[实用新型]基于表面光电压法的半导体材料参数测试仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体材料电学参数测试仪研究领域，特别涉及一种基于表面光电压法的半导体材料参数测试仪。

背景技术

半导体材料的导电类型和电阻率/方阻是一个重要的基本电学参数。根据所掺杂的元素是受主还是施主元素，将半导体材料划分为P型和N型两大类。测量半导体导电类型可以为制造半导体器件提供原始依据。目前，国内外测量半导体材料导电类型主要有两种方法：（1）冷热探针法；（2）三探针法。冷热探针法是应用半导体材料的温差电效应原理，主要适用于低电阻率样品的测量；而三探针法是应用整流原理，主要适用于高电阻率样品的测量。两种方法都有一定的适用范围，而且这两种方法都是利用探针直接接触样品表面的接触式方法，其缺点是：（1）探针接触半导体表面，表面会受到一定的破坏；（2）如果压力不够，探针表面和半导体样品表面上的氧化物也可能造成测量误差。

另外，原生多晶硅材料是由大量的大小不一、晶向不同的晶粒组成，在一块不大的多晶中存在大量的晶界和势垒，载流子在多晶中运动非常困难，因为晶粒的电阻率并不高，而晶界电阻率却比它高上几十倍，甚至上千倍。由于多晶材料存在晶界效应，传统的直流电流测试方法由于受晶界势垒的影响无法使用。为了准确测量出原生多晶硅材料的电阻率，在检测多晶硅的电阻率前，必须在多晶上钻取样棒，而样棒又必须用电子级硝酸、氟氢酸、高纯水在洁净度很高的厂房内清洗，再装入区熔检验炉中熔化并长成单晶，然后才能用二探针法测量出电阻率。从材料清洗到装炉区熔的过程中，任何容器化学清洗剂、气体、高频线圈及炉腔内的微量杂质都会干扰测量结果。因此多晶硅厂为检验多晶硅的基磷电阻率消耗了大量的人力、物力、电力，并在测量的同时产生了废酸、废气造成环境污染。

随着半导体材料加工工艺水平的发展，半导体晶片做得越来越薄（供太阳能电池用的硅片厚度已经达到160～180μm），测量其重要电学参数如型号、电阻率/方阻不能再沿用传统的三探针、四探针法及冷热笔测量设备，因为这些测量方法都必须把又硬又尖的金属探针压触在硅片上，极易引起硅片损伤，同时这些传统的方法也无法适应现代化的硅片自动分选的要求。

故需要提供一种无接触、无损伤的半导体材料导电类型及电阻率/方阻的测试仪。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于表面光电压法的半导体材料参数测试仪，该测试仪基于表面光电压法实现，无需接触待检测半导体材料，因此可以避免样品表面受到破坏，同时又可以大大减少晶界效应的影响，从而准确测量出半导体材料的相关参数，例如电阻率/方阻，且成本较低。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：基于表面光电压法的半导体材料参数测试仪，包括箱体、悬臂、样品台、测量探头，所述悬臂、样品台设置在箱体上，测量探头安装在悬臂上，测量探头探测端在样品台上方；所述测量探头内设置有红外激光器、感应电极片，红外激光器发射一定频率的脉冲光穿过感应电极片上的开孔，垂直照射在放置于样品台上的样品上；在悬臂内设置有电荷放大器、信号处理电路，电荷放大器与感应电极片连接，感应电极片用于采集在脉冲光激发下样品表面上的光电压引起的静电荷，电荷放大器用于将电荷放大后发送到信号处理电路，信号处理电路将信号处理后对外输出测试结果。

具体的，所述测试仪还包括显示屏以及显示驱动电路，显示驱动电路与信号处理电路连接，用于驱动显示屏显示信号处理电路处理后的结果。

具体的，所述测量探头内设置有红外激光器、感应电极片、同轴电缆线、屏蔽膜、铝合金套筒、铝合金外壳、两芯屏蔽线，红外激光器置于铝合金套筒内，两者通过一垫片隔离，铝合金套筒顶部有一圆孔，用于红外激光器所发射脉冲光射出；两芯屏蔽线焊接在红外激光器的两个管脚上，从铝金合套筒尾部穿出，与设置在箱体内部的脉冲光源驱动器连接；屏蔽膜导电的那一侧粘贴在铝合金套筒端面，绝缘的一侧设置有感应电极片；同轴电缆线焊接在感应电极片的输出端，从铝合金套筒与铝合金外壳之间的空隙穿出，与设置在悬臂内的电荷放大器的输入端连接。测量探头采用铝合金外壳具有较好的屏蔽效果。

优选的，所述屏蔽膜为一无色透明的薄膜，厚度为0.1—0.2mm，一面是绝缘的，另一面是导电的，其导电的一面通过导电凝浆粘贴在铝合金套筒的端面。从而可以在不遮挡光的前提下又能屏蔽脉冲光的干扰。

更进一步的，所述红外激光器的波长为0.895-0.91μm。

优选的，所述脉冲光源驱动器产生脉冲信号频率为20-30Hz，脉冲宽度在200ns-240μs范围内可调，电压在10-17V范围内可调，输出瞬间脉冲功率为50—60W。