半导体材料与器件测试技术

实验一高频光电导法测量硅中少子寿命一、实验目的与意义非平衡少数载流子（少子）寿命是半导体材料与器件的一个重要参数。其测量方法主要有稳态法和瞬态法。高频光电导衰退法是瞬态测量方法，它可以通过直接观测少子的复合衰减过程，测得其寿命。本实验通过采用高频光电导衰退法测量高阻硅的少子寿命，加深学生对半导体非平衡载流子理论的理解，使学生学会用高频光电导测试仪和示波器测量半导体少子寿命。二、实验原理半导体在一定温度下，处于热平衡状态。半导体内部载流子的产生和复合速度相等。电子和空穴的浓度一定，如果对半导体施加外界作用，如光、电等，平衡态受到破坏。这时载流子的产生超过了复合，即产生了非平衡载流子。当外界作用停止后，载流子的复合超过产生，非平衡少数载流子因复合而逐渐消失。半导体又恢复平衡态。载流子的寿命就是非平衡载流子从产生到复合经历的平均生存时间，以来表示。下面我们讨论外界作用停止后载流子复合的一般规律。当以恒定光源来照射一块均匀掺杂的型半导体时，将在半导体内部均匀地产生非平衡载流子△n和△p。设在t=0时刻停止光照，则非平衡载流子的减少-d△p/t应等于非平衡载流子的复合率△p(t)/x(1/x为非平衡载流子的复合几率。)即-d△p/dt=△p(t)/r(1-1)在小注入条件下，为常量与△p(t)无关，这样由初始条件：△p(0)=(△p)。可解得：△p(t)=(△p)e(1-2)由上式可以看出：1、非平衡载流子浓度在光照停止后以指数形式衰减，△p(c)=O,即非平衡载流子浓度随着时间的推移而逐渐消失。2、当=t时，△p(π)=（△p)/e。即寿命t是非平衡载流子浓度减少到初始值的1/e倍所经过的时间。因此，可通过实验的方法测出非平衡载流子对时间的指数衰减曲线，由此测得寿命值π。高频光电导衰减法测量原理如图1所示，样品两端以电容耦合的方式与高频振荡源的输出和检波器的输入端相连接。其等效电路如图2所示。C0为耦合电容，R为样品电阻。