WT2000少子寿命测试仪原理介绍
设备外观
主要功能
•少子寿命测量（微波光电导衰减法）•光诱导电流测量
•光反射率测量
•方块电阻测量（表面光电压法）
•体电阻率测量（涡流法）
备注：所有测量均采用无接触方式进行。
1. 少子寿命测量原理
采用微波光电导衰减（μPCD —microwave photoconductivity decay ）法，对硅片的少子寿命进行快速、无接触、无损伤测量。具体地说，是使用波长为904nm的激光激发硅片（对于硅，注入深度大约为30um）产生电子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映少数载流子数量的衰减趋势，通过微波探测硅片电导率随时间的变化就可以得到少数载流子的寿命。
图1
激光激发载流子测量原理图
图2 微波探测电阻率
图3 WT2000 集成式测试探头的结构
性能指标
z测试材料: 硅、锗等
z样片电阻率范围: 0.1 －1000Ω·cm
z激光波长: 904nm
z光斑直径: 1mm
z少子寿命测试范围: 0.1μs －30ms
z扫描步长: 0.5，1，2，4，8，16mm z测试分辨率: 0.1%
z测试时间: 30ms/数据点
z可进行单点或连续扫描(mapping)测试
测量结果
对样品的要求
图4不同表面复合速率下体寿命和测试寿命的关系
由上图可知，在样品厚度一定的情况下，即扩散寿命一定，如果表面复合速率很大，则在测试高体寿命样品时，测量值与实际的体寿命值的偏差会很大；而对于低体寿命的样品，这种偏差会降低很多。
因此我们需对样品表面进行钝化，以降低样品的表面复合速率。从图4我们可以看到，对于表面复合速率S 为1cm/s，或10cm/s 的样品，即使在1000μs 数量级的体寿命，测试寿命还是与体寿命偏差很小。因此，为了获得样品真实的体寿命值，最好对样品表面进行钝化处理。
样品表面钝化的方法
(1) 在样品表面上沉积一层固定电荷，以消除表面复合。
(2) 热氧化法。在硅片表面形成一层SiO2钝化层，该方法的钝化效果最好。
(3) 化学钝化法。在化学钝化之前，需要对样品进行预处理，以减少表面损伤层的影响。
¾对于抛光过或表面被均匀地腐蚀过而且表面没有氧化层的样片, 无需预处理。
¾对于抛光过或表面被均匀地腐蚀过但表面有氧化层的样片，需要HF酸预处理。
¾对于表面有损伤，或表面粗糙的样片（太阳能级样品大
+ 5% HF）预处理。
都属此类），需要用（95%HNO
3
化学钝化的步骤：
第1步：准备好碘酒，塑料袋和吸管。
第2步：将样品放入塑料袋中。
第3步：将配好的碘酒均匀的涂在硅片的正反面。
第4步：驱赶出袋中的气泡并封好袋口。之后，便可以放入测试台进行测量。
备注：不要将碘酒滴在样片表面直接测试，因碘酒易挥发到探头上，从而影响探头的信号。
2. 光诱导电流测量原理
采用4个波长分别为407nm、662nm、852nm和973nm、光斑直径为100μm的激光器照射样品，通过测量光照条件下电池的短路电流（诱导电流）及表面反射率可得到对应不同波长的电池内量子效率；通过选用2个以上激光器的测量数据，由软件计算出少子扩散长度，即通过测量短路电流（诱导电流）和表面反射率随激发光波长的变化可以得到少子扩散长度。
图6 LBIC测量原理图7 LBIC测量探头的结构为测量电池的短路电流，样品的背面用金属台面连接，正面有个金属探针与主电极接触。电池片的反射包括直反射和漫反射，漫反射信号由椭球形镜面收集，由硅探测器测量，由两者计算出表面反射率。
已知光通量Φ
由上式可知，通过画
图8 穿透深度与波长的关系
图9 LBIC测量所使用的激光器的穿透深度
性能指标
z扫描区域：最大210×210 mm
z测试电流范围：1 uA–1 mA
z光源波长：407，662，852，973 nm
z光斑直径：100μm
z扫描步长: 0.25，0.5，1，2，4，8，16mm z扫描速度: 50 points/s
z可进行单点或连续扫描(mapping)测试
测量结果LBIC电流
LBIC电流
LBIC电流
LBIC电流
反射率
反射率
反射率
反射率
IQE
IQE
IQE
IQE
扩散长度
3. 方块电阻测量原理
方块电阻（SHR）测量使用表面光电压法对具有pn 或np结构表层的方块电阻进行无接触测量。其测试原理如下：SHR探头中心有一个LED光源，在光源窗口旁边有一个环形电容；光注入产生电子空穴对，pn或np结的内建电场将电子和空穴分离，从而在光激发位置产生表面势，该表面势的大小沿横向方向会有一定的衰减，而衰减的快慢恰恰反映了表层方块电阻的大小。仪器正是通过测量环形电容内外电极上的电势差间接得到材料的方块电阻。为了进行连续扫描测量，光源被调制成一定频率的交变光。
图10 光电压法测量扩散片表层SHR的原理图
性能指标
z可测试样品：np或pn结构
z测试范围：10 Ω/sq 到1000Ω/sq
z测试精度：< 3%
z测试重复性：< 1%
z扫描速度：<1.5min（8inch硅片，8mm分辨率）z可进行单点或连续扫描(mapping)测试
