[实用新型]一种测试少子寿命的装置

说明书

本实用新型涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料的领域，特别是一种采用光纤传输与毫米波耦合的利用光学激发来测试半导体少数载流子寿命的装置。

碲镉汞等半导体器件已广泛应用于科研、工业和航天等领域，少数载流子寿命是表征半导体器件性能的重要标志。通常采用直流光电导衰退法来测试，这方法是用大于半导体禁带宽度能量的光辐照到半导体上时，半导体中产生光电导变化，在偏场作用下测出光电导变化，从而获得少子寿命。这种测量必须在样品两端加引电极，必然给材料带来损伤。由于成象的要求，面阵器件随着发展，在面阵器件制备过程中必须知道材料的均匀性，因而要进行小面积范围的测试。以往测试中采用的光源为砷化镓红外发光二极管，它发出0.84微米的近红外光，发散度大，难以确定它到达低温杜瓦瓶中样品上的位置和大小。

本实用新型的目的在于提供一种在低温条件下同时可进行非接触式和接触式测试半导体少子寿命的装置。

本实用新型的原理是基于当一近红外(一般在0.8微米左右)脉冲光照射到半导体材料上时产生光电导的瞬态变化，从这变化可反映出少数载流子寿命。当一高频电磁波(微波)与脉冲光同时辐射到增导体材料上时，由于光脉冲产生的光电导的瞬态变化引起微波反射功率的微小的瞬态变化，在一级近似下可用下式表示：

          ΔP＝AΔσ

其中Δσ为光电导瞬态变化，ΔP为微波反射功率瞬态变化，A为常数。由上式，测出微波反射功率的瞬态变化即可知光电导的瞬态变化，根据寿命标志着少数载流子浓度减小到原值的1/e所经历的时间，故测定指数衰减曲线即可确定寿命。

本装置中包括通常技术中的光源、微波源、微波接收器和低温杜瓦瓶。本实用新型的目的通过如下技术方案达到：被测样品放在杜瓦瓶内的光和微波交会处的样品架上，在样品架前置有窗口座，窗口座上装有窗口，在窗口座的一侧装有光纤座，另一侧开有观察窗，在窗口座与杜瓦瓶本体接口间衬有密封环，杜瓦瓶还具有多元探测的接线头，光源采用砷化镓红外发光二极管，它发出0.84微米波长的红外光，经光学透镜组会聚到光纤，光纤通过光纤座引伸到低温杜瓦瓶中把光传输到样品上。微波源采用耿氏振荡器发出8毫米波，顺次通过隔离器、衰减器、环行器、喇叭天线辐射到杜瓦瓶中的样品上，然后被样品反射，经原路至环行器，而带有样品光电导变化少子寿命信息的微波反射功率则经检波器被检测出来，通过示波器观察或记录下来。

显然，本实用新型具有如下有益效果：

1.由于低温杜瓦瓶既具有多元探测的接线头，又具有光纤传输和微波耦合的结构，因此可以同时进行接触式和非接触式测试，也可单独各自进行，非接触式测试可避免测试给材料带来损伤，也可同时进行两种测试方法对比，为半导体材料理论研究和器件制备提供有力手段。

2.采用光纤传输到杜瓦瓶中，可使近红外光会聚到样品某确定位置，且可获得略大于光纤通光口径的小面积的辐照区。

本实用新型附图说明如下：

图1是常用直流光电导衰通法测试少子寿命简图。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是本实用新型测试少子寿命原理图。

图4是本实用新型的低温杜瓦瓶局部剖示图。

图5是用本实用新型对碲镉汞材料少子寿命测试的曲线图。

下面结合附图对最佳实施例作进一步说明。

本实施例是将被测样品1安装在杜瓦瓶2内的样品架201上，盖上窗口座203使密封环202被压紧，以便保持真空度。在窗口座203的正向开口装有窗口204，窗口座的一侧置有光纤座3，另一侧开有观察窗口205。光源6采用砷化镓发光二极管，它发出0.84微米的红外光，经光学透镜组5会聚到光纤4，经固定在杜瓦瓶上的光纤座3进入杜瓦瓶2内，把光传输到样品1上。微波源7采用耿氏振荡器，紧接微波源7顺次配置供传输微波的隔离器8、衰减器9和环行器10，紧接环行器10一路配置喇叭天线12，以供微波由喇叭天线12辐射，经过窗口204到达样品1上；紧接环行器10另一路配置供检测微波反射功率的检波器11。耿氏振荡器发出8毫米波长的微波，经隔离器8、衰减器9、环行器10，再由喇叭天线12辐射，经过聚四氟乙烯窗口204到达被测样品1上，然后被样品反射经原路到环行器10，后经检测器11，带有样品光电导衰退信息的微波反射功率被检测出来，通过示波器就可观察和被记录下来。

本实用新型设计人将本实施例配用TDS—520示波器试用于碲镉汞少子寿命的测试，请参阅图5，即测到非接触式微波反射功率曲线13和接触式光电导衰减曲线14的比较，该材料的少数载流子寿命为微秒级。