微波光电导载流子复合寿命测试仪

SPM900 系列少子寿命成像测试仪原理说明非平衡少数载流子少数载流子的寿命是半导体材料的一个重要参数，也是评价半导体质量的一个指标。例如在光伏电池中，少子寿命决定了少子扩散长度， 决定了光吸收层、内建电场区域的厚度设计等重要的器件参数；载流子寿命也可以反映器件中杂质或者缺陷的影响，抑或是存在污染， 进行失效分析，对工艺过程进行优化。载流子的复合在一定温度下，处于热平衡状态的半导体材料，电子- 空穴对的产生和复合保持一种动态平衡，载流子浓度是一定的。然而，外界的作用会破坏这种热平衡，使其处于与热平衡相偏离的状态，随之改变的是载流子的浓度， 多于平衡值的载流子就是非平衡载流子。非平衡少数载流子也称也称少子，通常对于半导体器件的性能起到决定性的作用。当外界作用撤掉后，处于非平衡态的载流子会通过复合而产生衰减，直到载流子浓度恢复到之前的热平衡状态。载流子的复合方式可以分为三类：SRH 复合、辐射复合及俄歇复合（直接和间接）。(a) SRH 复合； (b) 辐射复合； (c) 直接俄歇复合；（d）间接俄歇复合少子寿命测试少子寿命的测量通常包括非平衡载流子的注入和检测两个方面，*常用的注入方法是光注入和电注入。对于间接带隙的半导体，常使用电注入或者微波光电导衰减的方法进行少子寿命测试，间接带隙半导体一般寿命较长， 为毫秒量级。而对于GaAs 这类的直接间隙半导体，复合的能量几乎全部以发光的形式放出，发光效率高，寿命较短（典型的寿命在10-8-10-9s），通常使用时间分辨光致发光光谱（TRPL）的方法来进行测试。激光扫描少子寿命成像测量仪SPM900当外界作用停止以后，少子的浓度（ΔC）随时间t 增长呈指数衰减的规律。由以下方程可知，少子的寿命为当少子浓度衰减到初始浓度1/e 时候所经历的时间。在辐射复合中，发光的强度与少子的浓度相关，因此可以通过检测发光的寿命来获得少子的寿命信息。当在显微镜上加载少子寿命测试模块，就可以得到微区下半导体器件的少子寿命分布信息，这对于微小型器件的研究及质量控制十分重要。激光扫描少子寿命成像仪基于时间相关单光子计数进行设计，包含显微镜主体，激光光源，光子计数检测器，单色仪以及自动XY 样品台等部分。位于显微镜上的激光光源用于样品的激发，通过控制样品台的移动，可以进行微区单点少子寿命测量和少子寿命成像。少子寿命成像测试应用外延ZnS 薄膜半导体本征带- 浅杂质复合半导体中施主- 受主对复合深能级复合III-V 族载流子杂质俘获过程研究非辐射中心的电子弛豫及复合机制研究半导体外延片缺陷和杂质检测测试软件控制测试界面测试软件的界面遵循“All In One”的简洁设计思路，用户可在下图所示的控制界面中完成采集数据的所有步骤：包括控制样品平移台移动，通过显微镜的明场光学像定位到合适区域，框选扫描区域进行扫描，逐点获得荧光衰减曲线，实时生成荧光图像等。数据处理界面功能丰富的荧光寿命数据处理软件，充分挖掘用户数据中的宝贵信息。可自动对扫描获得的FLIM 数据，逐点进行多组分荧光寿命拟合（组分数小于等于4），对逐点拟合获得的荧光强度、荧光寿命等信息生成伪彩色图像显示。3D 显示功能少子寿命测试案例MicroLEDMicroLED 显示技术是指以自发光的微米量级的LED 为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED 阵列的显示技术， 在发光亮度、分辨率、对比度、稳定性、能量损耗等方面有很大优势，可以应用在AR/VR，可穿戴光电器件，柔性显示屏等领域。由于MicroLED 的尺寸在微米级别，因此需要在显微镜下进行检测。下图为使用少子寿命成像系统对直径为80 微米的MicroLED 微盘进行测试。单组分拟合，可以看到红圈中的污损位置，虽然影响发光强度，但对发光寿命没有影响钙钛矿测试钙钛矿属于直接带隙半导体材料，具有高光学吸收，高增益系数、高缺陷容忍度、带隙可调，制备成本低等优点，可以广泛应用在光子学与光电信息功能器件等领域，例如钙钛矿太阳能电池，钙钛矿量子点，钙钛矿LED 等材料的研究。对于钙钛矿中的载流子辐射复合的研究对于提供器件的光电转换性能有很大的帮助。以下示例为钙钛矿样品的少子辐射复合发光成像和寿命成像。图中可见此钙钛矿样品有两个寿命组分，且不同寿命组分的相对含量也可以从相对振幅成像图中很直观的看到。晶圆级大尺寸的少子寿命成像测试仪4、6、8 英寸晶圆样品测试，可在此基础上增加小行程电动位移台实现数百纳米至微米尺度的精细扫描显微尺度的少子寿命成像测试仪参数指标 系统性能指标：光谱扫描范围200-900nm*小时间分辨率16ps寿命测量范围500ps-1ms（具体视激光器而定）小尺寸空间分辨率≤ 1μm@100X 物镜@405nm 皮秒脉冲激光器大尺寸扫描可适用4 英寸、6 英寸、8 英寸样品配置参数：脉冲激光器375nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：30ps，平均功率1.5mW@50MHz405nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：25ps，平均功率2.5mW@50MHz450nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：50ps，平均功率1.9mW@50MHz488nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：70ps，平均功率1.3mW@50MHz510nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：75ps，平均功率1.1mW@50MHz635nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：65ps，平均功率4.3mW@50MHz660nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：60ps，平均功率1.9mW@50MHz670nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：40ps，平均功率0.8mW@50MHz其他皮秒或纳秒脉冲激光器具体视材料及激发波长而定科研级正置显微镜落射明暗场卤素灯照明，12V，100W5 孔物镜转盘，标配明场用物镜：10×，50×，100×监视CCD：高清彩色CMOS 摄像头，像元尺寸：3.6μm*3.6μm，有效像素：1280H*1024V，扫描方式：逐行，快门方式：电子快门小尺寸扫描用电动位移台高精度电动XY 样品台，行程：75*50mm（120*80mm 可选），*小步进：50nm，重复定位精度＜ 1μm大尺寸扫描用电动位移台XY 轴行程200mm/250mm，单向定位精度≤ 30μm，水平负载：30Kg；光谱仪320mm焦距影像校正单色仪，双入口、狭缝出口、CCD出口，配置三块68×68mm大面积光栅， 波长准确度：±0.1nm，波长重复性：±0.01nm，扫描步距：0.0025nm，焦面尺寸：30mm(w)×14mm(h)，狭缝缝宽：0.01-3mm 连续电动可调探测器：制冷型紫外可见光电倍增管，光谱范围：185-900nm（标配，可扩展）光谱CCD( 可扩展PL mapping）低噪音科学级光谱CCD（LDC-DD），芯片格式：2000x256，像元尺寸：15μm*15μm,探测面：30mm*3.8mm，背照式深耗尽芯片，低暗电流，*低制冷温度-60℃ @25℃环境温度，风冷，*高量子效率值95%时间相关单光子计数器(TCSPC）时间分辨率：16/32/64/128/256/512/1024ps… … 33.55μs，死时间＜ 10ns，*高65535 个直方图时间窗口，瞬时饱和计数率：100Mcps，支持稳态光谱测试；OmniFlμo-FM 寿命成像专用软件控制功能：控制样品平移台移动，通过显微镜的明场光学像定位到合适区域，框选扫描区域进行扫描，逐点获得发光衰减曲线，实时生成发光图像等数据处理功能：自动对扫描获得的寿命成像数据，逐点进行多组分发光寿命拟合( 组分数小于等于4），对逐点拟合获得的发光强度、发光寿命等信息生成伪彩色图像显示图像处理功能：直方图、色表、等高线、截线分析、3D 显示等操作电脑品牌操作电脑，Windows 10 操作系统

产品介绍▼MDPmap是一个紧凑的离线台式检测设备，主要被设计用于生产控制或研发、测量少子寿命、光电导率、电阻率和缺陷信息等参数。其工作状态为稳态或短脉冲激励下（μ-PCD）。MDPmap自动化的样品识别和参数设置可以使该仪器方便地适应各种不同的样品，包括从生长的晶圆到高达95%的金属化晶圆之间不同制备阶段的各种外延片和晶圆片。MDPmap主要优点是其高度的灵活性，它允许集成多达4个激光器，用于从超低注入到高注入的与注入水平相关的寿命测量，或者通过使用不同的激光波长提取深度信息。设备特点▼灵敏度：对外延工艺监控和不可见缺陷检测，具有可视化测试的较高分辨率测量速度：6英寸硅晶圆片，1mm分辨率 ，小于5分钟寿命测试范围: 20纳秒到几十毫秒沾污检测：源自坩埚和生长设备的金属(Fe)污染测量能力：从初始切割的晶圆片到所有工艺加工的样品灵活性：允许外部激光通过触发器，与探测模块耦合可靠性： 模块化和紧凑台式仪器，更高可靠性，正常运行时间 99%重现性： 99.5%电阻率：无需时常校准的电阻率面扫描Lifetime map of passivated multicrystalline siliconIron contamination map of multicrystalline siliconBor oxygen map of mono siliconTrap density map of mono silicon设备参数▼样品尺寸5mm—300mm（300mm为标配，可根据需求提升至450mm）寿命范围20ns到几毫秒电阻率0.2 - 103 Ohm cm电导类型p/n材质硅晶圆，外延层，部分或完全加工晶圆，化合物半导体等测量属性少数载流子寿命、光电导性激励源可选四种不同波长（355nm—1480nm），默认值为980nm大小680 x 380 x 450 mm, 重量: 65 kg电源100-250V，50/60 Hz, 5A

美国sinton少子寿命测试仪WCT-120，Suns-VocSinton instruments 少子寿命测试仪 硅片少子寿命测试系统 wct-120硅片少子寿命测试系统 美国Sinton WCT-120少子寿命测试仪器采用了独特的测量和分析技术，包括类似平稳状态photoconductance (QSSPC)测量方法。可灵敏地反映单晶体重金属污染及陷阱效应表面复合效应等缺陷情况。WCT一个高度被看待的研究和过程工具。QSSPC终身测量也产生含蓄的打开电路电压(对照明)曲线，与最后的I-V曲线是可比较的在一个太阳能电池过程的每个阶段。 美国Sinton WCT-120少子寿命测试仪器采用了独特的测量和分析技术，包括准稳定态光电导(QSSPC)测量方法。可灵敏地反映单、多晶硅片的重金属污染及陷阱效应,表面复合效应等缺陷情况。WCT在大于20%的超高效率太阳能电池(HIT,MWT,EWT,PREL,等等)的研发和生产过程中是一种被广泛选用的必备检测工具。这种QSSPC测量少子寿命的方法可以在电池生产的中间任意阶段得到一个类似光照IV曲线的开路电压曲线，可以结合最后的IV曲线对电池制作过程进行数据监控和参数优化。 主要应用：分布监控和优化制造工艺 其它应用： 检测原始硅片的性能 测试过程硅片的重金属污染状况 评价表面钝化和发射极扩散掺杂的好坏 用得到的类似IV的开压曲线来评价生产过程中由生产环节造成的漏电。 主要特点： 只要轻轻一点就能实现硅片的关键性能测试，包括表面电阻，少子寿命，陷阱密度，发射极饱和电流密度和隐含电压。少子寿命测试仪 硅片少子寿命测试系统 wct-120 常见问题：美国Sinton WCT-120与WT-2000测少子寿命的差异？WCT用的是Quasi-Steady-State Photoconductance（QSSPC）准稳态光电导衰减法，而WT2000是微波光电导衰减法。 WCT-120准稳态光电导法测少子寿命的原理？ WCT用的是Quasi-Steady-State Photoconductance（QSSPC准稳态光电导）准稳态光电导衰减法（QSSPC）和微波光电导衰减法（MWPCD）的比较？ QSSPC方法优越于其他测试寿命方法的一个重要之处在于它能够在大范围光强变化区间内对过剩载流子进行绝对测量，同时可以结合 SRH模型，得出各种复合寿命，如体内缺陷复合中心引起的少子复合寿命、表面复合速度等随着载流子浓度的变化关系。 MWPCD方法测试的信号是一个微分信号，而QSSPC方法能够测试少子寿命的真实值，MWPCD在加偏置光的情况下，结合理论计算可以得出少子寿命随着过剩载流子的变化曲线，而QSSPC直接就能够测得过剩载流子浓度，因此可以直接得出少子寿命与过剩载流子浓度的关系曲线，并且得到PN结的暗饱和电流密度；MWPCD由于使用的脉冲激光的光斑可以做到几个到十几个，甚至更小的尺寸，在照射过程中，只有这个尺寸范围的区域才会被激发产生光生载流子，也就是得到的结果是局域区域的差额寿命值，这对于寿命分布不均匀的样品来说，结果并不具备代表性。 少子寿命测试仪性能参数：1. 测量原理：QSSPC（准稳态光电导）； 2. 少子寿命测量范围：100 ns-10 ms；3. 测试模式：QSSPC，瞬态，寿命归一化分析；4. 电阻率测量范围：3–600 (undoped) Ohms/sq.；5. 注入范围：1013-1016cm-3；6. 感测器范围：直径40-mm；7. 测量样品规格：标准直径: 40–210 mm （或更小尺寸）；8. 硅片厚度范围：10–2000 μm；9. 外界环境温度：20°C–25°C；10. 功率要求：测试仪： 40 W ， 电脑控制器：200W ，光源：60W；11. 通用电源电压：100–240 VAC 50/60 Hz； 晶体硅硅片、规定以及工艺过程中lifetime测试技术晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法 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。应当注意的是，只有在小注入时非平衡载流子寿命才为常数，净复合率才可表示为－Δp/τp；并且在小注入下稳定状态的寿命才等于瞬态的寿命。 （2）决定寿命的有关因素： 不同半导体中影响少数载流子寿命长短的因素，主要是载流子的复合机理（直接复合、间接复合、表面复合、Auger复合等）及其相关的问题。对于Si、Ge等间接跃迁的半导体，因为导带底与价带顶不在Brillouin区的同一点，故导带电子与价带空穴的直接复合比较困难（需要有声子等的帮助才能实现——因为要满足载流子复合的动量守恒），则决定少数载流子寿命的主要因素是通过复合中心的间接复合过程。从而，半导体中有害杂质和缺陷所造成的复合中心（种类和数量）对于这些半导体少数载流子寿命的影响极大。所以，为了增长少数载流子寿命，就应该去除有害的杂质和缺陷；相反，若要减短少数载流子寿命，就可以加入一些能够产生复合中心的杂质或缺陷（例如掺入Au、Pt，或者采用高能粒子束轰击等）。对于GaAs等直接跃迁的半导体，因为导带底与价带顶都在Brillouin区的同一点，故决定少数载流子寿命的主要因素就是导带电子与价带空穴的直接复合过程。因此，这种半导体的少数载流子寿命一般都比较短。当然，有害的杂质和缺陷将有更进一步促进复合、减短寿命的作用。 （3）少数载流子寿命对半导体器件的影响： 对于主要是依靠少数载流子输运（扩散为主）来工作的双极型半导体器件，少数载流子寿命是一个直接影响到器件性能的重要参量。这时，常常采用的一个相关参量就是少数载流子扩散长度L（等于扩散系数与寿命之乘积的平方根），L即表征少数载流子一边扩散、一边复合所能够走过的平均距离。少数载流子寿命越长，扩散长度就越大。 对于BJT，为了保证少数载流子在基区的复合尽量少（以获得很大的电流放大系数），则必须把基区宽度缩短到少数载流子的扩散长度以下。因此，要求基区的少数载流子寿命越长越好。 　少子浓度主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。 简介：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。 少子是因电子脱离的原子,多子因电子加入而形成的原子. 少子寿命Life Time即少子形成到少子与多子结合的时间.