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电源技术网http://www.power-bbs.com电源论坛http://www.dianyuanbbs.com 推算出少子寿命。这类方法包括扩散长度法和光磁法。它的峡点是在推算少子寿命的过程 中,必须知道半导体材料其它的一些参数。而这些参数,往往会随着样品的条件的不同而 异。囚此这类方法精确度较差,但也有它的优点,例如光磁法可以测量很短的寿命。 为对上述一些测量非平衡少数载流子寿命的方法有一介概据性的了解,现将这些方法 列在表1-4并给予简单说明。 一台少子寿命测量仪应包括产生非恶测搬流子和检测非平衡教流子两部分。我国目前 主要使用的仪器是高频光电导和光电导测量少子寿命仪。高频光电导的优点是样品无 需切割成一定几何形状对样品的几何尺寸要求不太严格,并且在测量时不必制作欧姻电 极,它是依靠电容耦合的,因此样品较少受到污染。此外,测试方法比较简单,在生产单 位应用比较合适。它的缺点是仪器线路比较复杂,受干扰也大些。直流光电导衰退法被认 为是标准的方法,它的优点是测量准确度比高频光电导衰退法高,而且该法对样品的电阻 率的要求也可以比高频光电导更低一些。尽管直流光电导要求样品具有一定几何形状,但 目前许多厂家用这种方法测量少子寿命时,都没有制作一定几何形状的样品,就拿整根单 晶测量。样品两端的欧姻电极也很筒单,用两块相同导电类型的低阻单晶片紧压在晶锭两 端就行。 光电导衰退法测量寿命的下限主要受到脉冲光余辉的限制。一般采用氙灯作为光电导 哀退法的光源,寿命值下限可以到约10微秒。利用激光作为光源可以使光脉冲的后沿变 陡(21)。因为单色激光(波长要满足从价带激发出电子并跃迁到导带)的能量集中,激发 非平衡载流子效率高,可以获得大量非平衡载流子,特别适宜于低阻半导体材料的少子寿 命的测量。此外,若釆用Q突变技术,瞬间发射激光,可使激光脉冲压缩在几个毫微秒到 几十个毫微秒。因此可以测量微秒数量级以下的低寿命。 光电导衰退法测量寿命时,要把非平衡载流子的衰减转换成电压信号。为了将电压信 号放大,便于观察需要在示波器前设置一个宽带放大器,对这个放大器的要求是频带隈宽 2赫~1兆赫),放大倍数大,抗干扰性好 因为光电导衰退法是目前我国应用较广泛的方法,所以下面只讨论直流光电导和高频 光电导测量少子寿命的方法。 三、光电导衰遐法测量寿命 在热平衡的情况下,半导体中价带的电子因晶格的热振动而获得能量(吸收声子)可 以跃迁到导带,导带中的电子也可以落入价带与价带中的空穴相复合(发射声子)。这种 载流子的产生与复合不断进行着,处于相对的平衡状态,井且半导体中载流子保持一定的 平衡浓度:n为电子平衡浓度,p为空穴平衡浓度。如因某种外界原因,如光照,将价 带中的电子激发到导带,使导带中比平衡时多出一部分电子Δn,价带中比平衡时多出 部分空穴Δ户,这些多增加的载流子称为非平衡载流子。但对一定型号的半导体材料来说, 热平衡状态下,少子浓度比多子浓度少得多。所以当存在外界激发时,少子浓度可明显地 偏离于其平衡值,通常称较平衡状态多出的少数载流子为非乎衡少数载流子〔筒称少子)。 对于光生载流子来说,它的量可以表示为 △n=△p=中B(1-R)f(a,L,S,D,样品尺寸) 式中,φ为入射光的强度;日为光子转换成电子空穴对的效率(一般为1)R为样品的反 射系数;L为扩散长度,它等于vDτ;a为吸收系数,即透入样品的光强度是按e°规 http://www.dianyuanbbs.com PDF文件使用pdffactoryPro赚本创建www.fineprint,com.cn
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电源技术网http://www.power-bbs.com电源论坛http://www.dianyuanbbs.com 律衰减的;t为光透射样品的深度;S为表面复合速度;D为扩散系数。 当消除激发出非平衡载流子的外界原因之后,非平衡载流子会逐渐复合。通常把非平 衡载流子平均存在的时间定义为非平衡少数载流子的春命,并用τ表示。 对于无限大的样品,非平衡载流子的复合过程可以表示为(扩散可以忽略且没有陷阱 a△p=1 Mawer- bbs. com (1-64) 式中的△P为在时间时的非平衡教载流子。因为一般脉冲光的时间报短,时间可以 从光肽冲截止后算起。感鼠说明非平衡少数载流子的衰减速度与其浓度成正比。这 解式(1-64)微分方程可以得到 △p=△Per 由式(1-65)可以看出,Δp是按指数规律衰减的,t是一个衰减常数,即当Δ力衰减到初 始浓度△P的1时的时间。这个时间相当于非平衡少数载流子的平均存在时间。 现在再来考察具有有限尺寸的半导体中的复合过程。设样品的形状为矩形,、y、2三 个方向上的棱边长度分别为2A、2B、2C,如图1-31所示。坐标原点设在样品的中心 图1-31矩形样品在x方向加一个测量电场E时的复合过程 电极作在x=±A的两个端面上。在x方向上还加上一个测量电场E,它沿x方向是均匀 的。当光照激发出非平衡载流子△后,如果停止光照,样品中的非平衡载流子会有三种 变化:首先是体复合使它衰减,其次是电场引起它的漂移运动,此外就是由于浓度不同引 起非平衡载流子的扩散运动。如果考虑样品中的一个体积元,可以写出非平衡少数载流子 浓度随时间的变化规律,这种规律可用连续性方程式来表示: a△P二△p 一HE +DV2△p (1-66) 式中,τ为体寿命;H为少子的迁移率;D为扩散系数。 式(1-66)右端的意义是:第一项为体积元中体复合损失,第二项为体积元沿x方向 两个端面上由于浓度不同造成电场漂移流不同而引起的非平衡载流子的累积作用,第三项 为扩散引起的累积作用 式(1-66)的特解为 http://www.dianyuanbbs.cc PDF文件使用pdffactoryPro赚本创建www.fineprint,com.cn
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电源技术网http://www.power-bbs.com电源论坛http://www.dianyuanbbs.com AP(r, y, 2, t)Ge iD-cosarcosbycosczexp λ+D(a2+b2十c2)+(AE, 1-67 4 式中,为体衰退常数,k=1;G为与激发有郑的常数氵b、c为由边界条件决定 的系数。 网http://wv 因为样品具有有限的读时还应该考虑样品的边界条件,然后得到一个满足边界 条件的特解。在样品的近界上(表面),存在一些缺陷或杂质中心,它们在禁带中有一定 的能级可以起复合中心的作用。因此非平衡载流子可以扩散到表面以一定的速率进行复合 衰减。表面复合一般用下面方程来进行描写 D =Sb△p 9△ Sb△p (1-68) =Sc△p, 式中的S称为表面复合速度,单位为厘米/秒,相当于非平衡载流子在表面“逸出”体外 的速度。如果在x、y、z三个方向上的表面复合速度不同则用a、b、c三个注脚表示它的 区别。将式(1-67)代入式(1-68)中并令a=A,b=η/B,C=5/C,则5,刀,§应满 足 stant=s tann=St ADBDcD 1-69) 由式(1-69)所规定(,刀,5)的解并不是单值的,对应于每一組(,n,5) 的值就有一个P,(x,y,z,扌的分布 PIA(E, , 2,t)=G.cos( x cos( a-y)cos(s-a) (b2)xP{-(÷+D(+z+器)+2 1-70) 方程(1-66)的普遍解应为这些独立解的线性组合。从所解出的这种形式看出,在迅 速切断光激发之后,半导体内非平衡载流子的分布可以分解为各种不同摸式的载流子空间 分布的叠加。每一种模式的波数(·",)都与样品有关。在激发过后的任一时间 内,每一种模式的贡献是不同的,与它的振幅衰减规律有关。 http://www.dianyuanbbs.com PDF文件使用pdffactoryPro赚本创建www.fineprint,com.cn
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