2. QSSPC 3. SPV
A
34
红外脉冲激光源(905nm) 微波源和信号接收(10 ± 0.5 GHz)
A
35
原理
脉冲激光激发非平衡载流子 微波探测器探测发射和反射的微波谱
A
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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Δn。
A
37
选取不同的频率，信号差有时正有时负。
A
16
少子寿命的作用
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。
A
17
载流子的复合会使光电流减少。少子寿 命越小光电流越小。
同时少子寿命减小，增加漏电流从如使 开路电压减小。
总之，少子寿命越小，电池效率越低。
A
18
4. 少子寿命影响因素
影响少子寿命的因素很多： 杂质、电阻率、温度、表面状态、硅片 厚度等。
1.12 eV空穴带正电源自EV空穴A5
掺杂
为得到一定的载流子浓度而掺入电活性 的杂质。
通常P型掺杂掺B； N型掺杂掺P。
A
6
EC
ED
EC
EV
N型
EA EV
P型
A
7
P型掺杂(III族)：B、Al、Ga、In N型掺杂(V族)：P、As、Sb 均为浅能级杂质
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。
无论如何都和非平衡载流子浓度Δn成正比
A
38
信号呈指数衰减，即呈现出非平衡载流 子衰减的规律。
通过拟合指数衰减信号得到少子寿命的 值。
对样品表面连续点扫描可以得到少子寿 命分布图。
A
39
选择合适的测试参数范围可以减少误差， 一般Autosetting可自动选择测试参数
A
40
拟合点数 一般1024
少子寿命原理及应用
黎晓丰
A
1
1. 半导体简介 2. 非平衡载流子及少子寿命 3. 少子寿命影响因素 4. 少子寿命的测试方法简介 5. WT-2000的运用
A
2
1. 半导体 (Semiconductor)
硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等
导电性介于导体和绝缘体之间(10-4 ~ 1010 Ω·cm)
Udnn
dt
t
n(n)0e
A
14
t
n(n)0e
非平衡载流子呈指数衰减
为载流子的复合寿命
A
15
的物理意义：非平衡载流子的平均生存时间。 越大，载流子复合能力愈弱。衰减得越慢；
越小，衰减得越快。
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
少子寿命一般指少子复合寿命。
影响少子寿命因素很多，影响机制极复杂。
A
12
当光激发撤销时，一开始产生率小于复
合速率，导致Δn、Δp不断衰减，最后当 恢复到平衡状态时Δn = Δp = 0；G = R。
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。
A
13
若定义非平衡载流子单位时间的复合概 率为1/τ，则 U n
EC
产生
复合
EV
A
10
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。
非平衡载流子浓
EC
hν
度为Δn、Δp。
Δn = Δp
EV
A
11
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。
电子和空穴浓度：
n = n0 + Δn；p = p0 + Δp n0 、p0分别为平衡时电子和空穴的浓度。
A
25
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。
A
26
表面复合
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。
有用的是体少子寿命。
时间起点 测试平均次数 时间起点的信号值
微波频率 激光功率
信号范围
时间范围
A
41
前面一段数据由于高注入偏离指数衰减 规律。
A
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从Time cursor算起拟合指数拟合信号得
到少子寿命τ
t
V(V)0eA
43
WT-2000例子
坩埚的污染
A
44
UMG的少子寿命分布
A
45
有效少子寿命总是低于任何复合机制的 寿命。
A
29
影响有效少子寿命的因素
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。
考虑到体复合和表面复合的共同作用， 有如下关系
A
30
有效少子寿命与体少子寿命由于有表面 复合产生偏差。
W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。
A
31
体少子寿命越大，表面复合速率越大， 偏差越大。
厚度越薄，偏差越大
A
32
当体少子寿命小于1μs，无论S多大，偏
差小于10%。
当表面状态一定时，体少子寿命降低， 有效少子寿命也降低。
A
33
4. 少子寿命测试方法
1. μ-PCD (Microwave Photoconductivity Decay)√ 微波光电导衰减 WT-2000
电导率和导电型号对杂质和外界因素高 度敏感
A
3
硅(Silicon)
金刚石结构，每个硅原子与四个 相邻原子之间共用电子对形成共价键 硅原子相邻，形成正四面体结构
A
4
能带(energy band)
导带、价带、禁带宽度
载流子：电子(自由电子、electron)、空穴 (hole)
电子
EC
电子带负电
A
8
P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。
N型硅的载流子绝大部分为电子。电子为多 子，空穴为少子。
A
9
3. 非平衡载流子
平衡状态下，电子空穴对的产生和复合
率相等。电子和空穴浓度n、p不变。
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
有用的是体复合得到的体少子寿命。
A
19
体复合机制
1. 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。
A
20
在硅中低注入水平下并非主要复合过程
A
21
2. 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。
A
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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(Shockley-Read-Hall)模型
A
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SRH少子寿命公式
τn0和τp0分别是电子和空穴的俘获时间常数。 n1和p1分别为费米能级处于复合中心能级Et 时电子和空穴的浓度。
A
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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。
A
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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。
US=S ·Δn S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。
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28
有效寿命
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。