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1、实验一 高频光电导衰减法测量硅单晶少子寿命微电子2班 王家裕 11342069 一实验目的1. 掌握用高频光电导衰减法测量Si单晶中少数载流子寿命的原理和方法。2. 加深对少数载流子寿命及其与样品其它物理参数关系的理解。3. 学会使用LT-1B型高频光电导少数载流子寿命测试仪。二实验原理实验测试系统原理图如下所示。R是两端为欧姆接触的半导体样品，R是负载电阻，V是sLA外加直流电压，V是测量负载或输出电压。光脉冲形成的微扰可以在半导体内产生过剩载流 子，从而可以检测到电导率的变化。当能量大于半导体禁带宽度的光照射样品时，在样品中激发产生非平衡电子和空穴。若样品中没有明显的陷阱效应，那么非平衡电
2、子(n)和空穴(Ap)的浓度相等，它们的寿命也就相同。当去掉光照，少子密度将按指数衰减，即tAp x e t少子寿命，表示光照消失后，非平衡少子在复合前平均存在的时间。此时取样器上产生的电压变化AV也按同样的规律变化，即AV 二 AV e0此调幅高频信号经检波器解调和高频滤波，再经宽频放大器放大后输入到脉冲示波器，在示 波器上可显示下图的指数衰减曲线，由曲线就可获得寿命值。图2指数衰减曲线测量表面符合寿命从公式1/t =1/t +1/1可以看出当体寿命T500ms时，等号后第一项 可以忽略。此时T F。fbsbfs此时1=4,因此测量寿命仅与样片厚度有关。根据厚度计算的寿命值可以与标准关系表对
3、 冗2D照。三、实验内容1. 熟悉实验仪器操作。2. 分别测量两种N型Si单晶研磨片的少子寿命。3. 对比分析实验结果与样品尺寸得出的少子寿命理论值，对误差问题进行讨论。4. 由室温下载流子迁移率与参杂浓度关系图，电阻率与参杂浓度关系图，计算厚样品的少 子扩散长度。5. 请解释样品两端耦合电子涂水的作用。四、实验结果与分析测量两种N型Si单晶研磨片的少子寿命。本实验有两种样品，样品一为厚样品，样品二为薄样品。样品一的指数曲线：可以看出，曲线与标准指数衰减曲线基本重合，当Y=2.2时，可以读出D=2.3cm，此时，S（时基扫描速度）=100us/cm。因此可以算出寿命值T=D*S=230 us。
4、样品一的少数载流子 的寿命理论值是250 uso因此实验结果基本符合理论值。样品二的指数曲线:根据示波器曲线图可以看到，曲线尾部与标准衰减曲线吻合，但曲线顶部出现“平顶”现象。 造成这种现象原因可能是：高频振荡电压过大，光脉冲的光强过大。但可能由于研磨片 使用时间太久，出现老化现象，我们无论减少振荡器输出功率或者减少光强大小仍无法消除 “平顶”现象。但是由于曲线尾部基本符合标准衰减曲线，实验结果还是有一定价值。当 Y=2.2时，我们读出D=2.9cm,此时，S=10us/cm，所以少数载流子寿命T=D*S=29us。样 品二的理论寿命值为35us，误差为17%。对比分析实验结果与样品尺寸得出的
5、少子寿命理论值，对误差问题进行讨论。对于样品一我们测到的厚度为9.99mm已超出寿命关系表的范围，因为没办法比较。对于样品二我们测到其厚度为0.73mm，根据公式工宀可以得到工=43卩s。而标准理论值为 s 兀 2Ds41us左右。参数基本吻合。但是这个结果与步骤中的结果差别有点大。误差原因可以如下： 研磨片使用时间过长，表面形成比较厚的阻隔层，影响少数载流子的寿命。 测量研磨片厚度时，存在标准误差。由室温下载流子迁移率与参杂浓度关系图，电阻率与参杂浓度关系图，计算厚样品的少子扩散长度。根据非平衡载流子的扩散方程可以得到少数载流子的扩散长度厶p=/话。根据我们的实验结果厚样品的少子寿命、为230卩s。根据公式，得到厶p = 0.053m。请解释样品两端耦合电极涂水的作用。样品两端耦合电极涂水的作用： 提高灵敏度。样品两端耦合电极涂水，能增大样品与电极之间的接触面积，同时也能减 少样品与电极之间的接触电阻，从而提高系统的灵敏度，使测量结果更加理想。 使波形更稳定。样品两端耦合电极涂水，使接触两端的参数基本相同，避免有一段出现 偶然误差，使实验结果出现较大的误差。
