[发明专利]高电阻率宽禁带半导体材料本征光电导率测试方法及系统

说明书

一种高电阻率宽禁带半导体材料本征光电导率测试方法，包括：制备在由高电阻率宽禁带半导体材料构成的衬底的厚度方向两侧表面上分别形成有作为阳极的实心电极和作为阴极且覆盖有透明导电薄膜的空心电极的光电导率测试样品，并将其接入测试电路；通过光阑沿垂直于透明导电薄膜的方向向其施加激光束；调节光阑的孔径，在每个孔径下利用示波器获取测试电路中连接的电容器两端的电压峰值和用于检测光电导率测试样品在激光束照射下产生的光生载流子所引起的电流变化的电流探测器的电压峰值；根据电容器的两端的电压峰值和电流探测器的电压峰值计算每个孔径下的光电导率测试样品的最小通态电阻；拟合多组孔径与最小通态电阻得到衬底的本征光电导率。

技术领域

本发明涉及半导体材料与器件测试技术领域，具体涉及一种高电阻率宽禁带半导体材料本征光电导率测试方法及系统。

背景技术

高压光导开关是高脉冲功率系统(如加速器、雷达和大功率电源)所需要的一种备受关注的器件。在高电阻率宽禁带半导体材料中，例如钒补偿半绝缘性4H碳化硅(SiC)因其宽带隙(3.26eV)、高暗电阻率(大于10¹¹Ω·cm)、高临界电场强度(3MV/cm)、高电子饱和速度(2.0×10⁷cm/s)和高导热系数(4.9W/cm·℃)，是一种制备结构紧凑、高耐压的外延光电导测试样品的理想材料。

多项研究工作证明了光导开关的可行性和优越性，有望推动碳化硅光导开关在加速器、雷达等领域的应用。对于大功率输出系统，开关电阻应该尽可能地低，但是目前为止性能最优的开关只达到了1Ω的导通电阻，这与碳化硅单晶材料在光激发下的电导率直接相关。目前传统的测试方法只能给出器件在测试电路中的总导通电阻，但除了碳化硅衬底外，还可能包含测试电路中的接触电阻和阻抗。由此可见，目前尚需一种对高电阻率宽禁带半导体材料自身的本征光电导率进行准确测量的方法。

发明内容

发明要解决的问题：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能简单可靠地实现的高电阻率宽禁带半导体材料本征光电导率测试方法及系统。

解决问题的技术手段：

本发明提供一种高电阻率宽禁带半导体材料本征光电导率测试方法，包括以下步骤：

1)制备在由高电阻率宽禁带半导体材料构成的衬底的厚度方向两侧表面上分别形成有作为阳极的实心电极和作为阴极且覆盖有透明导电薄膜的空心电极的光电导率测试样品，并将所述光电导率测试样品接入测试电路；

2)沿垂直于所述透明导电薄膜的方向通过光阑向所述透明导电薄膜施加激光束；

3)调节所述光阑的孔径，在每个孔径下利用示波器获取所述测试电路中连接的电容器两端的电压峰值和用于检测所述光电导率测试样品在所述激光束照射下产生的光生载流子所引起的电流变化的电流探测器的电压峰值；

4)根据所述电容器的两端的电压峰值和所述电流探测器的电压峰值计算每个孔径下的所述光电导率测试样品的最小通态电阻；

5)拟合多组所述孔径与所述最小通态电阻得到所述衬底的本征光电导率。

根据本发明，根据本发明，通过改变光阑的孔径来衬底上的激光触发区域面积(激光光斑面积)，拟合多组光阑孔径与每个孔径下对应的最小通态电阻，由此能通过将激光激发区面积作为测量变量得到碳化硅衬底的本征光导电率。除去光路搭建和电学连接，整个测试系统只有脉冲激光器、碳化硅光电导率测试样品和示波器等部件，因此该测试方法简单可靠。

也可以是，本发明中，在所述衬底的厚度方向一方表面上制备所述实心电极，在所述一方表面相反侧的另一方表面上制备外径等于所述实心电极的直径的环状的所述空心电极，在所述空心电极上覆盖所述透明导电薄膜。被激光照射的区域由于光生载流子的存在而电阻率减小，其余区域保持半绝缘状态，该结构的光电导率测试样品可以由激光透过透明导电薄膜照射衬底而直接触发。