[发明专利]用于ZnO单晶物理参数的无损检测方法

摘要

本发明公开的用于ZnO单晶物理参数的无损检测方法主要是基于点缺陷弱束缚电子跳跃电导的介电弛豫效应高频下弱束缚电子的输运仅限于晶胞内，主要表现为介电弛豫；低频下弱束缚电子的输运可跨越耗尽层，甚至整个晶粒，主要表现为电导过程，此时介电弛豫效应将达到饱和；根据介电常数发生改变的拐点所对应的频率就能推算耗尽层、晶粒的几何尺寸；测试过程主要以介电谱为主表征耗尽层厚度和晶粒尺寸，同时通过模量谱对低频电导和高频弛豫信息进行确诊，并通过阻抗谱获得非均匀各部分的阻抗参数。本发明用于ZnO单晶物理参数的无损检测方法具有操作简便、无损及误差小的优点。

主权项

用于ZnO单晶物理参数的无损检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、在‑140℃～20℃的温度范围内，每隔20℃测量一次介电频谱，频率范围为1Hz～107Hz；外加的交流电幅值为1V，半周期平均值为0.9V；步骤2、分别采用电容率谱、电模量谱、电阻抗谱来表征表面溅射Au电极的ZnO单晶的介电特性；步骤3、将步骤2中的表面溅射Au电极的ZnO单晶作为模型材料，基于半导体与金属电极之间存在肖特基势垒，表面溅射Au电极的ZnO单晶是一个非均匀的材料体系或等效为放大了的背靠背肖特基二极管；步骤4、ε″‑f曲线高频区存在一个损耗峰，低频区存在直流电导引起的线性下降区，结合Arrhenius算法，经计算得到高频弛豫的活化能为0.34eV；步骤5、采用电模量谱对表面溅射Au电极的ZnO单晶的介电特性进行进一步确认；步骤6、采用阻抗谱获得非均匀各部分阻抗的频率特性；步骤7、基于点缺陷弱束缚电子跳跃电导的介电弛豫效应理论，高频介电弛豫和低频直流电导均起源于弱束缚电子的输运过程，测试频率的高低决定了弱束缚电子的跳跃尺度；步骤8、直流电导引入的赝极化，其等效弛豫时间具体如下：τ0＝ε0ε∞/γ；相应的弛豫频率具体表示如下：f0＝1/2πτ0＝γ/2πε0ε∞；根据阻抗谱获得的晶粒电阻率计算得到均匀单晶内电子在单胞内的弛豫频率为0.84×108Hz；步骤9、对于表面形成势垒区的非均匀单晶；表面势垒的电场强度与单晶平均电场强度之比为：(0.9V/16μm)/(1V/0.8mm)＝45；半导体芯层的电场强度与单晶平均电场强度之比为：[0.1V/(0.8mm‑16μm)]/(1V/0.8mm)≈0.1；基于电子漂移速度与电场强度成正比，进而与电子跨越单个晶胞对应的频率也成正比，势垒区内电子的等效弛豫频率为45×0.84×108Hz＝3.78×109Hz，而半导体芯层内电子等效弛豫频率为0.84×107Hz；步骤10、ε′‑f曲线上高频端的转折点频率为1.03×105Hz，对应于电子恰好能跨越晶粒表面层势垒区所需要的时间；根据1.03×105Hz×d1＝3.78×109Hz×0.52nm，得到势垒区厚度d1＝18μm；步骤11、ε′‑f曲线上低频端饱和区转折点频率为5.07Hz，对应于电子恰好跨越半导体芯层所需要的时间，根据5.07Hz×d2＝0.84×107Hz×0.52nm，经计算得到半导体芯层厚度为d2＝0.86mm；由于势垒区厚度与整个单晶厚度相比是能够忽略的，得到单晶厚度为d＝0.86mm；单晶厚度实际值为0.8mm，测量值与实际值相差很小。