[实用新型]少子寿命测量实验装置

说明书

本实用新型公开了一种少子寿命测量实验装置，包括设有通光口的样品台；设置在样品台下方并与样品台的位置相对固定的激光组件；发出微波的微波源组件；信号处理组件；控制微波传输方向的环行器；控制激光、微波通断及调节、显示光子面密度数值的激光微波控制调节组件；连接外部设备的外部接口；微波源组件与环行器之间及信号处理组件与环行器之间均连接有波导管，环行器与样品台之间设置有一端接口对着样品台通光口的波导管，微波源组件、激光组件与激光微波控制调节组件相连接，激光组件与外部接口相连接。本装置激光注入水平可调可量化，通过改变注入水平可以测量少子寿命。

技术领域

本实用新型涉及半导体物理领域，特别涉及一种通过改变注入水平测量半导体材料的少子寿命测量实验装置。

背景技术

少子寿命是表征半导体材料性能的重要指标，它对晶体完整性异常敏感，直接反映了材料的质量。

在半导体器件设计和制造工艺中，通过测量少子寿命，可以反映极低的缺陷密度，从而监控各个工艺对硅片的影响，及时调整生产工艺，获得良好的工艺流程，提高硅片的性能，并及时筛查出不合格样品，降低成本。对少子寿命的控制已成为优化半导体器件特性的重要手段。

在半导体物理教学过程中，少子寿命是重要知识点，少子寿命与载流子的漂移、扩散和复合等有关，往往学生对这部分内容理解较为困难。若能生动地展示过剩载流子的产生和复合过程，通过实验测出寿命，进而计算扩散长度等，对学生理解半导体中发生的微观过程和各种物理量之间的联系将具有十分重要的意义。

少子寿命属于体复合寿命的范畴(少子寿命是低注入水平下的体复合寿命)，而体复合寿命和表面复合寿命共同决定了复合寿命，目前复合寿命通过实验测得。测试方法有很多，本实验装置采用微波反射光电导衰减法(μ-PCD)。通常，使用中主要关心的是体复合寿命，因而在测试之前需要对半导体样品表面进行钝化处理，以尽可能减小表面复合的影响，使得测得的复合寿命即为体复合寿命。更进一步，使用中更关注少子寿命，因此需要从测得的体复合寿命中甄别出少子寿命，这就与注入水平相关了。理论上，注入水平极低(η<<1)时，测得的体复合寿命即为少子寿命，但是如果不是低注入水平，而是中高注入水平，则测得的体复合寿命是少子寿命和多子寿命的综合。对于采用μ-PCD方法的普通设备而言，较高的注入水平通常会有较好的信噪比，而要在低注入范围内进行测量，常常是不可能也不方便的，因而这样的设备测得的往往是中高注入水平下的体复合寿命。否则，为了使得低注入水平下也能得到较好的信噪比，需要加入复杂的技术，这样的设备也往往非常昂贵，不适于教学实验。而普通设备往往未对注入水平进行量化，这就使得无法在普通设备上得到少子寿命。

对于一般的掺杂浓度(或电阻率)已知的半导体样品(满足：①掺杂浓度不太高的非简并半导体；②缺陷中心浓度远小于多数载流子浓度)，其体复合寿命τ与注入水平η的关系满足S-R-H模型，该模型指出，通过测量一组不同η下的τ数据，绘制τ(1+η)与η的关系曲线，其为一直线，该直线的纵轴截距即为少子寿命。

由此可知，如果能在普通设备上对注入水平进行量化，则可以得到半导体的少子寿命。

当前类似装置存在如下弊端：

1.未量化注入水平。

2.得到的是体复合寿命而非少子寿命。

发明内容

基于上述，本实用新型针对现有装置中未对注入水平进行量化、未进一步得到少子寿命的弊端，提供一种解决方案，既保持原有方法主体不变，又能通过改变注入水平测量不同注入水平下的复合寿命进而得到少子寿命。通过这一过程的实践操作可以加深学生对半导体内非平衡载流子的产生、复合及相关测量原理的理解。

本实用新型的技术方案如下：