少子寿命介绍

1、少子寿命原理及应用黎晓丰n1. 半导体简介n2. 非平衡载流子及少子寿命n3. 少子寿命影响因素n4. 少子寿命的测试方法简介n5. WT-2000的运用1. 半导体 (Semiconductor)n硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等n导电性介于导体和绝缘体之间(10-4 1010 cm)n电导率和导电型号对杂质和外界因素高度敏感硅(Silicon) 金刚石结构，每个硅原子与四个硅原子相邻，形成正四面体结构相邻原子之间共用电子对形成共价键能带(energy band)n导带、价带、禁带宽度n载流子：电子(自由电子、electron)、空穴(hole)电子带负电空穴带正电电子空穴ECE

2、V1.12 eV掺杂n为得到一定的载流子浓度而掺入电活性的杂质。n通常P型掺杂掺B； N型掺杂掺P。N型ECEVEAP型ECEVEDnP型掺杂(III族)：B、Al、Ga、InnN型掺杂(V族)：P、As、Sbn均为浅能级杂质n常温下，非重掺，P型硅的空穴浓度等于P型掺杂剂浓度；N型硅的电子浓度等于N型掺杂剂浓度。nP型硅的载流子绝大部分为空穴。空穴为多数载流子(majority carrier)，简称多子；电子为少数载流子(minority carrier)，简称少子。nN型硅的载流子绝大部分为电子。电子为多子，空穴为少子。3. 非平衡载流子n平衡状态下，电子空穴对的产生和复合率相等。电子和

3、空穴浓度n、p不变。ECEV产生复合n受外界因素(光照、载流子注入等)影响比平衡状态下多出来的载流子。ECEVh非平衡载流子浓度为n、p。n = pn在光激发下，一开始载流子产生率G大于复合率R，导致载流子增加。到稳态时G = R，此时载流子浓度趋于稳定。n电子和空穴浓度： n = n0 + n；p = p0 + p n0 、p0分别为平衡时电子和空穴的浓度。n当光激发撤销时，一开始产生率小于复合速率，导致n、p不断衰减，最后当恢复到平衡状态时n = p = 0；G = R。n在这过程中，净的复合率U = R G 此过程即称为非平衡载流子的复合(recombination)过程。n若定义非平衡

4、载流子单位时间的复合概率为1/，则ndtndUnUtenn0)(非平衡载流子呈指数衰减为载流子的复合寿命tenn0)(n的物理意义：非平衡载流子的平均生存时间。n越大，载流子复合能力愈弱。衰减得越慢； 越小，衰减得越快。n因为非平衡载流子对少子浓度影响极大，所以称为少子寿命n少子寿命一般指少子复合寿命。n影响少子寿命因素很多，影响机制极复杂。少子寿命的作用n太阳能电池光电流是光激发产生非平衡载流子，并在pn结作用下流动产生的。n载流子的复合会使光电流减少。少子寿命越小光电流越小。n同时少子寿命减小，增加漏电流从如使开路电压减小。n总之，少子寿命越小，电池效率越低。4. 少子寿命影响因素n影响少

5、子寿命的因素很多： 杂质、电阻率、温度、表面状态、硅片厚度等。n实际测量得到的是体复合和表面复合共同作用的少子寿命n有用的是体复合得到的体少子寿命。 体复合机制n1. 本征复合(直接复合) 辐射复合：电子和空穴直接复合，辐射出光子。 Auger复合：电子和空穴直接复合，激发另一电子和空穴。n在硅中低注入水平下并非主要复合过程n2. 间接复合： 通过复合中心复合。 复合中心为深能级杂质。 为硅中的主要复合形式。nSRH(Shockley-Read-Hall)模型1. 电子的发射2. 电子的俘获3. 空穴的俘获4. 空穴的发射SRH少子寿命公式n0和p0分别是电子和空穴的俘获时间常数。n1和p1分

6、别为费米能级处于复合中心能级Et时电子和空穴的浓度。SRH复合的讨论1. 复合中心能级Et越深少子寿命越小，所以深能级杂质对少子寿命影响极大，即使少量深能级杂质也能大大降低少子寿命。过渡金属杂质往往是深能级杂质，如Fe、Cr、Mo等杂质。2. 电阻率的影响 随着电阻率的增大，少子寿命也不断增大。3. 温度变化强烈影响少子寿命。但是影响规律十分复杂。一般为随温度上升少子寿命先降后升。表面复合n前面几种只是涉及体复合，但是由于硅表面存在悬挂键形成表面复合中心。在表面也产生复合，从而使测试体少子寿命时产生偏差。n有用的是体少子寿命。n表面复合率Us等于表面复合速率S乘以非平衡载流子浓度。nUS=S

7、nnS的单位为速度单位。S的大小取决于表面状态，对于裸片S约为50000 cm/s。对于各种钝化方法S可小于10cm/s。有效寿命n在多种独立的复合机制下的实际的寿命为有效少子寿命。即为测试得到的少子寿命值。有效少子寿命总是低于任何复合机制的寿命。影响有效少子寿命的因素n低注入水平下，中等掺杂，辐射寿命和Auger寿命远高于间接复合寿命。因此只有间接复合影响体少子寿命。n考虑到体复合和表面复合的共同作用，有如下关系n有效少子寿命与体少子寿命由于有表面复合产生偏差。nW为硅片厚度Dn为电子的扩散系数。因此硅片厚度和表面复合速率是影响有效寿命的重要因素。n体少子寿命越大，表面复合速率越大，偏差越大

8、。n厚度越薄，偏差越大n当体少子寿命小于1s，无论S多大，偏差小于10%。n当表面状态一定时，体少子寿命降低，有效少子寿命也降低。4. 少子寿命测试方法n1. -PCD (Microwave Photoconductivity Decay) 微波光电导衰减 WT-2000n2. QSSPCn3. SPV n红外脉冲激光源(905nm)n微波源和信号接收(10 0.5 GHz)原理n脉冲激光激发非平衡载流子n微波探测器探测发射和反射的微波谱n低注入水平下，一定的频率下，发射和反射微波型号差正比于非平衡载流子浓度n。n选取不同的频率，信号差有时正有时负。无论如何都和非平衡载流子浓度n成正比n信号呈指数衰减，即呈现出非平衡载流子衰减的规律。n通过拟合指数衰减信号得到少子寿命的值。n对样品表面连续点扫描可以得到少子寿命分布图。n选择合适的测试参数范围可以减少误差，一般Autosetting可自动选择