载流子寿命
半导体中的非平衡载流子寿命是半导体的一个基本特性参数，它的长短将直接影响到依靠少数载流子来工作的半导体器件的性能，这种器件有双极型器件和p-n结光电子器件等。但是，对于在结构上包含有p-n结的单极型器件（例如MOSFET）也会受到载流子寿命的影响。
非平衡载流子寿命主要是指非平衡少数载流子的寿命。影响少子寿命的主要因素是半导体能带结构和非平衡载流子的复合机理；对于Si、Ge、GaP等间接禁带半导体，一般决定寿命的主要因素是半导体中的杂质和缺陷。
对于少子寿命有明显依赖关系的电子器件特性，主要有双极型器件的开关特性、导通特性和阻断特性；对于光电池、光电探测器等之类光电子器件，与少子寿命直接有关的特性主要有光生电流、光生电动势等。
（1）少子寿命对半导体器件性能的影响：
①双极型器件的开关特性与少子寿命的关系：
双极型器件的开关特性在本质上可归结为p-n结的开关性能。
p-n结的开关时间主要是关断时间，而关断时间基本上就是导通时注入到扩散区中的少子电荷消失的过程时间（包括有存储时间和下降时间两个过程）。少子寿命越短，开关速度就越快。因此，为了提高器件的开关速度，就应该减短少子寿命。
②器件的阻断特性与少子寿命的关系：
半导体器件在截止状态时的特性——阻断特性，实际上也就是p-n结在反向电压下反向漏电流大小的一种反映。因此，这里器件的阻断特性不单指双极型器件，而且也包括场效应器件在内。
p-n结的反向漏电流含有两个分量：一是两边扩散区的少子扩散电流，二是势垒区中复合中心的产生电流；这些电流都与少子寿命有关，载流子寿命越长，反向漏电流就越小，则器件的阻断特性也就越好。当载流子寿命减短到一定程度时，反向电流即大幅度地上升，就会产生反向电流不饱和的“软”的阻断特性。
一般，硅p-n结的反向漏电流主要是势垒区复合中心的产生电流，因此载流子的产生寿命将严重地影响到器件的阻断特性。所以注意工艺控制，减小杂质和缺陷的不良影响，对于提高器件的阻断特性至关重要。
总之，为了获得良好的器件阻断特性，要求器件应该具有较长的少数载流子寿命。为此，
半导体的掺杂浓度不可太高，势垒区中的复合中心浓度要尽量减少。
③器件的导通特性与少子寿命的关系：
半导体器件导通特性的好坏可以用它的导通电阻或者导通压降来表征；导通压降越低，器件的大电流性能就越好，器件的功率处理能力也就越强。对于双极型器件，从本质上来看，它的导通特性实际上可近似地归结为
p-n结的正向导通特性；而对于双极型功率器件而言，其正向导通特性可归结为pin二极管的导通特性。
因为一般p-n结的正向电流主要是少子扩散电流，则少子寿命越短，少子的浓度梯度越大，正向电流就越大，于是在同样电流情况下的导通压降也就越低。所以少子寿命宜较短一些。
但是，对于pin结则有所不同，因为pin结处于正偏时，即有大量电子和空穴分别从两边注入到本征的i型层，则必为“大注入”；这时可以认为i型层中的电子浓度等于空穴浓度，并且均匀分布，即n=p=const。正是由于在i型层中存在大量的两种载流子，所以必然会产生电导调制效应，使得pin结的正向电压降低。
而pin结的正向导电是由载流子渡越i型层（势垒区）时的复合过程所造成的，则pin 结的导通特性与i型层中载流子的复合寿命有很大的关系。在此考虑到大注入的强烈影响，因此决定载流子寿命的因素除了大注入下的寿命——双极复合寿命τa以外，还需要计入Auger复合的寿命τA，于是应该采用有效寿命τeff的概念。由于i层载流子的有效寿命越长，在大注入情况下该层的电导调制效应就越强，则器件的正向压降也就越低，因此pin结的正向压降与载流子有效寿命成反比。然而，有效寿命将随着正向电流密度的增大而减短，特别是在大电流密度时，有效寿命将显著变短，从而会导致正向压降很快增加。
（2）载流子寿命的控制原理：
如上所述，对于功率器件而言，它的开关特性要求载流子寿命越短越好，而它的阻断特性和导通特性却要求载流子寿命越长越好。因此，同一种半导体器件的不同特性，对于载流子寿命的要求不一定相同。这就产生了一个所谓寿命优化的问题，即如何综合考虑、恰当地选取载流子的寿命，以使得器件的特性能够最大限度地满足使用要求。
对于Si等半导体器件，影响载流子寿命的主要因素是缺陷和有害杂质构成的复合中心的浓度以及半导体的本底掺杂浓度。复合中心的重要特性参数是它的能级位置以及俘获截面。在复合中心的能级位置和半导体掺杂浓度适当时，复合中心将成为最有效的复合中心，则对载流子寿命的影响最大。
一般，复合中心能级越深（即越靠近本征Fermi能级）、半导体掺杂浓度越高（即Fermi
能级越靠近能带边），复合中心就越有效。例如，位于导带底以下0.54eV的复合中心一般就满足该条件，为一个最有效的复合中心；而位于导带底以下0.3eV的复合中心则是无效复合中心。
实际上，最有效的复合中心也具有较小的对两种载流子的俘获截面之比（接近1）。总之，复合中心的能级越靠近禁带中央，而且其俘获截
面比越接近1，则该复合中心就越有效，寿命也就越短。在小注入时，少子寿命与注入水平无关，而仅决定于复合中心的能级位置和俘获截面之比；在大注入时，任何复合中心决定的载流子寿命都将趋于双极寿命τa=τno+τpo（仅决定于复合中心的浓度和俘获截面之比）。
a）兼顾高阻断特性和高开关速度特性的优选复合中心：
为了提高器件的开关速度，应该少子的小注入寿命尽可能短，即要求复合中心能级靠近禁带中央和俘获截面比接近1；但是，为了提高器件的阻断能力，应该少子的产生寿命尽可能长，即要求复合中心能级远离禁带中央和俘获截面比大于1。这种对载流子寿命的矛盾要求，也就意味着少子的产生寿命τs与少子的复合寿命τp之比（τs/τp）应该取极大值。
分析表明：①τs/τp比值的大小与复合中心的性质（能级位置和俘获截面比）无关，但只有在适当的能级位置、俘获截面比和温度情况下才能达到最高值；②复合中心能级靠近能带边（Ec或者Ev）时，τs/τp比值最大；③最大的τs/τp比值与掺杂浓度和俘获截面比有关，并且掺杂浓度越低、俘获截面比越大，则不同复合中心能级位置不影响τs/τp取最大值的范围就越大，同时温度越高、该范围也越大（但最大τs/τp 比值与本征载流子浓度有关）。
总之，兼顾器件的高阻断特性和高开关速度特性的优化复合中心，其能级应该位于能带边附近处；并且在轻掺杂半导体中，比较容易选择这种优化复合中心；在同样掺杂浓度时，对于俘获截面比较大的复合中心，它的能级位置受到的限制较小。
b）兼顾高导通特性和高开关速度特性的优选复合中心：
为了降低功率器件在大电流时的导通压降，应该增长有效载流子寿命，也就是要求大注入时的载流子寿命（τH=τa）足够长，以加强少子的电导调制作用。但是，为了提高开关速度，则希望少子在小注入时的寿命（τL）足够短。因此，要使得一种复合中心能够兼顾大电流和高速度的需要，就必须选取τH/τL比值取极大值的那种复合中心。
分析表明：①能够使τH/τL比值取极大值的复合中心，正好是其τs/τp比值取极小值，因此高速大电流的器件，就难以顾及到高的阻断电压，反之亦然；②较高的τH/τL比值，要求复合中心能级位于禁带中央处，这正好也与高τs/τp比值的要求恰恰相反；③τH/τL比值与半导体掺杂浓度有关，并且变化幅度还与复合中心能级的位置
有关。
可见，从载流子寿命的优选方面来看，器件的高速大电流性能与高速高耐压性能一般较难以同时兼顾。不过，如果选取某种复合中心，若它的少子寿命对注入水平具有很高
的敏感性的话，使得大注入时τH最大，小注入时τL最小，则既可以得到大电流下的较好导通特性，也可以得到小电流时的较好阻断特性，那么高速大电流性能与高速高耐压性能之间的矛盾即可适当地缓解。
此外，在优选复合中心时还需要考虑其它一些方面的问题，例如：
①复合中心对载流子的补偿问题：
例如n型Si中的Au，是一种复合中心杂质，它有一个能级位于导带底以下0.54eV处，起着受主作用；当Au浓度接近于施主浓度时，将会使平衡电子浓度显著下降，这就是Au的补偿效应。
复合中心的这种补偿效应，显然将会使半导体电阻率升高，并因而影响到器件的导通压降和阻断电压。因此，为了降低复合中心的这种补偿作用，应该选取对少子具有很大俘获截面的那种复合中心杂质；这样既可以保持所需要的寿命，而且又可以降低起补偿作用的复合中心的浓度，以减弱对载流子浓度（半导体电阻率）的影响。
②复合中心对多种掺杂浓度的适应性问题：
为了器件制作工艺的方便，对于不同的半导体器件最好能够统一采用一种寿命控制的方法，即掺入一种复合中心杂质；这就要求在控制寿命的同时，半导体电阻率不要发生变化。因此，应该选取寿命或者两种寿命的比值对掺杂浓度不敏感的那些复合中心杂质。不过，这对于高阻半导体而言往往是一件很困难的事情。
（3）控制少子寿命的主要方法：
一般，有两个方面需要考虑：
一是注意在工艺过程中控制好载流子寿命，使得不发生变化。这里主要是要注意清洁度和操作过程的控制，以避免有害杂质的引入和减少工艺诱生的二次缺陷。
二是通过有意掺入一些深能级杂质，或者造成一些晶体缺陷来加以控制，因为许多深能级杂质和晶体缺陷都将构成复合中心。在Si器件中，常用作为复合中心的深能级杂质是Au和Pt，常用来引入晶体缺陷的措施是电子辐照。
Au和Pt以及电子辐照，这三种复合中心的引入方法各有千秋。一般，可以见到：
①对于高掺杂（低电阻）半导体材料，掺Au和掺Pt的τH/τL比值都较大；但对于低掺杂（高电阻）半导体材料，只有掺Au的τH/τL比值才较大。因此，从既降低导通压降、又提高开关频率的角度来考虑时，还是掺Au的效果比较好。
②从少子产生寿命与大注入寿命之比（τs/τH）来看，掺Pt和电子辐照的比值较大，因此，在保持导通压降相同的情况下，掺Pt和电子辐照都可以维持器件的反向漏电流较小。
③对于掺Pt的Si，τH/τL比值随掺杂浓度的变化很大，因此Pt作为功率器件的复合中心不太理想；
④对于电子辐照的Si，τH/τL比值基本上不随掺
杂浓度而变化，因此，电子辐照能够对功率器件提供比较理想的复合中心；
⑤对于掺Au的Si，τH/τL比值完全不随掺杂浓度而变化，因此，Au也是功率器件的一种理想的复合中心。
载流子寿命 半导体中的非平衡载流子寿命是半导体的一个基本特性参数，它的长短将直接影响到依靠少数载流子来工作的半导体器件的性能，这种器件有双极型器件和p-n结光电子器件等。但是，对于在结构上包含有p-n结的单极型器件（例如MOSFET）也会受到载流子寿命的影响。 非平衡载流子寿命主要是指非平衡少数载流子的寿命。影响少子寿命的主要因素是半导体能带结构和非平衡载流子的复合机理；对于Si、Ge、GaP等间接禁带半导体，一般决定寿命的主要因素是半导体中的杂质和缺陷。 对于少子寿命有明显依赖关系的电子器件特性，主要有双极型器件的开关特性、导通特性和阻断特性；对于光电池、光电探测器等之类光电子器件，与少子寿命直接有关的特性主要有光生电流、光生电动势等。 （1）少子寿命对半导体器件性能的影响： ①双极型器件的开关特性与少子寿命的关系： 双极型器件的开关特性在本质上可归结为p-n结的开关性能。 p-n结的开关时间主要是关断时间，而关断时间基本上就是导通时注入到扩散区中的少子电荷消失的过程时间（包括有存储时间和下降时间两个过程）。少子寿命越短，开关速度就越快。因此，为了提高器件的开关速度，就应该减短少子寿命。 ②器件的阻断特性与少子寿命的关系： 半导体器件在截止状态时的特性——阻断特性，实际上也就是p-n结在反向电压下反向漏电流大小的一种反映。因此，这里器件的阻断特性不单指双极型器件，而且也包括场效应器件在内。 p-n结的反向漏电流含有两个分量：一是两边扩散区的少子扩散电流，二是势垒区中复合中心的产生电流；这些电流都与少子寿命有关，载流子寿命越长，反向漏电流就越小，则器件的阻断特性也就越好。当载流子寿命减短到一定程度时，反向电流即大幅度地上升，就会产生反向电流不饱和的“软”的阻断特性。 一般，硅p-n结的反向漏电流主要是势垒区复合中心的产生电流，因此载流子的产生寿命将严重地影响到器件的阻断特性。所以注意工艺控制，减小杂质和缺陷的不良影响，对于提高器件的阻断特性至关重要。 总之，为了获得良好的器件阻断特性，要求器件应该具有较长的少数载流子寿命。为此，
第三章：少数载流子寿命测试 少数载流子寿命是半导体材料的一个重要参数，它在半导体发展之初就已经存在了。早在20世纪50年代，Shockley 和Hall等人就已经报道过有关少数载流子的复合理论[1-4]，之后虽然陆续有人研究半导体中少数载流子的寿命，但由于当时测试设备简陋，样品制备困难，尤其对于测试结果无法进行系统地分析。因此对于少数载流子寿命的研究并没有引起广泛关注。直到商业需求的增加，少数载流子寿命的测试才重新引起人们的注意。晶体生产厂家和IC集成电路公司纷纷采用载流子寿命测试来监控生产过程，如半导体硅单晶生产者用载流子寿命来表征直拉硅单晶的质量，并用于研究可能造成质量下降的缺陷。IC集成电路公司也用载流子寿命来表征工艺过程的洁净度，并用于研究造成器件性能下降的原因。此时就要求相应的测试设备是无破坏，无接触，无污染的，而且样品的制备不能十分复杂，由此推动了测试设备的发展。 然而对载流子寿命测试起重要推动作用的，是铁硼对形成和分解的发现[5,6]，起初这只是被当作一种有趣的现象，并没有被应用到半导体测试中来。直到Zoth 和Bergholz发现，在掺B半导体中，只要分别测试铁硼对分解前后的少子寿命，就可以知道样品中铁的浓度[7]。由于在现今的晶体生长工艺中，铁作为不锈钢的组成元素，是一种重要的金属沾污，对微电子器件和太阳能电池的危害很严重。通过少数载流子寿命测试，就可以得到半导体中铁沾污的浓度，这无疑是一次重大突破，也是半导体材料参数测试与器件性能表征的完美结合。之后载流子寿命测试设备迅速发展。 目前，少数载流子寿命作为半导体材料的一个重要参数，已作为表征器件性能，太阳能电池效率的重要参考依据。然而由于不同测试设备在光注入量，测试频率，温度等参数上存在差别，测试值往往相差很大，误差范围可能在100％，甚至以上，因此在寿命值的比较中要特别注意。 概括来说，少数载流子寿命的测试及应用经历了一个漫长的发展阶段，理论上，从简单的载流子复合机制到考虑测试结果的影响因素。应用上，从单纯地用少子寿命值作为半导体材料的一个参数，到把测试结果与半导体生产工艺结合起来考虑。测试设备上，从简陋，操作复杂到精密，操作简单，而且对样品无接触，
少子寿命是半导体材料和器件的重要参数。它直接反映了材料的质量和器件特性。能够准确的得到这个参数,对于半导体器件制造具有重要意义。 少子，即少数载流子，是半导体物理的概念。它相对于多子而言。 半导体材料中有电子和空穴两种载流子。如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，则称它为少子。如，在 N型半导体中,空穴是少数载流子，电子是多数载流子；在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。 多子和少子的形成:五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的四价硅原子时，每个五价元素原子中的四个价电子与周围四个硅原子以共价键形式相结合，而余下的一个就不受共价键束缚，它在室温时所获得的热能足以便它挣脱原子核的吸引而变成自由电子。出于该电子不是共价键中的价电子，因而不会同时产生空穴。而对于每个五价元素原子，尽管它释放出一个自由电子后变成带一个电子电荷量的正离子，但它束缚在晶格中，不能象载流子那样起导电作用。这样，与本征激发浓度相比，N型半导体中自由电子浓度大大增加了，而空穴因与自由电子相遇而复合的机会增大，其浓度反而更小了。 少子浓度主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。 香港永先单晶少子寿命测试仪 >> 单晶少子寿命测试仪 编辑本段产品名称 LT-2单晶少子寿命测试仪 编辑本段产品简介 少数载流子寿命(简称少子寿命)是半导体材料的一项重要参数,它对半导体器件的性能、太阳能电池的效率都有重要的影响.我们采用微波反射光电导衰减法研制了一台半导体材料少子寿命测试仪,本文将对测试仪的实验装置、测试原理及程序计算进行了较详细的介绍,并与国外同类产品的测试进行比较,结果表明本测试仪测试结果准确、重复性高,适合少子寿命的实验室研究和工业在线测试. 技术参数： 测试单晶电阻率范围 >2Ω.cm 少子寿命测试范围 10μS～5000μS 配备光源类型 波长：1.09μm；余辉<1 μS； 闪光频率为：20～30次／秒； 闪光频率为：20～30次／秒； 高频振荡源 用石英谐振器，振荡频率：30MHz 前置放大器 放大倍数约25，频宽2 Hz-1 MHz 仪器测量重复误差 <±20％
实验二光电导衰退测量少数载流子的寿命 实验项目性质：综合实验 所涉及课程：半导体物理、半导体材料 计划学时：2学时 一、实验目的 1．理解非平衡载流子的注入与复合过程； 2．了解非平衡载流子寿命的测量方法； 2．学会光电导衰退测量少子寿命的实验方法。 二、实验原理 半导体中少数载流子的寿命对双极型器件的电流增益、正向压降和开关速度等起着决定性作用。半导体太阳能电池的换能效率、半导体探测器的探测率和发光二极管的发光效率也和载流子的寿命有关。因此，半导体中少数载流子寿命的测量一直受到广泛的重视。 处于热平衡状态的半导体，在一定的温度下，载流子浓度是一定的，但这种热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0，可以比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，有时也称为过剩载流子。要破坏半导体的平衡态，对它施加的外部作用可以是光，也可以是电或是其它的能量传递方式。常用到的方式是电注入，最典型的例子就是PN结。用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法，称为非平衡载流子的光注入，光注入时，非平衡载流子浓度Δn=Δp。 当外部的光注入撤除以后，注入的非平衡载流子并不能一直存在下去，它们要逐渐消失，也是原来激发到导带的电子又回到价带，电了和空穴又成对的消失了。最后，载流子浓度恢复到平衡时的值，半导体又回到平衡态，过剩载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子的复合。实验表明，光照停止后，Δp随时间按指数规律减少。这说明非平衡载流子不是立刻全部消失，而是有一个过程，
实验一光电导衰退测量少数载流子的寿命 一、实验目的 1.理解非平衡载流子的注入和复合过程； 2.了解非平衡载流子寿命的测量方法； 3.学会光电导衰退测量少子寿命的实验方法。 二、实验原理 半导体中少数载流子的寿命对双极型器件的电流增益、正向压降和开关速度等起着决定性作用。半导体太阳能电池的换能效率、半导体探测器的探测率和发光二极管的发光效率也和载流子的寿命有关。因此，半导体中少数载流子寿命的测量一直受到广泛的重视。 处于热平衡状态的半导体，在一定的温度下，载流子浓度是一定的，但这种热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是 n0 和 p0，可以比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，有时也称为过剩载流子。要破坏半导体的平衡态，对它施加的外部作用可以是光，也可以是电或是其它的能量传递方式。常用到的方式是电注入，最典型的例子就是 PN 结。用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法，称为非平衡载流子的光注入，光注入时，非平衡载流子浓度Δn=Δp。 当外部的光注入撤除以后，注入的非平衡载流子并不能一直存在下去，它们要逐渐消失，也是原来激发到导带的电子又回到价带，电了和空穴又成对的消失了。最后，载流子浓度恢复到平衡时的值，半导体又回到平衡态，过剩载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子的复合。实验表明，光照停止后，Δp 随时间按指数规律减少。这说明非平衡载流子不是立刻全部消失，而是有一个过程，即它们在导带和价带中有一定的生存时间，有的长些，有的短些。非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命，用t 表示。由于相对于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子的影响处于主导的、决定的地位，因而非平衡载流子的寿命通常称为少数载流子寿命。显然 1/t 就表示单位时间内非平衡载流子的复合概率。通常把单位时间单位体积内净复合消失的电子-空穴对数称为非平衡载流子的复合率。很明显，Δp/t 就代表复合率。 以光子能量略大于半导体禁带宽度的光照射样品，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，那么非平衡电子和空穴浓度相等，他们的寿命也就相同。如果所采用的光在半导体中的吸收系数比较小，而且非平衡载流子在样品表面复合掉的部分可以忽略，那么光激发的非平衡载流子在样品内可以看成是均匀分布。假定一束光在一块n型半导体内部均匀的产生非平衡载流子Δn和Δp。在t=0时刻，光照突然停止，Δp 随时间而变化，单位时间内非平衡载流子浓度的减少应为-dΔp(t)/dt，它由复合引起，因此应当等于非平衡载流子的复合率，即
多数载流子与少数载流子的特性比较 2009-11-02 20:09:52| 分类：微电子物理| 标签：|字号大中小订阅 作者：Xie M. X. (UESTC，成都市) l 载流子浓度： 对于n型半导体，如果掺杂浓度为ND，则在杂质全电离情况下，其中多数载流子浓度为：n0 ≈ ND，即多数载流子浓度基本上决定于掺杂浓度。假若杂质未全电离，则多数载流子浓度决定于杂质的电离程度，随着杂质的不断电离，多数载流子浓度也不断增大（与温度有指数函数关系）。 而少数载流子浓度，在杂质全电离情况下，可根据热平衡关系n0 p0 = ni2，得到为p0 = ni2 / n0 ≈ ni2 / ND。这就是说，少数载流子浓度基本上决定于本征激发过程，并且与掺杂浓度有关。掺杂浓度越高，少数载流子浓度就越低；掺杂浓度越低，少数载流子浓度就越高。 总之，对于Si器件，在室温附近，一般杂质是全电离的，这时多数载流子浓度基本上与温度无关，可近似等于掺杂浓度；而少数载流子浓度则与温度有指数函数的关系（决定于本征激发）。这种不同的多数载流子浓度与少数载流子浓度的温度关系，也就决定了多数载流子器件（场效应器件）与少数载流子器件（双极型器件）在性能上的不同温度关系。 l 载流子的运动： 载流子的运动形式基本上有两种，即漂移运动和扩散运动。这两种运动所产生的电流大小分别决定于不同的因素：漂移电流主要决定于多数载流子浓度和电场的大小；扩散电流主要决定于载流子的浓度梯度，而与浓度本身的大小无关。 半导体与金属一样，其内部都需要保持电中性（表面不需要保持电中性，可以带有电荷）。对于多数载流子而言，由于电中性的要求，在半导体中很难形成明显的浓度梯度，所以扩散电流往往可以忽略；但是少数载流子则恰恰相反，能够在出现很大浓度梯度的情况下保持电中性，所以数量很少的少数载流子可以产生很大的扩散电流。 总之，多数载流子电流主要以漂移电流为主，少数载流子电流则主要以扩散电流为主。 l 载流子的注入和抽出： 在外界作用下，半导体即偏离平衡状态，成为了一个非平衡体系。偏离平衡的程度即由多数载流子的准Fermi能级与少数载流子的准Fermi能级的分开大小来衡量（如果外加电压为V，则两条准Fermi能级的分开大小=qV）。 在非平衡半导体中，载流子浓度将比平衡载流子浓度增多了（即注入了非平衡载流子）或者减少了（即抽出了非平衡载流子）。由于要满足电中性的要求，则一般只能注入或抽出少数载流子，而不能注入或抽出多数载流子。也正因为如此，多数载流子在半导体中较难以积累或减小而产生浓度梯度；相反，少数载流子则可在半导体中的局部区域积累、或把局部区域的少数载流子抽掉，而可在局部区域形成较大的浓度梯度。 l 载流子的寿命： 在非平衡半导体，其中的载流子浓度将偏离于平衡载流子浓度（在注入情况下是多出了载流子，在抽取情况下是缺少了载流子）。 当去掉外加在非平衡半导体上的作用后，半导体体系将要恢复到平衡状态，即其中多出的载流子将要复合掉，缺少的载流子将要产生出来。这种载流子的复合或者产生，都需要时间，这就是所谓复合寿命或者产生寿命。对于Si、Ge半导体，由于载流子的复合与产生主要是通过复合中心或者产生中心来实现的，所以载流子的复合寿命或者产生寿命的长短也主要决定于复合中心或者产生中心的性质和数量。 由于注入或抽出的载流子一般是少数载流子，所以载流子的复合寿命或者产生寿命通常
光电导衰退测量少数载流子的寿命 一、 目的 本实验的目的是学会用高频光电导衰退法测量硅单晶中少数载流子的寿命。 半导体中少数载流子的寿命对双极型器件的电流增益、正向压降和开关速度等起着决定性作用。半导体太阳能电池的换能效率、半导体探测器的探测率和发光二极管的发光效率也和载流子的寿命有关。因此，半导体中少数载流子寿命的测量一直受到广泛的重视。 测量少数载流子寿命的方法很多，分别属于瞬态法和和稳态法两大类。瞬态法是由测量半导体样品从非平衡态向平衡态过渡过程的快慢来确定载流子寿命。例如：对均匀半导体材料有光电导衰退法，双脉冲法，相移法；对P-N 结二极管有反向恢复时间法，开路电压衰退法。稳态法是由测量半导体处在稳定的非平衡时的某些物理量来求得载流子的寿命。例如：扩散长度法，稳态光电导法，光磁效应法，表面光电压法等。近年来，许多文章介绍扫描电镜测量半导体的少数载流子扩散长度。在硅单晶的检验和器件工艺监测中应用最广泛的是光电导衰退法和表面光电压法，这两种测试方法已经被列入美国材料测试学会(ASTM)的标准方法。 光电导衰退法有直流光电导衰退法、高频光电导衰退法和微波光电导衰退法。其差别主要在于用直流、高频电流还是微波来提供检测样品中非平衡载流子的衰退过程的手段。直流法是标准方法，高频法在硅单晶质量检验中使用十分方便，而微波法则可以用于器件工艺线上测试晶片的工艺质量。 二、 原理 以光子能量略大于半导体禁带宽度的光照射样品，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，那么非平衡电子和空穴浓度相等，他们的寿命也就相同。如果所采用的光在半导体中的吸收系数比较小，而且非平衡载流子在样品表面复合掉的部分可以忽略，那么光激发的非平衡载流子在样品内可以看成是均匀分布。设t=0时停止照射，非平衡的电子和空穴将不断复合而逐渐减少。对于n 型半导体中任意一点，非平衡载流子流过体内复合中心消失的复合率是dt p d ??，它和非平衡载流子的浓度?p 成正比。即： p dt p d ?=??β (1) 在非平衡少数载流子浓度?p 比平衡载流子浓度n 0小得多时，(1)式中的β是一个常数。设t=0时，?p=?p(0)，由式(1)可得： )exp()0(t p p β??=? (2) 非平衡少数载流子的平均存在时间就是少数载流子寿命 ∫∫∞ ∞ ??=00p d p td p τ (3) 将(2)式代入(3)式中，得：βτ1 =p (4)
迁移率是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快，迁移率越大；运动得慢，迁移率小。同一种半导体材料中，载流子类型不同，迁移率不同，一般是电子的迁移率高于空穴。如室温下，轻参杂硅材料中，电子的迁移率为1350cm^2/（V S），而空穴的迁移率仅为480cm^2/(VS)。 迁移率主要影响到晶体管的两个性能： 一是载流子浓度一起决定半导体材料的电导率（电阻率的倒数）的大小。迁移率越大，电阻率越小，通过相同电流时，功耗越小，电流承载能力越大。由于电子的迁移率一般高于空穴的迁移率，因此，功率型MOSFET通常总是采用电子作为载流子的n沟道结构，而不采用空穴作为载流子的p沟道结构。 二是影响器件的工作频率。双极晶体管频率响应特性最主要的限制是少数载流子渡越基区的时间。迁移率越大，需要的渡越时间越短，晶体管的截止频率与基区材料的载流子迁移率成正比，因此提高载流子迁移率，可以降低功耗，提高器件的电流承载能力，同时，提高晶体管的开关形影速度。 什么是本征激发内部载流子运动有何特点什么叫复合 答：一般来说，共价键中的价电子不完全像绝缘体中价电子 所受束缚那样强，如果能从外界获得一定的能量(如光照、温升、电 磁场激发等)，一些价电子就可能挣脱共价键的束缚而成为自由电 子，这就是本征激发。 理论和实验表明：在常温(T=300K)下，硅共价键中的价电子 只要获得大于电离能Ec(=的能量便可激发成为自由电子。本征锗的 电离能更小，只有。 半导体中，当共价键中的一个价电子受激发挣脱原子核的束 缚成为自由电子的同时，在共价键中便留下了一个空位，称为“空 穴”。当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共 价键而填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在共价键中出现一
单晶硅非平衡少数载流子寿命测试文集1 来源：gzkdkj 发布时间：2008-9-3 广州市昆德科技有限公司编译 2008年6月1日 前言 硅载流子复合寿命的测量一直是国内外半导体行业十分重视的课题，我们列出ASTM、SEMI标准中三个涉及寿命测量的方法： 1、SEM1 MF28-02（2003年11月出版） Test Methods for Minority-Carrier Lifetime in Bulk Germanium and Silicon by Measurement of Photoconductivity Decay 光电导衰退测量锗和硅体少数载流子寿命的测量方法。 2、SEMI MI535-1104（2004年11月出版） Standand Test Method for Carrier Recombination Lifetime in Silicon wafers by Noncontact Measurement of Photoconductivity Decay by Microwave Reflectance 微波反射无接光电导衰退测量硅片载流子复合寿命测试方法。 3、ASTM Designation:F391-96 Standard Test Methods for Minority Carrier Diffusion Length in Extrinsic Semiconductors by Measurement of Steady-state Surface Photovoltage 用稳态表面光电压测量半导体中少数载流子扩散长度的标准方法。 第1个标准（MF28）是美国材料试验协会最早发佈的寿命测试标准，它针对体形规则表面经研磨的单晶计算出最大可测体寿命，这个标准阐述了测量锗、硅单晶体寿命的经典方法，并在近年来又做了一些重要补充和修订，但我国现有版本的译文是1987年根据ASTM 1981年重新审批的28-75文本翻译的，距今已有二十多年了。 第2个标准（M1535-1104），侧重阐述了表面复合速度对硅片寿命测量的影响，并给出减少表面复合影响的处理方法，是测准硅片寿命的重要文献，但至今尚未见到中译本。 1、2两个标准都是我国很多从事寿命测量的技术人员和领导深入了解寿命测量时很需要参考的重要资料，也是我们公司在研制寿命仪的过程中必须比较透彻了解的两个标准，因此，公司请王世进总工及单晶硅测试方面的老专家江瑞生老师对上述标准进行了翻译，现将译文及有关本公司寿命测量的资料汇编在一起，希望能对半导体行业的同仁们有所助益，也作为对中国有色金属工业标准计量质量研究所在银川组织召开，由西安隆基硅材料有限公司承办的《太阳能级单晶硅》国标讨论会的一个献礼。 广州市昆德科技有限公司 总经理王昕 副总经理勾秀君 2008年6月1日 目录
半导体非平衡少数载流子寿命的测量 余意 编写 实验教学目的： 1、学习常见半导体非平衡载流子产生的方式； 2、了解常用的非平衡载流子寿命测量的方法； 3、学习用高频光电导衰减法测量单晶硅的非平衡载流子寿命的原理步骤； 4、掌握LT-2型单晶少子寿命测试仪的工作原理、构造及其使用方法。 学生实验内容： 1、利用LT-2型单晶少子寿命测试仪测量单晶硅少数载流子寿命。 实验教学仪器： LT-2型单晶少子寿命测试仪，数字示波器，电线，单晶硅等。 实验教学课时： 4学时（其中讲授及演示1学时，学生实验及指导3学时） 实验教学方式： 理论讲授、指导学生实验，以指导为主，培养学生动手操作能力、独立思考能力和创新能力。 教学重点： 高频光导衰减法测量半导体少数载流子寿命的原理和实验操作步骤。 实验教学内容： 一、实验原理原理 1、非平衡载流子的概念及其产生 非简并半导体在热平衡条件下，温度和掺杂浓度一定时，多子与少子的浓度均具有确定的值。根据半导体物理学相关知识可知，热平衡下的半导体载流子浓度满足以下关系： 然而，所谓的热平衡时相对的，是有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡状态 想偏离的状态，成为非平衡态。此时，半导体内的载流子浓度也发生了变化，各自比原来多出了一部分，这种比平衡时多多出来的这部分成为非平衡载流子，也称为过剩载流子。常见产生非平衡载流子的方式是对半导体进行光照或者外接电压。两种方法产生非平衡载流子的方法分别称为光注入和电注入。对n 型半导体，n 称为多数载流子浓度，Δn 被称为非平衡多数载流子浓度；p 称为少数载流子浓度，Δp 被称为非平衡少数载流子浓度。对p 型半导体相反。 2、非平衡载流子的寿命 当外界产生非平衡载流子的条件撤去之后，由于所产生非平衡载流子经过与半导体内部异性载流子相复合而逐渐的减少，此过程是在一定时间内完成的，换句话说非平衡载流子在外加条件消失后具有一定长度的生存时间，而并不是立即消失。我们将非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的的寿命。显然，非平衡载流子的消失是由于电子-空穴复合引起的。通常把单位时间、单位体积内的净复合消失掉的电子-空穴对对数称为非平衡载流子的复合率。因而，单位时间内非平衡载流子浓度的减少应20000exp ,exp ,(1) c F F v c v i E E E E n N p N n p n kT kT --????=-=-= ? ?????
少数载流子寿命（Minority carriers life time）：（1）基本概念： 载流子寿命就是指非平衡载流子的寿命。而非平衡载流子一般也就是非平衡少数载流子（因为只有少数载流子才能注入到半导体内部、并积累起来，多数载流子即使注入进去后也就通过库仑作用而很快地消失了），所以非平衡载流子寿命也就是指非平衡少数载流子寿命，即少数载流子寿命。例如，对n型半导体，非平衡载流子寿命也就是指的是非平衡空穴的寿命。 对n型半导体，其中非平衡少数载流子——空穴的寿命τ，也就是空穴的平均生存时间，1/τ就是单位时间内空穴的复合几率，Δp/τ称为非平衡空穴的复合率 (即n型半导体中单位时间、单位体积内、净复合消失的电子-空穴对的数目)；非平衡载流子空穴的浓度随时间的变化率为dΔp /dt =－Δp /τp, 如果τp与Δp 无关, 则Δp 有指数衰减规律：Δp = (Δp) exp( -t/τp ) 。 实验表明, 在小注入条件 (Δp<
半导体器件中的载流子寿命及其控制原理 2011-01-21 17:42:18| 分类：微电子器件| 标签：|字号大中小订阅 （为什么少子寿命对器件的开关特性、导通特性和阻断特性有很大的影响？ 器件的开关特性、导通特性和阻断特性对于少子寿命长短的要求分别怎样？） Xie Meng-xian. (电子科大，成都市) 半导体中的非平衡载流子寿命是半导体的一个基本特性参数，它的长短将直接影响到依靠少数载流子来工作的半导体器件的性能，这种器件有双极型器件和p-n结光电子器件等。但是，对于在结构上包含有p-n结的单极型器件（例如MOSFET）也会受到载流子寿命的影响。 非平衡载流子寿命主要是指非平衡少数载流子的寿命。影响少子寿命的主要因素是半导体能带结构和非平衡载流子的复合机理；对于Si 、Ge、GaP等间接禁带半导体，一般决定寿命的主要因素是半导体中的杂质和缺陷。 对于少子寿命有明显依赖关系的电子器件特性，主要有双极型器件的开关特性、导通特性和阻断特性；对于光电池、光电探测器等之类光电子器件，与少子寿命直接有关的特性主要有光生电流、光生电动势等。 （1）少子寿命对半导体器件性能的影响： ①双极型器件的开关特性与少子寿命的关系： 双极型器件的开关特性在本质上可归结为p-n结的开关性能。 p-n结的开关时间主要是关断时间，而关断时间基本上就是导通时注入到扩散区中的少子电荷消失的过程时间（包括有存储时间和下降时间两个过程）。少子寿命越短，开关速度就越快。因此，为了提高器件的开关速度，就应该减短少子寿命。 ②器件的阻断特性与少子寿命的关系： 半导体器件在截止状态时的特性——阻断特性，实际上也就是p-n结在反向电压下反向漏电流大小的一种反映。因此，这里器件的阻断特性不单指双极型器件，而且也包括场效应器件在内。 p-n结的反向漏电流含有两个分量：一是两边扩散区的少子扩散电流，二是势垒区中复合中心的产生电流；这些电流都与少子寿命有关，载流子寿命越长，反向漏电流就越小，则器件的阻断特性也就越好。当载流子寿命减短到一定程度时，反向电流即大幅度地上升，就会产生反向电流不饱和的“软”的阻断特性。 一般，硅p-n结的反向漏电流主要是势垒区复合中心的产生电流，因此载流子的产生寿命将严重地影响到器件的阻断特性。所以注意工艺控制，减小杂质和缺陷的不良影响，对于提高器件的阻断特性至关重要。 总之，为了获得良好的器件阻断特性，要求器件应该具有较长的少数载流子寿命。为此，半导体的掺杂浓度不可太高，势垒区中的复合中心浓度要尽量减少。 ③器件的导通特性与少子寿命的关系： 半导体器件导通特性的好坏可以用它的导通电阻或者导通压降来表征；导通压降越低，器件的大电流性能就越好，器件的功率处理能力也就越强。对于双极型器件，从本质上来看，它的导通特性实际上可近似地归结为p-n结的正向导通特性；而对于双极型功率器件而言，其正向导通特性可归结为pin二极管的导通特性。 因为一般p-n结的正向电流主要是少子扩散电流，则少子寿命越短，少子的浓度梯度越大，正向电流就越大，于是在同样电流情况下的导通压降也就越低。所以少子寿命宜较短一些。
晶体硅少数载流子寿命测定 光电导衰减法 本方法仅限于浙江协成硅业有限公司使用 一、方法原理 在两端面为研磨表面并具有欧姆接触的单一导电性号的半导体单晶试样上通一直电流，用示波器观察试样上的电压降。对试样施一脉冲光，在试样中产生非平衡少数载流子，同时触发示波器扫描。从脉冲光停止起电压衰减的衰减常数可由示波器扫描测得。当试样中电导率调幅非常小时，所观察到的电压衰减等价于光生载流子的衰减，因此电压衰减的时间常数就等于非平衡少数载流子衰减的时间常数，少数载流子寿命即由该时间系数确定，用以下公式表示。必要时，应消除缺陷效应和对表面复合及过量电导率调幅进行修正。 △V=△V oexp(-t/てF ) 式中：△V ——光电导电压，单位为伏特（V）； △V o ——光电导电压的峰值或初始值，单位为伏特（V）； t ——时间，单位为微秒（μs）； てF ————表观寿命，单位为微秒（μs）。 二、测量步骤 1、高频光电导的使用 1.1、开机前检查电源开关、电源开关是否处于关断状态： “0”处于低位，“1”在高位——关闭状态 用随机配置的信号线连接。拧紧寿命仪背板的保险管帽，插好电源线。 1.2、打开寿命仪电源开关
即将电源开关“1”按下，此时“1”处于低位，“0”处于高位。开关指示灯亮。先在铂电极尖端点上两滴直来水，后将单晶放在电极上准备测量。 1.3开启脉冲官员开关 光脉冲发生器为双电源供电，先按下光源“1”，此时“1”在低位，“0”在高位，寿命仪内脉冲发生器开始工作。在顺时针方向拧响带开关电位器（光强调节），此时光强指示数字表在延时十秒左右（储能电容完成充电）数值上升。 测量数千欧姆·厘米的高阻单晶时，光强电压只要用到5V左右；测量数十欧姆·厘米的单晶可将电压加到10V左右。测量几欧姆·厘米的单晶可将电压加到15V左右。光强调节电位器顺时针方向旋转，脉动光源工作电压升高，光强增强，最高可调到20V，此时流经发光管的电流高达20A，因此不能在此条件下长期工作。 警告：特别要注意的是光强调节开关开启后，红外发光管已通入很大的脉冲电流，此时切勿再关或开电源开关，以免损坏昂贵的发光管。只要光强调节电位器逆时针旋转到关断状态（会听到响声）再关或开光源开关。 1.4寿命仪器电源开关在开启瞬间，由于机内储能电容﹑滤波电容均处于充电状态，是一个不稳定的过程，因此示波屏上会出现时间杂乱不稳的波形，待充电完成后示波屏上出现一条较细的水平线时，寿命仪才进入工作状态。因此使用前请开机预热2～3分钟。更换单晶测量时无需再开关仪器。 1.5批量测试时，如发现信号不佳时，请先考虑补充两个金属电极尖端的水滴，但注意水滴不能流入出光孔。
载流子的扩散运动 2010-03-09 09:19:17| 分类：微电子物理| 标签：|字号大中小订阅 (什么是扩散系数？什么是扩散长度？) 作者：Xie M. X. (UESTC，成都市) 扩散是粒子在混乱热运动（布朗运动）基础之上的、在浓度梯度驱动之下的一种定向运动。半导体中载流子的扩散与原子的扩散不同；少数载流子与多数载流子的扩散也不相同。 （1）载流子扩散与原子扩散的区别： 半导体中载流子的扩散与原子的扩散，都是依靠浓度梯度所产生的一种定向运动；扩散流密度与浓度梯度成正比，其比例系数就是扩散系数（表征着扩散的快慢，单位是cm2/s）。但是载流子扩散与原子扩散的机理不同。 载流子扩散是在不断遭受散射的情况下所产生的定向运动；而原子扩散是在晶体热缺陷的帮助下所产生的定向运动。一般来说，温度越高，载流子遭受晶格振动的散射就越厉害，则扩散越慢；只有在低温下，晶格振动散射不大时，扩散才是随着温度的升高而加快（因为载流子的动能增加所致）。 而对于原子的扩散，温度越高，晶体热缺陷就越多（有指数关系），则扩散就越快；在低温下，几乎不产生热缺陷，则扩散也就慢得几乎无法进行。在热扩散技术中，就是通过高温来进行掺杂的（掺入施主或者受主杂质原子）。 （2）少数载流子扩散： 半导体载流子的扩散，主要是发生在少数载流子一方，而多数载流子的扩散往往可以忽略。 因为半导体电中性的要求，只有少数载流子才能形成一定的浓度梯度，并且尽管少数载流子浓度很小，但是却可以产生很大的浓度梯度。并因此少数载流子的扩散运动可以导致出现很大的电流、热流等。BJT就是依靠少数载流子工作的器件，其工作电流可以达到数百安培；而依靠多数载流子工作的场效应晶体管（FET），其工作电流却不一定很大。 也是由于半导体电中性的要求，多数载流子一般难以形成浓度梯度。所以可以忽略多数载流子的扩散；但是多数载流子的漂移运动却很重要，因为在电场作用下所产生的漂移电流是与载流子浓度本身成正比的。 （3）非平衡少数载流子的扩散： 存在浓度梯度的少数载流子主要是非平衡少数载流子。虽然半导体由于电中性的要求，其中两种非平衡载流子的浓度及其梯度总是相等的（即Dn=Dp，d(Δn)/d(Δp)），但是可以从以下两个方面来说明，为什么非平衡少数载流子很重要，而非平衡多数载流子往往可以忽略。 ①浓度大小：非平衡少数载流子的浓度要远大于平衡少数载流子的浓度；而非平衡多数载流子浓度要远小于平衡多数载流子的浓度。 ②生存时间：非平衡载流子是不稳定的，将会复合消失，该消失过程的时间即为非平衡载流子的平均生存时间。少数载流子的生存时间也就是其寿命，可以比较长（决定于能带结构和复合机理）；而非平衡多数载流子的生存时间也就是其介电弛豫时间，一般都很短（约为10-14s，多数载流子浓度越大，该时间就越短）。 所以，非平衡载流子通常也就是指的少数载流子。并且载流子的扩散和寿命，也都是指的少数载流子的扩散和寿命。 （4）少数载流子扩散长度： 由于少数载流子存在一定的寿命，因此，少数载流子在扩散的过程中，必将一边扩散、一边复合，待走过一段距离后少数载流子也就完全消失了，这一段扩散运动的时间也就是其
洛阳中岳实业有限公司 硅单晶少数载流子寿命测试规定 1.范围和目的 1.1适用范围： 适用于本公司多晶拉制成单晶及磷检后单晶的测定 1.2目的： 1.2.1 通过对少数载流子的测定来断定多晶产品质量的好坏 1.2.2 通过测定对工艺生产进行指导 1.2.3寿命值可灵敏地反映单晶体重金属污染及缺陷存在的情况，是单晶质量的重要检测项目 2.引用标准： GB/T1553-1997 硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰法 3.测试原理： 高频源提供高频电流经测试样品，但红外脉冲光照射样品时，单晶体内产生非平衡光生载流子，使样品产生附加光电导，样品电阻下降，由于高频源为恒压输出，因此，流过样品的高频电流幅值，此时增加I，光照消失后，I便逐渐衰退，其衰退速度取决于光生非平衡载流子在晶体内存在的平均时间（寿命值）。I按指数衰减，在取样器上产生的电压变化V，也按同样指数衰减。此信号经经检波器调和和高频滤波，再经宽频放大后输入到脉冲示波器，在示波器上显示出一条指数衰减曲线，对照标准曲线，可读出样品少数载流子寿命。 4.仪器设备及测试指标 4.1 仪器 4.1.1 DSY-Ⅱ型单晶寿命测试仪 4.1.2 GOS-620型双轨迹示波器 4.2 测试指标 4.2.1 测试单晶电阻率下限：硅单晶：3-10欧·厘米 4.2.2 可测单晶寿命：10μS-5000μS 4.2.3 Φ25mm-Φ125mm L2 mm-50 mm 4.2.4 样品切面光滑，无刀痕，且经喷砂处理，表面干燥，无污染、变色。
5 测试步奏 5.1开机：打开寿命仪电源总开关，打开示波器电源开关，仪器预热10分钟 5.2 用棉签沾自来水涂抹测试电极，将测试样品喷砂面放上并使其与电极均匀接触。如样品太轻接触不好，可用重物压上样品。 5.3 打开红外光源开关，调节红外光源输出电压,调节示波器亮度选择合适的亮度，调节聚焦旋钮聚焦。 5.4 调节示波器上扫描时间，垂直衰减电压，波线位置，触发准位，触发模式旋钮，尽量使示波器上衰减曲线与标准曲线对照卡上的一致， 5.5 将标准曲线卡对上示波器上的衰减曲线，示波器上衰减曲线与标准曲线对照上X轴上相交，数出X轴上相交格数，乘上扫描时间旋钮所在档位。即为样品少数载流子寿命值。 5.6 所测寿命值与标准片寿命值的相对误差小于20%时设备正常。 5.7 将样品按上述（5.2-5.6）步奏测定。 5.8 测量完毕，调节红外光源电压至最小，关闭红外光源开关，关闭示波器电源，关闭寿命仪电源。 6 波形偏离的处理 6.1 如波形初始部分衰减较快，则用波形后部分测量，一般取下降到60%以后部分读数。 6.2 如波形头部出现平顶现象，说明信号太强，应减弱光强，消除波形平顶现象，在小信号下测量。 7.注意事项 7.1 在电极上涂自来水时，严禁将水滴入红外光照孔内，如不慎滴入，应关闭电源，用滤纸吸干后在开机。 7.2 红外光源不用时严禁打开 7.3 严禁在红外光源电压超过7V的情况下长时间测试样品。 7.4 测量时，应避免光照对样品的影响。 7.5 试样的光生伏特应小于光导信号的5% 7.6 应保证在小注入的条件下测量。 7.7 红外发光管价格昂贵，应尽快完成样品的测试，不用时，尽量关闭红外光源
半导体器件中的载流子寿命及其控制原理 微电子器件2011-01-21 17:42:18 阅读106 评论0 字号：大中小订阅 （为什么少子寿命对器件的开关特性、导通特性和阻断特性有很大的影响？ 器件的开关特性、导通特性和阻断特性对于少子寿命长短的要求分别怎样？） Xie Meng-xian. (电子科大，成都市) 半导体中的非平衡载流子寿命是半导体的一个基本特性参数，它的长短将直接影响到依靠少数载流子来工作的半导体器件的性能，这种器件有双极型器件和p-n结光电子器件等。但是，对于在结构上包含有p-n结的单极型器件（例如MOSFET）也会受到载流子寿命的影响。 非平衡载流子寿命主要是指非平衡少数载流子的寿命。影响少子寿命的主要因素是半导体能带结构和非平衡载流子的复合机理；对于Si 、Ge、GaP等间接禁带半导体，一般决定寿命的主要因素是半导体中的杂质和缺陷。 对于少子寿命有明显依赖关系的电子器件特性，主要有双极型器件的开关特性、导通特性和阻断特性；对于光电池、光电探测器等之类光电子器件，与少子寿命直接有关的特性主要有光生电流、光生电动势等。 （1）少子寿命对半导体器件性能的影响： ①双极型器件的开关特性与少子寿命的关系： 双极型器件的开关特性在本质上可归结为p-n结的开关性能。 p-n结的开关时间主要是关断时间，而关断时间基本上就是导通时注入到扩散区中的少子电荷消失的过程时间（包括有存储时间和下降时间两个过程）。少子寿命越短，开关速度就越快。因此，为了提高器件的开关速度，就应该减短少子寿命。 ②器件的阻断特性与少子寿命的关系： 半导体器件在截止状态时的特性——阻断特性，实际上也就是p-n结在反向电压下反向漏电流大小的一种反映。因此，这里器件的阻断特性不单指双极型器件，而且也包括场效应器件在内。 p-n结的反向漏电流含有两个分量：一是两边扩散区的少子扩散电流，二是势垒区中复合中心的产生电流；这些电流都与少子寿命有关，载流子寿命越长，反向漏电流就越小，则器件的阻断特性也就越好。当载流子寿命减短到一定程度时，反向电流即大幅度地上升，就会产生反向电流不饱和的“软”的阻断特性。 一般，硅p-n结的反向漏电流主要是势垒区复合中心的产生电流，因此载流子的产生寿命将严重地影响到器件的阻断特性。所以注意工艺控制，减小杂质和缺陷的不良影响，对于提高器件的阻断特性至关重要。 总之，为了获得良好的器件阻断特性，要求器件应该具有较长的少数载流子寿命。为此，半导体的掺杂浓度不可太高，势垒区中的复合中心浓度要尽量减少。 ③器件的导通特性与少子寿命的关系：