)衰減-斬波光法(見(jiàn)附錄A)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1550非本征半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型測(cè)試方法GB/T1551硅單晶電阻率的測(cè)定直排四探針?lè)ê椭绷鲀商结樂(lè)℅B/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T26074鍺單晶電阻率直流四探針測(cè)量方法3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14264界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。在示波器上直觀顯示的從脈沖注入結(jié)束到衰減信號(hào)降至初始信號(hào)的l/e時(shí)的持續(xù)時(shí)間。注1:衰減曲線的初始部分往往不符合指數(shù)衰減，因此從衰減曲線的初始部分確定的直觀壽命無(wú)法確定少數(shù)載流子壽命或載流子復(fù)合壽命；壽命的測(cè)量報(bào)告值可對(duì)直觀壽命進(jìn)行修正，即由衰減曲線后一段時(shí)間出現(xiàn)的指數(shù)部分確定。注2:在直流光電導(dǎo)衰減方法中，直觀壽命的確定指光電導(dǎo)電壓的峰值或飽和電壓衰減到等于初始電壓的1/e時(shí)間。體壽命bulklifetime在空穴-電子對(duì)的表面復(fù)合可以忽略不計(jì)的情況下，僅由晶體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷的復(fù)合作用所決定的壽命。注：體壽命可以是少數(shù)載流子壽命也可以是載流子復(fù)合壽命，區(qū)別于以表面復(fù)合為主的表面壽命。通常壽命測(cè)試2中是為了得到體壽命。少數(shù)載流子壽命minoritycarrierlifetime均勻半導(dǎo)體中非平衡少數(shù)載流子由產(chǎn)生到復(fù)合存在的平均時(shí)間間隔。注：在滿足小注入條件下，其數(shù)值等于非平衡少數(shù)載流子濃度衰減到起始值的1/e(e=2.718)所需的時(shí)間。載流子復(fù)合壽命c(diǎn)arrierrecombinationlifetime在均勻半導(dǎo)體內(nèi)非平衡空穴-電子對(duì)由產(chǎn)生到復(fù)合存在的平均時(shí)間間隔。注入水平injectionlevelη在非本征半導(dǎo)體晶體或晶片內(nèi)，由光子或其他手段產(chǎn)生的過(guò)剩載流子濃度與多數(shù)載流子的平衡濃度之比。注：注入水平與激發(fā)脈沖停止后立即產(chǎn)生的初始過(guò)剩載流子濃度有關(guān)。4干擾因素4.1陷阱效應(yīng)的影響對(duì)于室溫下的硅和低溫下的鍺，載流子陷阱會(huì)對(duì)載流子復(fù)合產(chǎn)生影響。如果樣品中存在陷阱效應(yīng)，脈沖光停止后，非平衡少數(shù)載流子將保持較高濃度并維持相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，光電導(dǎo)衰減曲線會(huì)出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。在這段衰減曲線上進(jìn)行測(cè)試將導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命值增大。樣品是否存在陷阱效應(yīng)可由直觀壽命值的變化來(lái)確定，通常由壽命值從小于衰減曲線光導(dǎo)電壓峰值(△V?)25%的曲線部分來(lái)確定。若壽命值在沿曲線更低處測(cè)試時(shí)增加，則存在陷阱。此外，把硅樣品加熱到50℃~70℃或用一穩(wěn)定的本底光照射樣品，可消除陷阱效應(yīng)。若陷阱的影響超過(guò)曲線總幅度的5%,則該樣品不適合用直流光電導(dǎo)衰減法測(cè)試。4.2注入比的影響少數(shù)載流子壽命測(cè)試應(yīng)在小注入條件下進(jìn)行。不同電阻率時(shí)符合小注入的條件不同，可通過(guò)改變光強(qiáng)觀察壽命值的變化來(lái)初步判斷，當(dāng)壽命值不隨注入比改變時(shí)，可大致判斷測(cè)試結(jié)果為少數(shù)載流子壽命。4.3電阻率的影響測(cè)試時(shí)樣品的電阻率應(yīng)在測(cè)試方法及測(cè)試設(shè)備要求的范圍內(nèi)。當(dāng)電阻率較低時(shí)，干擾因素比較大，若增大注入比，可能得到的是載流子復(fù)合壽命。4.4光生伏特效應(yīng)的影響對(duì)于電阻率不均勻的樣品，光照可能會(huì)引發(fā)光生伏特效應(yīng)，產(chǎn)生使衰減信號(hào)扭曲的光電壓。為了消除此影響，測(cè)試時(shí)需要評(píng)估光照的影響，特別對(duì)電阻率較高和壽命較長(zhǎng)的樣品，當(dāng)光照對(duì)壽命測(cè)試值有影響時(shí)宜避免光照。在沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)就呈現(xiàn)光電壓的樣品不適合用本方法測(cè)試。4.5溫度的影響樣品中雜質(zhì)的復(fù)合特性會(huì)受溫度的較大影響，測(cè)試時(shí)控制溫度相當(dāng)重要。對(duì)于接近本征的高電阻率樣品或?qū)囟纫筝^高的樣品，應(yīng)在(27±1)℃范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。34.6雜質(zhì)復(fù)合中心的影響不同的雜質(zhì)中心具有不同的復(fù)合特性，當(dāng)樣品中存在一種以上類型的復(fù)合中心時(shí)，觀察到的衰減曲線可能包含兩個(gè)或多個(gè)具有不同時(shí)間常數(shù)的指數(shù)曲線，諸曲線合成結(jié)果也不呈指數(shù)規(guī)律，測(cè)試不能得出單一壽命值。4.7樣品表面的影響樣品應(yīng)具有研磨表面。使用的研磨材料可能影響樣品的表面復(fù)合，進(jìn)而影響得到少數(shù)載流子的體復(fù)合壽命，應(yīng)選擇適宜的研磨材料以制備樣品的研磨表面。在測(cè)試條件下，呈非指數(shù)規(guī)律變化信號(hào)的樣品及表面為拋光面的樣品都不適合用直流光電導(dǎo)衰減法和高頻光電導(dǎo)衰減法測(cè)試。4.8樣品尺寸的影響樣品的尺寸大小對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，直流光電導(dǎo)衰減法和高頻光電導(dǎo)衰減法的最長(zhǎng)壽命值主要由樣品尺寸和測(cè)試設(shè)備決定。直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法的推薦樣品類型尺寸見(jiàn)表1;直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法測(cè)試推薦樣品的最大可測(cè)試壽命值見(jiàn)表2;高頻光電導(dǎo)衰減法測(cè)試典型樣品尺寸與最大可測(cè)體壽命的理論值見(jiàn)表3,若高頻光電導(dǎo)衰減法直接測(cè)得的直觀壽命大于表3中值的一半時(shí)，則樣品尺寸應(yīng)增大。表1直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法的推薦樣品類型尺寸單位為毫米類型長(zhǎng)方體樣品棒狀樣品長(zhǎng)度寬度厚度方棒截面積圓棒直徑A2.5×2.5B25.05.0×5.0C25.010.0×10.0表2直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法測(cè)試推薦樣品的最大可測(cè)試壽命值單位為微秒材料少數(shù)載流子壽命(體壽命)的最大測(cè)試值p型鍺460n型鍺p型硅n型硅注：當(dāng)樣品尺寸大于表中尺寸時(shí)，少數(shù)載流子壽命(體壽命)的測(cè)量上限將隨之增大。4表3高頻光電導(dǎo)衰減法測(cè)試典型樣品的尺寸與最大可測(cè)試體壽命理論值長(zhǎng)度截面積或直徑少數(shù)載流子壽命(體壽命)n型p型注：當(dāng)樣品尺寸大于表中所示尺寸時(shí)，少數(shù)載流子壽命(體壽命)的測(cè)量上限也將隨之增大。4.9表面復(fù)合的影響4.9.1表面復(fù)合會(huì)影響壽命測(cè)試，特別是使用小塊樣品時(shí)。推薦樣品尺寸對(duì)應(yīng)的表面復(fù)合率Rs見(jiàn)表4,表面復(fù)合修正的一般公式見(jiàn)5.3.6,當(dāng)樣品表面積與體積之比很大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修正。表4直流光電導(dǎo)衰減法推薦樣品尺寸對(duì)應(yīng)的表面復(fù)合率R、單位為每微秒材料表面復(fù)合率R。p型鍺p型硅n型硅注：類型指樣品的尺寸，詳見(jiàn)表1。4.9.2若對(duì)表面復(fù)合修正太大，會(huì)嚴(yán)重降低測(cè)試的準(zhǔn)確性。建議對(duì)測(cè)試值的修正不要超過(guò)測(cè)試值倒數(shù)的1/2[即直觀壽命應(yīng)大于少數(shù)載流子壽命(體壽命)的一半，或表面復(fù)合率不大于少數(shù)載流子壽命(體壽命)的倒數(shù)，見(jiàn)公式(7)]。4.10電導(dǎo)率調(diào)幅效應(yīng)的影響當(dāng)直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法測(cè)試時(shí)樣品電導(dǎo)率調(diào)幅效很小時(shí)，樣品上電勢(shì)差的衰減等于光生載流子的衰減。當(dāng)樣品上最大直流電壓調(diào)幅△V?/Va[見(jiàn)公式(6)]超過(guò)0.01時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修正。4.11掃出效應(yīng)的影響光生載流子被直流電場(chǎng)掃到直流光電導(dǎo)的電極端，與電極接觸的單晶端面的表面復(fù)合起作用，加速了載流子的復(fù)合速度，使測(cè)量壽命偏低。因此，用一塊擋光板遮擋樣品端面，使測(cè)試中掃出效應(yīng)不顯著。注：該效應(yīng)僅存在于直流光電導(dǎo)衰減方法，高頻光電導(dǎo)光生載流子在晶體內(nèi)的高頻電場(chǎng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)向電極方向移動(dòng)，只向濃度低的地方做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。54.12光源的波長(zhǎng)和關(guān)斷特性的影響光生載流子大幅度衰減會(huì)影響曲線的形狀，尤其在衰減初期使用脈沖光時(shí)，這種現(xiàn)象更為顯著。因?yàn)槊}沖光源注入的載流子初始濃度一致性差，應(yīng)使用濾波器以增加注入載流子濃度的一致性，并在衰減曲線峰值逐漸減弱之后進(jìn)行測(cè)試，或使用單色激光作光源。另外，光源的關(guān)斷特性決定了可測(cè)試的最短壽命值。4.13濾光片的影響濾光片本身有信號(hào)，它和樣品信號(hào)疊加產(chǎn)生測(cè)試誤差。因此使用直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法測(cè)試時(shí)應(yīng)選擇厚度1mm、與被測(cè)樣品材料相同、信號(hào)較弱(低壽命值)的濾光片，來(lái)增加注入載流子密度的均勻性。4.14壽命隨載流子濃度變化的影響使用直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法測(cè)試時(shí)，對(duì)于p型硅來(lái)說(shuō)，壽命隨載流子濃度函數(shù)變化非常迅速，多次測(cè)試可能使壽命值比較分散，若由此計(jì)算壽命平均值將會(huì)帶來(lái)較大誤差。4.15加水的影響使用高頻光電導(dǎo)衰減方法測(cè)試時(shí)，一般電極需加水測(cè)試。對(duì)于電阻率比較高的樣品，測(cè)試時(shí)加水可能會(huì)使樣品與測(cè)試儀器之間形成一個(gè)導(dǎo)電通路，得到的壽命值比較低。對(duì)于電阻率比較低的樣品，壽命值不會(huì)受電極加水的影響。4.16不同測(cè)試方法得到的壽命值之間的關(guān)系不同壽命測(cè)試方法得到的壽命值之間的關(guān)系見(jiàn)附錄B。5直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法5.1方法原理在具有歐姆接觸的單一導(dǎo)電類型長(zhǎng)方體或圓柱體單晶樣品上通一直流電，用示波器觀察樣品上的電壓降。在短時(shí)間內(nèi)對(duì)樣品施一能量接近禁帶能量的短脈沖光，在樣品中產(chǎn)生非平衡少數(shù)載流子，同時(shí)觸發(fā)示波器掃描。從脈沖光停止起，電壓衰減的時(shí)間常數(shù)可由示波器掃描測(cè)得。當(dāng)樣品中電導(dǎo)率調(diào)幅非常小時(shí)，觀察到的電壓衰減等價(jià)于光生載流子的衰減，因此電壓衰減的時(shí)間常數(shù)等于非平衡少數(shù)載流子衰減的時(shí)間常數(shù)，少數(shù)載流子壽命由該時(shí)間常數(shù)確定，見(jiàn)公式(1)。必要時(shí)，應(yīng)消除陷阱效應(yīng)和對(duì)表面復(fù)合及過(guò)量電導(dǎo)率調(diào)幅進(jìn)行修正?！鱒——光電導(dǎo)電壓，單位為伏特(V);△V?——光電導(dǎo)電壓的峰值或初始值，單位為伏特(V);5.2試劑和材料5.2.1去離子水：溫度為25℃時(shí)，電阻率大于2MΩ·cm的去離子水。65.2.2研磨材料：氧化鋁粉或其他合適的研磨材料，粒徑為5μm～12μm。5.3儀器設(shè)備5.3.1測(cè)試系統(tǒng)圖測(cè)試系統(tǒng)電路見(jiàn)圖1。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：2——光學(xué)系統(tǒng)；3——電源；4——串聯(lián)電阻；5——示波器；6——前置放大器；7——電壓表；8——換向開(kāi)關(guān)；9——樣品；10——矩形窗口膜片；11——濾光片。圖1直流光電導(dǎo)衰減測(cè)試系統(tǒng)示意圖脈沖光源的關(guān)斷時(shí)間宜盡量小，至少為光強(qiáng)最大值減小到其10%時(shí)或小于所測(cè)樣品壽命值的1/5時(shí)關(guān)斷。用于硅樣品測(cè)試的光源光譜分布的最大值應(yīng)在波長(zhǎng)1.0μm～1.1μm范圍；用于鍺樣品測(cè)試的光源光譜分布的最大值應(yīng)在波長(zhǎng)1.5μm～1.8μm范圍。使用單色光源時(shí)，無(wú)需在光源前增加濾光片及矩形窗孔膜片。氙燈或放電管，配備0.01μF的電容器以及可提供頻率為2Hz～60Hz脈沖的高壓電源。光源應(yīng)在0.3μs內(nèi)達(dá)到最大光強(qiáng)，并在小于0.5μs內(nèi)光強(qiáng)至少下降至最大值的5%。采用更小的電容可獲得更短的脈沖寬度，適合測(cè)試直觀壽命低于5μs的樣品。注：測(cè)試光源關(guān)斷時(shí)間。關(guān)斷時(shí)間小于1μs時(shí)，用直流光電導(dǎo)衰減的兩種方法對(duì)應(yīng)厚度0.1mm,長(zhǎng)度不小于10mm和寬度不小于4mm的硅樣品進(jìn)行測(cè)試，或用光脈沖法對(duì)應(yīng)厚度0.25mm,長(zhǎng)度不小于10mm和寬度不小于4mm的鍺樣品進(jìn)行測(cè)試，如果條形樣品所有表面都被研磨，無(wú)論樣品的體壽命如何，樣品的直觀壽命都小7經(jīng)過(guò)濾波器(以增加注入載流子密度的均勻性)調(diào)節(jié)的電流電源為樣品提供足夠的直流電，使樣品產(chǎn)生高達(dá)5V的直流電壓。電源可采用恒流源，也可采用恒壓源與無(wú)感抗串聯(lián)電阻電路中R,相結(jié)合的形式。R,值至少是樣品電阻R及接觸電阻R。之和的20倍，電路中還應(yīng)有對(duì)樣品電流換向及切斷電流的開(kāi)關(guān)裝置。5.3.2.3樣品夾具樣品夾具與樣品的整個(gè)端面應(yīng)保持歐姆接觸，并應(yīng)至少使樣品四個(gè)側(cè)面中的一個(gè)側(cè)面處于光照下。注：制作與樣品端面成歐姆接觸的樣品夾具的方法較多，建議使用金屬帶或纖維的壓力接觸，也可用厚鉛板或銦板。濾光片應(yīng)雙面拋光，由與樣品相同的材料制成，厚度為1mm,放置在矩形窗孔膜片的下方。5.3.2.5矩形窗孔膜片矩形窗孔膜片應(yīng)放置于接近被照射的樣品表面，光透過(guò)矩形窗孔膜片，只能照射到樣品的部分區(qū)域。光照區(qū)域的長(zhǎng)度(l;)應(yīng)是樣品長(zhǎng)度(l?)的一半，寬度(w;)應(yīng)是樣品寬度(w、)的一半，光照部位都在樣品中央位置。5.3.2.6電信號(hào)測(cè)試線路電信號(hào)測(cè)試線路應(yīng)滿足以下要求。a)前置放大器具有可調(diào)的高、低頻頻帶范圍，低頻截止頻率從0.3Hz～30Hz可調(diào)，高頻截止頻率應(yīng)大于2MHz。b)示波器具有適合的時(shí)間掃描和信號(hào)靈敏度及經(jīng)校準(zhǔn)的時(shí)間基線，其精度和線性度都優(yōu)于3%并能被試驗(yàn)信號(hào)或外部信號(hào)觸發(fā)，還應(yīng)配備有助于分析衰減曲線的透明屏幕，屏幕劃分成厘米見(jiàn)方的若干個(gè)方格，以最小化視差。屏幕上可呈現(xiàn)一條標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線如圖2所示，在基線上方的高度沿橫坐標(biāo)的距離呈指數(shù)衰減，見(jiàn)公式(2)。y=6e(云)……………(2)式中：y——光電導(dǎo)電壓，單位為伏特(V);x——直觀壽命，單位為微秒(μs)。注：x和y如圖2中的刻度劃分。8V Y圖2示波器上的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線c)計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)(含高速數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī))可代替示波器。其中數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率應(yīng)不小于10MHz,DC輸入范圍為±5V,精度為±1LSB;計(jì)算機(jī)配置應(yīng)能滿足檢測(cè)需求。測(cè)試電路應(yīng)滿足以下要求：a)校正垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度應(yīng)不大于0.1mV/cm或更優(yōu)；b)垂直增益和掃描線性度應(yīng)不大于3%;c)響應(yīng)時(shí)間：輸入信號(hào)以步進(jìn)方式變化時(shí)，輸出信號(hào)的上升和下降時(shí)間應(yīng)小于被測(cè)最小直觀壽命值的1/5;d)脈沖應(yīng)無(wú)明顯的變壞現(xiàn)象，如過(guò)沖或阻尼效應(yīng)。從晶體指定區(qū)域切取長(zhǎng)方體(長(zhǎng)度為l。,厚度為ts,寬度為w,)或者圓柱體樣品。記錄所有尺寸，精確到0.1mm。較低壽命值的材料測(cè)試宜使用較小尺寸的樣品。直拉法制備的硅單晶測(cè)試常用B類型樣品，區(qū)熔法制備的硅單晶測(cè)試建議采用C類型樣品，見(jiàn)表1。測(cè)試前，用氧化鋁粉研磨樣品，使樣品表面成為平整、光滑的研磨面。將研磨后的樣品用超聲清洗或用去離子水沖洗，再用干燥氮?dú)獯蹈?。樣品端面?yīng)清潔干凈，有利于形成良好的歐姆接觸。在樣品的兩個(gè)端面上制作歐姆接觸。鍺樣品可使用鎳、銠或金電鍍?cè)。苊忏~沾污。硅樣品使用加熱盤將樣品加熱至35℃,同時(shí)研磨端面，防止滴在金剛砂布上的鎵形成鎵污點(diǎn)，或用電阻率小于0.01Ω·cm的銀粉導(dǎo)電橡膠做緊壓歐姆接觸。也可在n型硅樣品端面鍍鎳，在p型硅樣品端面鍍銠。9使用精度為0.01mm的千分尺或游標(biāo)卡尺測(cè)試樣品尺寸。將樣品置于夾具中，以一個(gè)方向接通電流，在樣品上形成2V～5V的電壓，記錄該電壓降V?。改變電流方向，記錄樣品上電壓降V?。如果改變電流方向前后的電壓變化率至少小于5%,則判定樣品具有歐姆接觸。樣品電阻率按GB/T1551或GB/T26074進(jìn)行測(cè)試、記錄并修正。如果樣品導(dǎo)電類型是未知的，測(cè)試儀器應(yīng)電磁屏蔽，溫度為(23±5)℃;相對(duì)濕度不大于60%。5.3.5試驗(yàn)步驟5.3.5.1用樣品夾具夾緊樣品，定位于膜片的矩形窗孔處，使樣品的中央處于光照下，測(cè)試并記錄溫度，對(duì)于接近本征的高電阻率樣品或者對(duì)溫度要求比較高的樣品，測(cè)試溫度范圍為(27±1)℃。5.3.5.2開(kāi)啟光源，將前置放大器與示波器接通。5.3.5.3接通電源，調(diào)整電流，在樣品上產(chǎn)生2V～5V電壓。5.3.5.4觀察衰減曲線，衰減曲線應(yīng)與示波器上的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線一致，示波器上的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線見(jiàn)圖2。觀察步驟如下。a)調(diào)節(jié)垂直位移旋鈕，使觀察到的衰減曲線的基線與標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線的基線重合。調(diào)節(jié)時(shí)間基準(zhǔn)掃描速度于一較低值，使屏幕橫向上出現(xiàn)多個(gè)衰減曲線，以易于調(diào)節(jié)。b)延長(zhǎng)時(shí)間基準(zhǔn)以產(chǎn)生一個(gè)單周期信號(hào)圖樣，調(diào)節(jié)水平位移、垂直增益和時(shí)間基準(zhǔn)掃描速度，直至觀察到的曲線與標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線盡可能吻合，脈沖光導(dǎo)電壓峰值△V。與標(biāo)準(zhǔn)曲線左邊上方點(diǎn)一致。5.3.5.5測(cè)試樣品是否存在光生伏特效應(yīng)。關(guān)斷電流，保持光照，其他旋鈕不動(dòng)，觀察示波器是否檢測(cè)到一個(gè)光電壓信號(hào)。如果檢測(cè)到一個(gè)超過(guò)脈沖光導(dǎo)電壓峰值1%的信號(hào)，則樣品中存在光生伏特效應(yīng)，該樣品不適合用本方法測(cè)試。5.3.5.6若未觀察到5.3.5.5檢測(cè)到的光電壓信號(hào)且衰減曲線呈指數(shù)曲線，則由公式(3)計(jì)算直觀壽r——直觀壽命，單位為微秒(μs);S?——時(shí)間基準(zhǔn)掃描速度，單位為微秒每厘米(μs/cm)。5.3.5.7若示波器時(shí)間基準(zhǔn)未經(jīng)校準(zhǔn)，則標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線不適用。旋轉(zhuǎn)時(shí)間基準(zhǔn)掃描速度至合適分度值(S?),測(cè)試衰減曲線上任意兩點(diǎn)間幅度比為2:1的水平距離(M),直觀壽命(rp)由公式(4)計(jì)算。rg——直觀壽命，單位為微秒(μs);M——任意兩點(diǎn)間幅度比為2:1的水平距離，單位為厘米(cm);S?——時(shí)間基準(zhǔn)掃描速度分度值，單位為微秒每厘米(μs/cm)。當(dāng)不具備標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線(見(jiàn)圖2)時(shí)，也可用該步驟。5.3.5.8當(dāng)觀察到的屏幕衰減曲線呈非純指數(shù)曲線但接近于純指數(shù)曲線時(shí)，直觀壽命可由曲線底端的幾對(duì)點(diǎn)確定。a)當(dāng)樣品的寬度一半或少于一半已受光照，直觀壽命從信號(hào)衰減到其峰值的60%以后的曲線部分來(lái)測(cè)試。b)當(dāng)樣品的寬度一半以上已受光照，直觀壽命從信號(hào)衰減到其峰值的25%以后的曲線部分來(lái)測(cè)試。c)上述兩種情況都要增加垂直增益以延長(zhǎng)衰減曲線，使指定部分達(dá)到屏幕垂直滿刻度，調(diào)節(jié)時(shí)間基準(zhǔn)掃描到一合適分度值(S?),使衰減曲線的指定部分盡可能達(dá)到屏幕水平滿刻度，測(cè)試曲線上幅度比為2:1的任意兩點(diǎn)間水平距離(M),由公式(4)計(jì)算直觀壽命。重復(fù)上述過(guò)程兩遍以上，得到xp;(i=1,2,3…)。本方法測(cè)試。5.3.5.9檢查是否滿足掃出條件。a)關(guān)斷光源，測(cè)試樣品上直流電壓Va。進(jìn)行5.3.5.10操作。c)硅和鍺樣品推薦長(zhǎng)度的掃出條件常數(shù)及遷移率見(jiàn)表5,對(duì)于其他長(zhǎng)度的樣品，其掃出條件按公式(5)進(jìn)行計(jì)算。式中：Vae——直流電壓，單位為伏特(V);l、——樣品長(zhǎng)度，單位為毫米(mm);μ——少數(shù)載流子遷移率，單位為平方厘米每伏秒[cm2/(V·s)]。表5硅和鍺樣品推薦長(zhǎng)度的掃出條件常數(shù)及遷移率材料遷移率cm2/(V·s)n型鍺p型硅n型硅4705.3.5.10按下列步驟檢查是否滿足小注入條件：a)使用滿足掃出條件相同的電流值，開(kāi)啟光源，測(cè)試脈沖光導(dǎo)電壓峰值(△Vo);b),則滿足小注入條件；式中：tg——修正后的直觀壽命值，單位為微秒(μs);Trm—-5.3.5.6中測(cè)試或5.3.5.7中計(jì)算的直觀壽命值，單位為微秒(μs);△V?！鈱?dǎo)電壓峰值，單位為伏特(V);Va——直流電壓(在直流光電導(dǎo)方法中為直流電壓),單位為伏特(V)。5.3.6試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.3.6.1小注入條件下的少數(shù)載流子壽命(體壽命)按公式(7)進(jìn)行計(jì)算： tg——少數(shù)載流子壽命(體壽命),單位為微秒(μs);注：對(duì)推薦樣品尺寸可測(cè)最大少數(shù)載流子壽命(體壽命)由表2給出。5.3.6.2對(duì)長(zhǎng)方體樣品，表面復(fù)合率(Rs)由公式(8)進(jìn)行計(jì)算：D——少數(shù)載流子擴(kuò)散系數(shù)，電子擴(kuò)散系數(shù)D。=36cm2/s,空穴擴(kuò)散系數(shù)D,=13cm2/s;ws——樣品的寬度，單位為毫米(mm);t、——樣品的厚度，單位為毫米(mm)。5.3.6.3對(duì)圓柱體樣品，表面復(fù)合率(Rs)由公式(9)進(jìn)行計(jì)算：D少數(shù)載流子擴(kuò)散系數(shù)，電子擴(kuò)散系數(shù)D,=36l、——樣品的長(zhǎng)度，單位為毫米(mm);r——樣品的半徑，單位為毫米(mm)。cm2/s,空穴擴(kuò)散系數(shù)D,=13cm2/s;5.3.7精密度分別對(duì)每個(gè)樣品用直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法進(jìn)行了10次測(cè)試；選取4個(gè)直徑10mm,長(zhǎng)度100mm,壽相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于3%。5.3.8試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：a)樣品編號(hào)；b)樣品尺寸；c)樣品導(dǎo)電類型和電阻率；d)樣品上測(cè)試點(diǎn)及其光照區(qū)域的長(zhǎng)(l;)、寬(w;);e)光源種類；f)直流電壓Va,電壓幅度峰值或飽和值；g)是否使用了幅度修正；h)直觀壽命r測(cè)試值；i)計(jì)算的少數(shù)載流子壽命rg;j)本文件編號(hào)；k)測(cè)試人員和日期。6高頻光電導(dǎo)衰減法6.1方法原理以直流光電導(dǎo)衰減法原理為基礎(chǔ)，用高頻電場(chǎng)代替直流電場(chǎng)，以阻容耦合代替歐姆接觸，以檢測(cè)樣品上電流的變化代替檢測(cè)樣品上電壓的變化。無(wú)光照時(shí)，由高頻源產(chǎn)生等幅高頻正弦電流，通過(guò)樣品與取樣器，在取樣器兩端產(chǎn)生高頻電壓。樣品受光照時(shí)，產(chǎn)生附加光電導(dǎo)，流過(guò)樣品到取樣器的高頻電流幅值也相應(yīng)增加。光照停止后，在小注入條件下，附加光電導(dǎo)及高頻電流幅值增加部分按指數(shù)規(guī)律衰減，取樣器上形成的高頻調(diào)幅信號(hào)經(jīng)檢波和濾波、寬頻放大器放大輸入示波器或計(jì)算機(jī)，屏上顯示一條指數(shù)衰減曲線，其時(shí)間常數(shù)r即為非平衡少數(shù)載流子壽命。6.2儀器設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)電路見(jiàn)圖3。8當(dāng)1656標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——高頻電源；2——脈沖光源驅(qū)動(dòng)器；3——取樣器；4——檢波器；5——寬頻放大器；6——數(shù)字存儲(chǔ)示波器/計(jì)算機(jī)專用軟件系統(tǒng)(包含高速數(shù)據(jù)采集卡及工控機(jī));7——檢波電壓表；9——紅外發(fā)光二極管或激光器。圖3高頻光電導(dǎo)衰減法測(cè)試系統(tǒng)示意圖脈沖光源的關(guān)斷時(shí)間宜盡可能小，至少為光強(qiáng)最大值減小到其10%時(shí)或小于所測(cè)樣品壽命值的1/5時(shí)關(guān)斷。注：當(dāng)采用發(fā)光二極管或激光器作光源時(shí)，重復(fù)頻率可達(dá)30次/s～50次/s。使用氙燈光源時(shí)，需要透鏡和濾光片分別構(gòu)成聚光和濾光系統(tǒng)，聚光是只改變光強(qiáng)而不改變光照面積，保證區(qū)域內(nèi)光照均勻。濾光片由電阻率大于10Ω·cm的硅單晶片制成，厚度不小于1mm,表面拋光至鏡面。使用波長(zhǎng)為1.0μm～1.09μm的紅外發(fā)光二極管或激光器時(shí)，無(wú)需使用上述光學(xué)系統(tǒng)。頻率30MHz,頻率精度不低于10-+,低輸出阻抗小于10Ω;當(dāng)負(fù)載小于100Ω時(shí)，輸出功率不低于保證信號(hào)不畸變，頻率響應(yīng)在2Hz～2MHz范圍內(nèi)。6.2.2.5寬頻放大器低頻截止頻率從0.3Hz～2Hz,高頻截止頻率應(yīng)大于2MHz。放大倍數(shù)為10倍～30倍，帶寬為6.2.2.6取樣器取樣器為電流互感器或者電阻。6.2.2.7示波器或計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)示波器：帶寬大于25MHz,實(shí)時(shí)采樣率不低于500MSa/s,存儲(chǔ)深度不小于4Kpts。垂直響應(yīng)分辨率不低于5mV/div格。通道耦合方式有直流、交流，當(dāng)壽命值大于500μs時(shí)需用直流耦合，有良好的同步性能；計(jì)算機(jī)及軟件系統(tǒng)(含配置能夠滿足檢測(cè)需求的高速數(shù)據(jù)采集卡):可代替示波器；數(shù)據(jù)采集卡：采樣頻率不小于10MHz,DC輸入范圍為±5V,精度為±1LSB。6.3.1樣品形狀為圓柱體、長(zhǎng)方體或具有平面的單晶棒、塊。6.3.2對(duì)樣品表面研磨、噴砂或清洗，使表面清潔，無(wú)沾污。6.3.3樣品與焊接有銦或銦鎵合金的電極接觸，在電極上加自來(lái)水做耦合劑。對(duì)于較輕的樣品可用固定的砝碼加壓。6.4試驗(yàn)條件測(cè)試儀器應(yīng)電磁屏蔽；溫度為(23±5)℃;相對(duì)濕度不大于60%。6.5試驗(yàn)步驟6.5.1試驗(yàn)條件6.5.1.1測(cè)試的小注入條件應(yīng)滿足公式(10)的要求：……………式中：k——修正因子，當(dāng)忽略回路中感抗、容抗以及樣品電阻比取樣器電阻大得多時(shí)，k近似于1;△V—-光電導(dǎo)電壓信號(hào)，單位為伏特(V);V——無(wú)光照時(shí)，取樣器上電壓降，單位為伏特(V)。6.5.1.2也可通過(guò)把△V/V上的高頻電壓變化值控制在一定范圍內(nèi)來(lái)保證小注入條件。6.5.1.3當(dāng)光強(qiáng)減弱時(shí)壽命值無(wú)明顯變化，此值可視為少數(shù)子載流子壽命，因?yàn)樯贁?shù)子載流子壽命的特征是不隨注入水平的變化而改變。6.5.1.4樣品的光生伏特效應(yīng)小于光電導(dǎo)信號(hào)的5%。6.5.1.5測(cè)試時(shí)需要評(píng)估光照的影響，特別對(duì)電阻率較高和壽命較長(zhǎng)的樣品，當(dāng)光照對(duì)壽命測(cè)試值有影響時(shí)樣品宜避免光照。6.5.1.6信噪比應(yīng)小于10%,測(cè)試信號(hào)上下波動(dòng)應(yīng)小于5%。6.5.2儀器的校準(zhǔn)6.5.2.1使用校準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)儀器。6.5.2.2使用波長(zhǎng)為1.0μm～1.09μm紅外發(fā)光二極管光源時(shí)，光強(qiáng)指示調(diào)到2V～4V。測(cè)不同電阻率樣品時(shí)，可適當(dāng)增減光源電壓(光強(qiáng)指示),達(dá)到校準(zhǔn)樣品壽命值即可進(jìn)行測(cè)試。6.5.2.3在樣品電阻率低于2Ω·cm時(shí)啟用波長(zhǎng)為1.09μm脈沖激光器光源，并將光強(qiáng)指示調(diào)到2V～5V,達(dá)到校準(zhǔn)樣品壽命值即可進(jìn)行測(cè)試。6.5.2.4上述兩種光源，如有需要均可將光源電壓調(diào)到最大值。如光電導(dǎo)信號(hào)仍然過(guò)小，可加大光注入量(增加光源驅(qū)動(dòng)器脈沖寬度)。6.5.3.1調(diào)節(jié)光強(qiáng)及示波器有關(guān)旋鈕，在滿足測(cè)試條件下，使示波器屏幕上觀察到的光電導(dǎo)信號(hào)△V與示波器上的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)曲線△V=△V?e-rp相重合，讀出重合點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，即為直觀壽命tp,△V-r?曲線見(jiàn)圖4。6.5.3.2若光電導(dǎo)信號(hào)△V部分偏離指數(shù)曲線，則應(yīng)作如下處理。a)若曲線初始部分衰減較快(表面復(fù)合效應(yīng)),則由曲線較后部分測(cè)試，一般取下降到60%以后的部分讀數(shù)，也可用更厚的硅濾光片測(cè)試，見(jiàn)圖5。圖5表面復(fù)合b)若曲線尾部不與基線重合，則用弱的穩(wěn)定光照消除陷阱效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)陷阱幅度大于20%(與曲線的最大值比較)時(shí)，則不予報(bào)數(shù)，見(jiàn)圖6。圖6陷阱效應(yīng)c)若曲線頭部出現(xiàn)平頂現(xiàn)象，說(shuō)明信號(hào)太大，放大器限幅，應(yīng)減弱光強(qiáng)及倍數(shù)在小信號(hào)下進(jìn)行測(cè)圖7信號(hào)限幅6.5.4快速測(cè)試方法在使用計(jì)算機(jī)及軟件測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)光電導(dǎo)衰退信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡，計(jì)算機(jī)軟件將記錄和計(jì)算光電導(dǎo)電壓衰減到40%和14.7%之間的時(shí)間差，迅速給出壽命值，見(jiàn)圖8。圖8壽命值測(cè)試6.6試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理6.6.1注入水平(η)按公式(11)進(jìn)行計(jì)算：7——注入水平；△V?——樣品上被放大器放大A倍的光電導(dǎo)電壓，示波器或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)測(cè)試軟件上讀取到的電壓V——無(wú)光照時(shí)，取樣器上電壓降，單位為伏特(V);△V——樣品上的光電導(dǎo)電壓，單位為伏特(V);A——放大器放大倍數(shù)；V——高頻電壓，在高頻光電導(dǎo)中為30MHz載波檢波后的電壓(反映加載在樣品上的恒定的高頻電壓，由檢波電壓表讀數(shù)),單位為伏特(V)。由于不同電阻率的樣品測(cè)試少數(shù)載流子壽命所需的小注入水平數(shù)值不等，因此不宜做簡(jiǎn)單的規(guī)定。不同單位用同一注入水平測(cè)試相同的單晶壽命時(shí)，會(huì)得到比較接近的壽命值。6.6.2小注入條件下的少數(shù)載流子壽命(體壽命)按公式(7)進(jìn)行計(jì)算，考慮到表面復(fù)合作用對(duì)直觀壽命進(jìn)行修正后，長(zhǎng)方體樣品的少數(shù)載流子壽命公式(12)進(jìn)行計(jì)算：rg——少數(shù)載流子壽命(體壽命),單位為微秒(μs);…………D——少數(shù)載流子擴(kuò)散系數(shù)，電子擴(kuò)散系數(shù)D=36cm2/s,空穴擴(kuò)散系數(shù)D,=13cm2/s;l、——樣品的長(zhǎng)度，單位為厘米(cm);ws——樣品的寬度，單位為厘米(cm);t、——樣品的厚度，單位為厘米(cm)。6.6.3考慮到表面復(fù)合作用進(jìn)行修正后，圓柱體樣品的少數(shù)載流子壽命按公式(13)進(jìn)行計(jì)算：D——少數(shù)載流子擴(kuò)散系數(shù)，電子擴(kuò)散系數(shù)D。=36cm2/s,空穴擴(kuò)散系數(shù)D。=13cm2/s;φ——樣品的直徑，單位為厘米(cm)。選取21個(gè)直徑76mm,厚度10mm,壽命在1300μs～3000μs的硅單晶樣塊，在三個(gè)實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行了3次～10次的高頻光電導(dǎo)方法的重復(fù)測(cè)試；選取4個(gè)直徑10mm,長(zhǎng)度100mm,壽命在500μs～3000μs的棒狀單晶(磷檢棒)樣品，在三個(gè)實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行5次的重復(fù)測(cè)試。單個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于6%;多個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于17%。試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：a)樣品編號(hào)；b)樣品尺寸；c)樣品導(dǎo)電類型和電阻率；d)直觀壽命rg測(cè)試值；e)計(jì)算的少數(shù)載流子壽命rn;f)本文件編號(hào)；g)測(cè)試人員和日期。(資料性)直流光電導(dǎo)衰減-斬波光法A.1適用條件及干擾因素A.1.1該方法僅適用于硅單晶，要求樣品電阻率不小于1Ω·cm且具有特殊尺寸和歐姆接觸的長(zhǎng)方體或棒狀樣品，鍺單晶及不符合要求的硅樣品不宜使用本方法進(jìn)行測(cè)試。A.1.2除與直流光電導(dǎo)衰減-脈沖法存在相同的干擾因素外，直流光電導(dǎo)衰減-斬波光法還存在以下特有的干擾因素。a)當(dāng)恒定光照下樣品中注入的處于穩(wěn)態(tài)少數(shù)載流子密度與平衡多數(shù)載流子密度之比小于0.001時(shí)，滿足小注入小件。若注入不能降低到小注入水平值，則樣品不適合用本方法測(cè)試。b)不宜使用當(dāng)被測(cè)直流電壓的最大調(diào)制△Vo/Va超過(guò)0.01時(shí)的修正。c)樣品的大小和表面狀態(tài)對(duì)檢測(cè)結(jié)果有直接影響。直流光電導(dǎo)衰減-斬波光法推薦樣品具有特殊的尺寸和研磨的表面，見(jiàn)表A.1。表A.1直流光電導(dǎo)衰減-斬波光法推薦樣品的類型尺寸類型長(zhǎng)度寬度厚度ABCA.2方法原理在具有歐姆接觸的單一導(dǎo)電類型的硅單晶樣品上通一直流電流，用示波器上觀察樣品的電壓降。在小注入水平下，在樣品中施一波長(zhǎng)在1.0μm～1.1μm的斬波光源產(chǎn)生非平衡少數(shù)載流子，同時(shí)觸發(fā)歐姆點(diǎn)接觸程序及示波器；從斬波光停止開(kāi)始，電壓衰減的時(shí)間常數(shù)可由示波器掃描測(cè)得；示波器上的衰減曲線呈指數(shù)型時(shí)，所觀察到的電壓衰減等價(jià)于光生載流子的衰減。因此電壓衰減的時(shí)間常數(shù)等于非平衡少數(shù)載流子衰減的時(shí)間常數(shù)，少數(shù)載流子壽命由該時(shí)間常數(shù)確定。A.3試劑及材料直流光電導(dǎo)衰減-脈沖光法測(cè)試時(shí)使用的試劑和材料同樣也適用于本方法。A.4儀器設(shè)備A.4.1測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。帶脈沖發(fā)生器的光源——用于產(chǎn)生周期性矩形光脈沖。脈沖幅度、脈沖高度和脈沖間隔宜分別可調(diào)整。脈沖長(zhǎng)度和間隔的調(diào)整范圍至少為5μs～20ms。光源發(fā)出的最大輻射功率足夠大且被測(cè)信號(hào)至少為1mV。光脈沖上升和下降邊緣的時(shí)間常數(shù)小于待測(cè)燈絲最短壽命的0.2倍。脈沖發(fā)生器為后續(xù)的信號(hào)調(diào)節(jié)器和示波器提供觸發(fā)信號(hào)。硅單晶選用波長(zhǎng)為1.0μm～1.1μm的摻硅砷化鎵發(fā)光二極管(LED),關(guān)斷時(shí)間約為0.1μs;斬波頻率在15Hz、45Hz或75Hz的A6-V、8-A的鎢絲帶燈，也可用于測(cè)量直觀壽命不小于5μs的樣品。注：測(cè)試光源關(guān)斷時(shí)間的方法不宜用于厚為0.1mm、長(zhǎng)度不小于10mm、寬度不小于4mm的長(zhǎng)方體硅單晶樣品的直流光電導(dǎo)衰減-斬波光法。穩(wěn)定電源并經(jīng)過(guò)良好濾波，在樣品上產(chǎn)生不低于5V的直流電壓。電源可以采用恒流源，也可以采用恒壓源與無(wú)感抗串聯(lián)電阻電路中R,相結(jié)合的形式。R,值至少是樣品電阻R及接觸電阻R。之和的20倍，電路中宜有對(duì)樣品電流換向及切斷電流的開(kāi)關(guān)裝置。樣品夾具與樣品的整個(gè)端面宜保持歐姆接觸，并至少使樣品4個(gè)側(cè)面中的1個(gè)側(cè)面處于光照下。注：制作與樣品端面成歐姆接觸的樣品夾具的方法較多，建議使用金屬帶或纖維的壓力接觸，也可用厚鉛板或A.4.5矩形窗孔膜片放置于盡可能接近被照射的樣品表面，光透過(guò)矩形窗孔膜片，只能照射到樣品的部分區(qū)域。光照區(qū)域的長(zhǎng)度l;=(3.0±0.1)mm、寬度(w;)等于樣品的寬度(w,);光照部位都在樣品中央位置。A.4.6電信號(hào)測(cè)試線路A.4.6.1使用具有可調(diào)頻帶范圍的前置放大器，低頻截止頻率從0.3Hz～30Hz可調(diào)，高頻截止頻率宜大于2MHz。A.4.6.2信號(hào)調(diào)節(jié)器是用于改善小信號(hào)信噪比的箱式儀器或者波形誘導(dǎo)器，僅在有必要降低光照強(qiáng)度來(lái)確保滿足小注入水平條件時(shí)才需要。并能被試驗(yàn)信號(hào)或外部信號(hào)觸發(fā)，并配備有助于分析衰減曲線的透明屏幕。屏幕在顯示的直觀壽命(y)最大值為0.37處有一條額外的水平線，并且此測(cè)試方法也可以用x-y或x-t記錄器進(jìn)行信號(hào)記錄。小于10MHz,DC輸入范圍為±5V,精度為±1LSB;計(jì)算機(jī)的配置滿足檢測(cè)需求。A.4.7測(cè)試電路命值的1/5。A.4.7.4脈沖沒(méi)有明顯的變壞現(xiàn)象，如過(guò)沖或阻尼效應(yīng)。A.5樣品制備A.5.1取樣從晶體指定區(qū)域切取長(zhǎng)方體(長(zhǎng)度為l、,厚度為t.,寬度為w、)或者棒狀樣品。記錄所有尺寸，精確到0.1mm。建議類型B和類型C的樣品使用此方法。A.5.2研磨測(cè)試前，用氧化鋁粉研磨樣品，使樣品表面成為平整、光滑磨面。將研磨后的樣品用超聲清洗或用去離子水沖洗，再用干燥氮?dú)獯蹈伞悠范嗣嬉饲鍧嵏蓛?，有利于形成良好的歐姆接觸。在樣品的兩個(gè)端面上，使用加熱盤將樣品加熱至35℃,同時(shí)研磨端面，防止滴在金剛砂布上的鎵形成鎵污點(diǎn)，或用電阻率小于0.01Ω·cm的銀粉導(dǎo)電橡膠做緊壓歐姆接觸。也可在n型硅樣品端面鍍鎳，在p型硅樣品端面鍍銠。A.5.5測(cè)試樣品尺寸使用精度為0.01mm的千分尺或游標(biāo)卡尺測(cè)試樣品尺寸。A.5.6測(cè)試接觸點(diǎn)將樣品置于夾具中，以一個(gè)方向接通電流，在樣品上形成2V～5V的電壓，記錄該電壓降V?。改變電流方向，記錄樣品上電壓降V?。如果改變電流方向前后的電壓變化率至少小于5%,則樣品具有歐姆接觸。A.5.7測(cè)試樣品的要求樣品電阻率根據(jù)GB/T1551或GB/T26074測(cè)試和記錄并修正。如果樣品導(dǎo)電類型是未知的，則根據(jù)GB/T1550測(cè)試。測(cè)試儀器宜電磁屏蔽；溫度為(23±5)℃;相對(duì)濕度不大于60%。A.7試驗(yàn)步驟A.7.3接通電源，調(diào)節(jié)電流，在樣品兩端產(chǎn)生2V～5V電壓，調(diào)整脈沖的振幅和示波器的垂直增益和時(shí)間基準(zhǔn)掃描速度，以便在示波器上看到具有幾個(gè)周期的信號(hào)。A.7.4調(diào)整脈沖持續(xù)時(shí)間，使脈沖幅度達(dá)到其飽和值△V。,調(diào)整脈沖關(guān)斷時(shí)間，使信號(hào)達(dá)到脈沖之間的基線(直流電壓值)。A.7.5調(diào)整示波器的時(shí)間、基準(zhǔn)掃描速度、電流和脈沖幅值，以便在示波器上看到振幅較大的單個(gè)周期的軌跡，直流電壓不超過(guò)5V。調(diào)整示波器垂直增益控制，使基線與示波器屏幕上所需的刻度標(biāo)記一致，根據(jù)需要重新調(diào)整其他控件，直到跟蹤填滿整個(gè)屏幕，如圖A.1所示。示波器電壓值示波器電壓值圖A