[发明专利]一种消除光载流子辐射技术半导体材料特性测量装置的系统频率响应影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在半导体材料特性测量过程中消除系统频率响应影响，特别涉及一种消除光载流子辐射技术半导体材料特性测量装置的系统频率响应影响的方法。

背景技术

随着半导体原材料向大直径低缺陷方向发展，微电子器件的集成度不断提高，这对材料的加工工艺和性能检测提出了更高的要求。为了保证材料能用于器件，提高器件稳定性和良品率，要求在材料加工工艺中，对材料特性进行精确快速地在线监测和无损表征。一种基于室温调制光致发光技术的光载流子辐射(PCR：Photo-Carrier Radiometry)技术已经被提出，并广泛应用于半导体材料性能的检测。

由于滤除了热波信号的影响，光载流子辐射技术测量的信号仅与探测区域内光激发产生的载流子浓度和材料内部的缺陷能级有关，相比工业上广泛应用的热波测量方法，具有信号稳定，灵敏度高等诸多优点，具有较强的工业化应用潜力。然而，在光载流子辐射测量的过程中不可避免的存在诸如激光器、探测器和锁相放大器等仪器的频率响应的影响。针对测量系统的频率响应的影响，传统的处理方法是把激励光的散射光或者衰减后的聚焦光直接照射到探测器的响应面上，采用锁相放大器记录不同频率下的信号作为系统的频率响应，然后把测量数据与得到的系统频率响应进行比较（振幅相除，相位相减），即认为已消除了系统频率响应的影响。事实上，探测器和锁相放大器等仪器对于不同波长光的频率响应函数不同，使得系统频率响应的影响并未得到准确和有效地消除，从而降低了半导体材料特性参数测量的精度和可信度。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种消除光载流子辐射技术半导体材料特性测量装置的系统频率响应影响的方法，以解决现有技术存在的问题，同时能够在测量装置中获取系统的频率响应函数，应用于其他样品测量结果的分析处理。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种消除光载流子辐射技术半导体材料特性测量装置的系统频率响应影响的方法，其包括如下步骤：

步骤（1）、将强度周期调制的聚焦激励光束垂直照射到被测半导体样品表面，样品因吸收激励光束能量在被照射处产生周期性变化的载流子密度波场，载流子经辐射复合产生红外辐射信号即光载流子辐射信号，经抛物面镜对收集和光电探测器探测，并通过锁相放大器解调获得光载流子辐射信号的交流信号；

步骤（2）、改变激励光束强度的调制频率，重复步骤（1）得到一个聚焦透镜和样品表面间距时每一频率所对应的光载流子辐射信号，包括一次谐波振幅值和相位值；

步骤（3）、改变聚焦透镜与样品表面间距，重复步骤（1）和（2）得到不同间距时每一个频率所对应的光载流子辐射信号，包括一次谐波振幅值和相位值；

步骤（4）、处理步骤（2）和步骤（3）得到的测量数据；以初始距离为标准，其他间距下测量的频率扫描结果数据对其进行比较，其中振幅相除，相位相减，消除光载流子辐射技术半导体材料特性测量装置的系统频率响应对半导体材料特性测量的影响，利用多参数拟合程序对消除系统频率响应影响后的测量数据进行拟合处理，得到待测样品的特性参数。

其中，所述的激励光源采用连续半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或气体激光器作为光源，且所述激励光源产生的激励光的光子能量大于被测半导体的本征半导体禁带宽度。

其中，所述的激励光源产生的激励光束的强度须被周期性地调制，产生调制激励光束；调制激励光束强度可通过调制半导体激光器的驱动电流或电压，或采用声光调制器、或电光调制器、或机械斩波器调制连续激光束来实现。

其中，所述的激励光源产生的激励光经反射镜反射和聚焦透镜聚焦后垂直入射到样品表面。

其中，通过精密位移平台来改变聚焦透镜与被测样品表面的间距，从而改变聚焦到样品表面的激励光束的光斑尺寸大小。

其中，所述的收集光载流子辐射信号的抛物面镜对和光电探测器放置在被测样品后表面或前表面，前表面时需加滤光片，该滤光片滤除激励光束的散射光。

其中，通过选择适当组数的透镜与被测样品间距更有效地消除光载流子辐射技术半导体材料特性测量装置的系统频率响应对半导体材料特性测量的影响，提高测量待测半导体材料特性参数的精度。

本发明的原理是：