[发明专利]一种表面陷阱能级分布的测量装置及光电导分析方法

说明书

本发明属于陷阱能级分布测量领域，提供一种表面陷阱能级分布测试装置及光电导分析方法，用以实现样品表面陷阱能级分布测量。本发明测试装置，包括真空恒温腔体、真空泵、温度控制系统、固体激光器、数字电压电流源表及计算机；通过数字电压电流源表在待测样品两端施加一个恒定的预设电压，测量得到暗电流；然后，开始光电导测试，测量得到光电衰减曲线；最后根据光电导衰减曲线计算样品表面陷阱能级分布。本发明中恒温腔体提供一个黑暗、恒温的真空环境，使整个测量过程中有效避免温度、气氛和外界光源的干扰，大大提高测量精度；同时采用亚禁带激光激发得到的光电导曲线，能够准确反应禁带内缺陷分布，排除本征缺陷的影响。

技术领域

本发明属于陷阱能级分布测量领域，具体涉及一种表面陷阱能级分布测试装置及光电导分析方法。

背景技术

随着工业化的发展和科技的进步，过渡金属氧化物材料在半导体产业中有着十分重要的地位。材料的物理性能与表面结构密切相关，表面结构的变化必然引起材料物理性能的改变，在材料的表面引入缺陷可以显著的改善材料的物理性能；而过渡族金属氧化物具有结构与价态的多样性，对缺陷的引入有很大的包容性，因此成为表面改性的主要研究对象。离子注入是表面改性常用的一种方法，而低能离子轰击具有渗透深度小，可控程度高以及操作简单的优点；低能离子轰击在材料表面引入缺陷，从而改变材料的物理性能，从而应用于压电转换器，易失存储器和高电子迁移率晶体管器件等。

目前，探测缺陷分布的方法主要有深能级瞬态谱、热激电流谱、热激电容谱和热电效应谱，这几种电学探测缺陷的方法能够较好的得到缺陷的信息，但是它们的不足在于需要在测试区域表面覆盖一个电极用于测量，从而失去了继续改性或者加工为器件的可能性。

光激发现象也是探索半导体缺陷分布的有效手段，通过非接触的方式测量材料表面陷阱能级分布，测试电极在表面沟道的两端，测量之后还可以继续改性或者集成器件。如公开号为：CN 104714165 B、发明名称为：界面陷阱能级分布的光电导分析方法的发明专利中公开了一种界面陷阱能级分布的光电导分析方法，该发明基于肖特基结构，采用大于禁带宽度能量的激光照射被测样品，在大气环境下的测试，适用于两种材料的界面；然而，针对材料表面陷阱能级分布的测量则不能在大气的环境中进行，因为样品表面的气体吸附会影响测量的准确性；并且，材料的单一表面无法形成肖特基势垒接触，使得该方法不能准确反映样品表面的信息，不再适用。基于此，本发明提供一种表面陷阱能级分布测试装置及光电导分析方法。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术背景存在的不足，提出一种在真空黑暗环境中用光子能量小于样品禁带宽度的激光激发测量表面陷阱能级分布的装置及光电导分析表面陷阱能级分布的方法；本发明能够在不同温度下测量样品表面陷阱能级分布，真空黑暗环境测量能够有效的避免表面气体吸附和外界光源对测量的影响，采用光子能量小于样品禁带宽度的激光激发能够避免本征激发对结果的分析、从而准确的分析表面陷阱能级在禁带内的分布。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种表面陷阱能级分布测试装置，包括真空恒温腔体、真空泵、温度控制系统、固体激光器、数字电压电流源表及计算机；其特征在于，所述真空恒温腔体内形成黑暗环境、并设置有用于放置待测样品的样品台；所述真空泵用于真空恒温腔体抽真空；所述温度控制系统用于调节待测样品温度；所述固体激光器用于提供光子能量小于样品禁带宽度的激光、通过光纤传输照射待测样品表面；所述数字电压电流源表用于提供恒定电压源、通过探针施加于待测样品，并测量待测样品两探针之间的电流值；所述计算机用于采集待测样品两探针之间的电流值、并进行数据处理后输出测试结果。

基于上述表面陷阱能级分布测试装置的光电导分析方法，其特征在于，包括以下步骤：