[发明专利]扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及载流子复合寿命测试仪研究领域，特别涉及一种扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统及测试方法。

背景技术

在半导体材料及器件的生产过程中，所使用的生产设备几乎都含有金属，因此，重金属(主要是铁)对半导体材料的污染是普遍存在的问题，严重影响半导体晶体材料的性能。载流子复合寿命是评价半导体材料性能优劣的重要参数指标之一，它可以灵敏地反映出重金属含量的多寡，因此，载流子复合寿命测试仪是半导体硅单晶、铸造多晶企业、光伏企业、高等院校研究和生产中的重要工具。

目前已有多种载流子复合寿命测试仪器，如高频光电导寿命测试仪，微波反射无接触寿命测试仪，准稳态光电导少子寿命测试仪等。但在上述的这些寿命测试仪中，大多数只能对半导体晶体材料的局部区域进行测试，不能对整块(锭)或整片半导体晶体材料的载流子寿命的分布情况进行测量，而半导体晶体材料的测量面积越大则越可更完整更真实地反映材料的质量。

因此，需要提供一种针对大面积半导体材料测试的、成本较低且维修方便的载流子复合寿命扫描测试系统。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统，该系统可实现大面积半导体材料的载流子复合寿命分布式测量，更直观且准确地反映材料的整体性能，同时具有成本低的优点。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统的测试方法，该方法具有定位准确、控制方便的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统，包括脉冲激光系统、微波系统、数据采集系统、扫描运动系统、运动控制系统、测试控制系统和探头，所述扫描运动系统包括X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构，样品台设置在Y轴运动机构上，Z轴运动机构固定在Y轴运动机构的一侧，X轴运动机构通过探头支架设置在Z轴运动机构上，探头设置在X轴运动机构上，探头位于样品台的上方；所述运动控制系统分别与扫描运动系统、测试控制系统相连，用于根据测试控制系统指令驱动扫描运动系统动作；脉冲激光系统、微波系统均设置在探头内，微波系统与数据采集系统相连，数据采集系统和测试控制系统相连。通过增加运动控制系统和扫描运动系统，从而可以对大面积的半导体材料进行扫描式测试，得到更准确的材料的性能结果。

优选的，所述微波系统中的微带天线采用聚四氟乙烯双面覆铜板，包括底层铜箔板、聚四氟乙烯板、上层铜箔板，底层铜箔板经腐蚀形成一个用于微波信号的传输与接收的圆环区域，在圆环区域的内圆环部分的聚四氟乙烯板和上层铜箔板开设透光孔，在圆环的边缘延伸一条长3.8-6.5mm，宽0.9-1.8mm的铜带作为同轴馈线的连接线，聚四氟乙烯双面覆铜板在该连接线末端设有一通孔，同轴馈线通过此通孔与连接线直接焊接。

更进一步的，所述聚四氟乙烯双面覆铜板的尺寸为长20-25mm，宽15-20mm，高2-6mm，双面分别是厚度为0.01～0.1mm的覆铜面。

优选的，所述脉冲激光系统产生脉冲式的红外激光，穿过微波系统中微带天线的中间开孔垂直照射在样品台上的被测样品表面。与脉冲光线斜照方式相比，这样大大地缩小了探头的体积。这里所述被测样品具体是指放置在样品台上的待测硅晶体样品。

优选的，所述X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构均分别包括一台直流无刷伺服电机和一个滚珠丝杠导轨，每个直流无刷伺服电机均分别与运动控制系统相连。

优选的，所述运动控制系统包括运动控制器和3台伺服驱动器，每台伺服驱动器分别与一个直流无刷伺服电机相连，运动控制器与测试控制系统相连，用于根据测试控制系统的运动指令输出脉冲数、方向、速度信息给伺服驱动器，伺服驱动器驱动对应直流无刷伺服电机运动。

更进一步的，在每个所述直流无刷伺服电机处都设有脉冲编码器，该脉冲编码器与运动控制器连接。该脉冲编码器用于在电机运动时产生脉冲，并将这些脉冲发送到运动控制器，运动控制器将实际脉冲数与设定的脉冲数进行比较，继而实现闭环控制，提高定位的精度。

优选的，所述样品台上设有吸附孔，该吸附孔下方与真空负压泵连接。样品放置到该样品台上后，开启真空负压泵，通过该吸附孔可固定待测样品。

优选的，所述扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统整体设置在一个主机箱内，Y轴运动机构设在主机箱底板上，Z轴运动机构设在主机箱背板上。

一种基于上述扫描式微波反射法载流子复合寿命测试系统的测试方法，包括步骤：