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北京恒奧德儀器儀表有限公司
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少子壽命測試儀說明書 KDK-LT-100C
少子壽命測試儀說明書 KDK-LT-100C
 
 
 
 
LT-100C數字式硅晶體少子壽命
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
北京恒奧德儀器儀表有限公司
 
01051658042/18911231089   周晗

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.       概述

1.1.          LT-100C高頻光電導少數載流子壽命測試儀是參照半導體設備和材料國際組織SEMI標準(MF28-0707、MF1535-0707)及國家標準GB/T1553-1997設計制造。本設備采用高頻光電導衰減測量方法,適用于硅、鍺單晶的少數載流子壽命測量,由于對樣塊體形無嚴格要求,因此廣泛應用于工廠的常規測量。壽命測量可靈敏地反映單晶體重金屬污染及缺陷存在的情況,是單晶質量的重要檢測項目。
目前我國測量硅單晶少子壽命的常用方法為高頻光電導衰退法(hfPCD)及微波反射光電導衰退法(μPCD),兩種方法均無需在樣品上制備電極,因此國外都稱為無接觸法。
dcPCD(直流光電導衰退法)是測量塊狀和棒狀單晶壽命的經典方法;μPCD法是后來發展的測量拋光硅片壽命的方法。這兩種方法對單晶表面的要求截然相反,dcPCD法要求表面為研磨面(用粒徑為5—12μm氧化鋁粉研磨,表面復合速度接近無限大,≈107㎝/s),這是很容易做到的;μPCD法則要求表面為完美的拋光鈍化面,要準確測量壽命為10μs的P型硅片表面復合速度至少要小于103㎝/秒,并需鈍化穩定,這是很難做到的。
hfPCD光電導衰退法介于兩者之間,它和dcPCD法一樣可以測量表面為研磨狀態的塊狀單晶體壽命,也可以測量表面為研磨或拋光的硅片壽命。特別要強調的是:無論用何種方法測量“表面復合速度很大而壽命又較高的”硅片(切割片、研磨片),由于表面復合的客觀存在,表觀壽命測量值肯定比體壽命值偏低,這是無容置疑的,但是生產實際中往往直接測量切割片或未經完善拋光鈍化的硅片,測量值偏低于體壽命的現象極為普遍,因此我們認為此時測出的壽命值只是一個相對參考值,它不是一個真實體壽命值,而是一個在特定條件下(體壽命接近或小于表面復合壽命時)可以反映這片壽命高,還是那片壽命更高的相對值。供需雙方必須有一些約定,如約定清洗條件、切割條件和測量條件,只有供需雙方經過摸索并達成共識,才能使這樣的壽命測量值有生產驗收的作用,否則測量值會是一個絲毫不能反映體壽命的表面復合壽命。
因此實際生產中我們主張盡量用高頻光電導衰退法測量硅塊、棒或錠的壽命,這樣壽命測量既準確又可以減少測試工作量。
1.2.          LT-100C型壽命儀是LT-1(基本型)的升級換代產品,在低阻硅單晶測量時,采用了全新理念,使信噪比提高了數十倍至數百倍,將硅單晶壽命測量下限從ρ>3Ω·cm,延伸到ρ≥0.3Ω•㎝,除能測量高阻單晶外亦可滿足太陽電池級硅片(裸片)的測試要求,儀器既可測量硅塊亦可測量硅片(硅片可放在托架上測量)。
1.2.1.    本儀器為了能直接讀取壽命值編寫了特殊的軟件存入數字存儲示波器,這些軟件依照少子壽命測量的基本原理編寫,同時采用了國際標準(MF28及MF1535)中推薦的幾種讀數方法。
1.2.2.    由于數字示波器具有存儲功能,應用平均采樣方式,平均次數可選4、16、32、64、128、256次,隨平均次數的增加隨機噪聲被減小,波形更穩定、清晰。
1.2.3.    數字示波器使用晶振做高穩定時鐘,有很高的測時精度;采用多位A/D轉換器使電壓幅度測量精度大大提高,因此提高了壽命測量精度。
1.3.          擴大了晶體少子壽命可測范圍,除配置了波長為1.07μm的紅外發光管外,增加配備了波長為0.904~0.905μm光強更強的紅外激光器,減小了光源的余輝,使晶體(研磨面)可測電阻率低至0.3Ω·cm,壽命可測下限延至0.25μs。
1.4.          制樣簡單,參照MF28,晶體測試面用粒徑為5~12μm氧化鋁粉或其它磨料研磨或切割即可,無需拋光鈍化。
LT-100C型壽命儀配有兩種光源電極臺,一種波長為1.07μm,適合于測量硅單晶塊或棒的體壽命;另一種波長為0.904~0.905μm,適合于測量切割或研磨太陽能硅片的相對壽命,與微波反射法測量條件相近,因此測量值也較接近。

2.       設備的組成及技術指標

本儀器的測量系統電路示意圖如圖1所示。
 
圖1  測量系統電路示意圖
儀器測量范圍:
少子壽命測量范圍:0.25μS~10ms;晶體樣品(研磨面)電阻率下限≥0.3Ω·cm,尚未發現電阻率測量上限。
型號:N型或P型單晶或鑄造多晶。
按國家標準對儀器設備的要求,本儀器設備配有:
2.1.    光脈沖發生裝置
重復頻率>15次/S      脈寬≥10μS         
紅外光源長波長:1.06~1.08μm       脈沖電流:5A~16A
紅外光源短波長:0.904~0.905μm     脈沖電流:5A~16A
2.2.    高頻源 
頻率:30MHZ       低輸出阻抗            輸出功率>1W
2.3.    放大器和檢波器
頻率響應:2HZ~2MHZ
放大倍數:30倍(約)
2.4.    配用示波器
配用裝有自動測量少子壽命(光電導衰退時間)軟件的專用數字示波器:模擬帶寬60MHz,最大實時采樣率1GSa/S,垂直靈敏度2mv-5v/div,掃描范圍:2.5ns—50s/div,平均次數:4~256,可自動測量波形參數,亦可用手動光標直讀壽命。
標準配置接口:USB Device,USBHost,RS232,支持U盤存儲和PictBridge打印(詳見示波器說明書)。
2.5.    儀器所配置的光源電極臺既可測縱向放置的單晶,亦可測量豎放單晶橫截面的壽命。配置增加了測量低阻樣片用的升降臺以及裝有特殊彈形電極的光源電極臺。
2.6.    測試范圍:電阻率ρ≥0.3Ω•㎝,壽命0.25~10000μs

3.       儀器的使用

 
 
 
 
 
圖2  儀器正視圖
 
3.1.    開機前檢查電源開關(圖2)是否處于關斷狀態:
“0”處于低位,“1”在高位——關態
在壽命儀信號輸出端和示波器通道2(CH2)之間,用隨機配置的信號線聯接。擰緊壽命儀背板的保險管帽,插好電源線。
3.2.    打開壽命儀電源開關
即將電源開關“1”按下,此時“1”處于低位,“0”在高位。開關指示燈亮。先在電極尖端點上兩滴自來水,后將單晶放在電極上準備測量。
3.3.    開啟脈沖光源開關
光脈沖發生器為雙電源供電,先按下光源開關“1”,此時“1”在低位,“0”在高
位,壽命儀內脈沖發生器開始工作。再順時針方向擰響帶開關電位器(光強調節),此時光強指示數字表在延時十秒左右(儲能電容完成充電)數值上升。
測量數千歐姆·厘米的高阻單晶時,光強電壓只要用到2—5V左右;測量數十歐姆·厘米的單晶可將電壓加到5—10V左右。測量幾歐姆·厘米的單晶可將電壓加到10—15V左右。光強調節電位器順時針方向旋轉,脈沖光源工作電壓升高,光強增強,最高不超過16V,此時流經發光管的電流高達16A,因此盡量不要在此條件下長期工作。
警告:特別要注意的是光強調節開關開啟后,紅外發光管已通入很大的脈沖電流,此時切勿再關或開光源開關,以免損壞昂貴的發光管。只有光強調節電位器逆時針旋轉到關斷狀態(會聽到響聲)再關或開光源開關。
3.4.    壽命儀電源開關在開啟瞬間,由于機內儲能電容、濾波電容均處于充電狀態,是一個不穩定的過程,因此示波屏上會出現短時間雜亂不穩的波形,待充電完成后示波屏上出現一條較細的水平線時,壽命儀才進入工作狀態。因此使用前請開機預熱2~3分鐘。更換單晶測量時無需再開關儀器。
3.5.    批量測試時,如發現信號不佳時,請先考慮補充兩個金屬電極尖端的水滴,但注意水滴不要流入出光孔。
3.6.    長期使用后,電極部份如氧化變黑,此時如加水也不能改善信號波形,請用裁紙刀或細砂紙去除發黑部份,并將擦下的黑灰用酒精棉簽擦凈。
3.7.    低阻單晶壽命測試臺的使用
低阻單晶是指電阻率ρ:0.3~1Ω•㎝ 的硅單晶,單晶表面可以是切割面或研磨面。對于≤0.3Ω•㎝的單晶片,如果光電導衰退信號太弱,表面需經化學拋光處理方可測量壽命。測量時操作程序如下:
3.7.1.    向上推開樣品蓋將切割片或化學拋光后的樣片(厚度0.1~50mm)放在樣片托架上再蓋好上蓋,拋光后樣品存放時間不宜太長,如需較長時間保存,請用碘酒鈍化(詳見樣品表面制備方法)。
3.7.2.    調節升降架的位置,使樣品離電極2cm左右擰緊升降架的鎖緊螺栓,旋轉粗調旋鈕使樣品下降,一當樣品接觸到電極上的水珠時,檢波電壓表上的數值會突然升高。
3.7.3.    繼續旋轉粗調旋鈕,同時觀察示波屏上是否出現指數衰減信號,一當出現信號,請減慢旋轉速度,直至出現明顯的光電導衰減波形,即停止旋轉,改用微調旋鈕,調節到最佳波形出現為止,一般情況下此時的檢波電壓處于最高值。
3.7.4.    在旋轉粗調旋鈕時,有時會出現低頻諧振點,此時指數波形衰減較慢,出現不合理的超長讀數,不可將此時的衰減時間當作壽命值。一般以出現指數衰減最快的波形時讀取的壽命值為準。
3.7.5.    所測壽命是出光孔上方光照區(直徑約3-4mm)部位的單晶壽命值,整個單晶樣品的壽命分布往往是不均勻的。因此本機亦可測單晶橫截面上的壽命分布。
3.7.6.    測量太陽能電池用線切割硅片(1~3Ω•㎝),可以使用0.904~0.905μm 波長光源,測出的壽命值是相對值,部分樣品壽命測量值會高于微波法,而接近拋光硅片的微波測量值,這是因為微波反射法受表面復合的影響大于高頻光電導法。

4.       壽命值的測試讀數方法

4.1.    少子壽命的基本概念
硅、鍺單晶是比較成熟完美的半導體材料,正常情況下,其晶體缺陷及有害雜質都很少。由于單晶生長設備使用不銹鋼、銅等金屬材料,一當生產工藝出現問題(如區熔爐線圈打火),晶體會受到雜質污染或形成不該有的缺陷。對硅、鍺單晶中的重金屬雜質污染,通過電阻率測量是不易覺察的,但壽命測量卻能非常靈敏地反映它們的存在,靈敏度遠遠超過其它測試方法(如等離子光譜、質譜、原子吸收譜等),因此壽命測試是檢驗單晶質量必不可少的項目。壽命值的大小直接影響器件的基本性能,如電流放大系數、開關速度等,而重金屬沾污會引起器件失效。
壽命的全稱是非平衡少數載流子壽命,它的含意是單晶在受到如光照或電觸發的情況下會在表面及體內產生新的(非平衡)載流子,一當外界作用撤除后,它們會通過單晶體內由重金屬雜質和缺陷形成的復合中心逐漸消失,雜質、缺陷愈多非平衡載流子消失得愈快,在復合過程中少數載流子起主導和決定的作用,這些非平衡少數載流子在單晶體內平均存在的時間就簡稱少子壽命。
非平衡少數載流子(簡稱少子)在撤除外界作用(如光照)后由于復合而逐漸消失,其數量的衰減過程,可通過微分方程求得如下結果:
△n(t)=△n(0) e-t/τ         (1)
其中△n(0)是開始時的非平衡少子濃度,由于復合,△n(t)隨時間而衰減。
τ反映了非平衡少子平均存在的時間,即我們要測量的壽命值。
4.2.    表面復合與體復合
半導體中同時存在著兩種載流子:電子和空穴,它們都屬于微觀粒子,可以用量子力學來描述其運動規律。首先電子和空穴的能量并非是可以連續分布,而是處于分隔的能級上,它們只能在這個能級或另一個能級,而不能在兩個能級之間的任意位置。例如電子的能量狀態可以在硅單晶的導帶、滿帶和禁帶中間的雜質(或缺陷)能級上,而不能處于禁帶中沒有能級存在的位置。下面以鍺和硅體內少數載流子壽命的標準測量方法(SEMI MF28-0707)“光電導衰減法”為例,闡明復合與壽命之間的關系。
對于塊狀單晶或厚度大于擴散長度的厚片,表面為研磨時,光照期間光子由表及里,在硅單晶的表面到一定深度的體內都將產生光生非平衡載流子(電子-空穴對):△n=△p,一當光照停止,這些非平衡載流子便通過單晶中的復合中心(重金屬雜質能級、晶體缺陷能級、表面復合能級)逐漸復合消失,
復合率=△n/τ或△p/τ            (2)
這個過程既發生在單晶體內也發生在表面,我們在示波屏上看到的衰減曲線,已是通過LT-100C壽命儀將非平衡載流子濃度的變化轉換為光電導電壓的變化:
△V=△V。e-t/τ                   (3)
曲線頭部是光照表面(研磨面)復合起主導作用,而我們要測量的是體壽命,因此在壽命測量時,根據MF28的要求,我們往往要去掉曲線頭部(高次模部分),從峰值的80%至40%開始觀測光電導電壓衰減1/e所需要的時間。
以上的討論均指在塊狀晶體中發生的復合現象,此時只有光照面起表面復合作用,晶體另一端非光照面由于光生少子擴散不到,因此不起加速復合的作用,但是如果晶片較箔,光生少子可以擴散到非光照面(研磨面)復合。此時就不能用簡單的甩掉曲線頭部的辦法來避開表面復合對測量體壽命的影響,此時晶片的表面復合壽命:
τSdiff  + τsp =L22D+L/2S
其中L—晶片厚度   D—少子擴散系數   Dn=33.5cm2/s   Dp=12.4 cm2/s
表觀壽命τF與體壽命τb,表面復合壽命τS的關系是:
   1/τF =1/τb +1/τS    
由于研磨面的表面復合速度是穩定的S=107cm/s,因此τS便于計算,在測出τF后,容易通過修正得到τb值;相反地拋光片的表面復合速度在0.25~105cm/s變化,且不穩定,因此τS難以估算,τb值也就無法確定。
由于高頻光電導衰退法的理論模型是建立在表面為研磨面的基礎上,因此制樣簡單,做修正計算也比較嚴謹、方便。
太陽能硅片大量生產后,出現了微波反射法測量少子壽命,微波反射法的理論模型是表面完美拋光,表面復合速度很小,要求表面復合壽命大于10倍體壽命,此時測出的表觀壽命將以10%的精度表征體壽命,但是在實際使用中,往往用切割片或未做拋光鈍化的晶片測量,因而在光電導衰退曲線中包含了很大成分的表面復合因素,為了適應實際測量的需要MF1535-0707中提出了幾種體和表面復合都存在時,根據取衰退曲線的不同部位而定義的壽命,如下圖所示:
 
反射微波功率衰退曲線和復合壽命的確定
體復合壽命(τb)—去除表面復合后,利用峰值電壓V0在45-5%范圍內的指數衰減部分計算的時間常數。
1/e壽命(τe)—將t1和t0之間的間隔時間計算為1/e壽命。
基模壽命(τ1)—將衰減曲線衰退到可以被認為是指數性的部位的時間常數(tB – tA)計為基模壽命τ1
τ1的另一種變通的計算方法是τ1= t2- t1,t2是衰退到峰值1/e2的時間,t1為峰值衰退到1/e的時間。
4.3.    讀數方法
我們綜合MF28和MF1535壽命的各種讀數方式,在數字示波器軟件中對光電導衰退曲線設置了以下六種不同部位取值的方式,供用戶選擇。
六種衰退比例均為1/e(e值取2.718)

序號
起止值

V(起)
V/e(止)
時間間隔所對應的壽命
1
100%V0
36.8%V0
τe(1/e壽命)
2
80%V0
29.4%V0
當存在陷阱效應時,再根據頭部表面復合的大小選擇此三檔測體壽命
3
70%V0
25.8%V0
4
60%V0
22.1%V0
5
50%V0
18.4%V0
基模壽命
6
40%V0
14.7%V0
體復合壽命
7
30%V0
11.0%V0
τe2(1/e2壽命)
按MF1535-0707的推薦,利用峰值電壓V0的45-5%范圍內的衰退曲線的指數部分計算時間常數,此常數為體復合壽命τb,因此一般情況下,建議用戶用第5種方式讀取體壽命值,但在測量大部分塊或棒狀單晶壽命時,表面復合的影響往往僅在頭部出現,而從80%V0至60%V0處開始觀測壽命時,已避開了表面復合引起的光電導衰退曲線高次模部分,亦可在較大的信噪比的情況下,讀得體壽命值,因此也可以使用。特別是在樣品中存在陷阱效應時,選擇低的V起點(如30%、40%)會測出虛假的高壽命,此時將衰減比例選在80%至60%有利于減少陷阱效應的干擾。

5.       數字示波器的使用

5.1.    將壽命儀主機信號線接入Y CH2高頻插座,按示波器頂蓋電源開關。
檢查   CUR SORS(光標)、 MEASURE(自動測量)、CH2、RUN/STOP
4個綠燈是否亮,如有缺亮的燈,請按相應按鍵。RUR/SOTP燈紅色時為停止,綠色方能運轉。
5.2.    數字示波器前面板部分操作:
5.2.1.    垂直系統 
垂直通道電壓靈敏度由CH2上方的大旋鈕控制,按一下,粗調(步進);再按一下為細調,注意網絡下方左邊的CH2/V的變化,此數代表每分格(8.9㎜)的電壓值,低阻單晶CH2/V后面數字常用在20、50、100mv/div檔,CH2下面的小旋調控制波形在顯示屏的上下位置,如在調節波形垂直大小時波形可能失顯,此時按一下垂直系統的小旋鈕歸零或調節level同步即可重新顯示。
5.2.2.    水平系統   ◄   ►
大旋鈕只有掃描速度的步進調節功能,設有細調功能。
(注:此旋鈕按一下出現兩條直線是限定波形被放大的部分,再按一下出現放大后的波形,再按一下則還原,完全是放大波形便于觀察細節,并無調節的實際功能)
大旋鈕調節掃描速度時,請注意屏幕網絡下方M= ×× μS,它表示每分格代表的掃描時間,一般選M值與單晶壽命相近,低阻單晶選M=10、25、50μS。
小旋鈕控制波形在屏幕上的左右位置,調節時請緩慢旋轉,調節掃描速度時波形也可能跳到屏幕顯示之外,此時按一下小旋鈕波形會回到顯示屏中間位置。
5.2.3.    同步系統
由于壽命儀信號線接入CH2,因此只能選CH2為觸發信源,不能選CH1或脈沖、視頻等。
 
 
 

觸發類型選:上升邊沿         Δ
 
 

觸發方式:自動或在波形不穩時選單次。
耦合設置:一般選交流或(在波形漂動時)選低頻抑制,特長壽命(>1ms)測量選“直流”。按LEVEI會有一條水平亮線出現,旋轉此按鈕時,亮線上下移動,當亮線移至波形要出現的位置,波形將穩定出現。
基本設置完成后關閉電源示波器將自動保存設置,下次開機即可直接使用,藍色AUTO為自動設置鍵,按一下變成了出廠設置,不是我們要用的,如無意按下,需按上述要求重新設置。 
5.3.    基本設置及使用方法
為了更快的掌握示波器的使用方法,現列出其基本設置、調試方法及注意事項,如下所示:
5.3.1.    首先打開示波器頂端的電源開關,選擇所使用的通道CH1或CH2,如選通道CH2,則按下相應的按鈕,選好后按鈕會發綠色的光,注意此時保證其它三個按鈕在未選中狀態, 其中右邊的兩個旋鈕為CH2的Volt/div旋鈕和垂直POSITON旋鈕,“S/div”為水平控制用于改變掃描時間刻度,以便在水平方向放大或縮小波形。
5.3.2.    選好通道以后進行基本參數設置,其中設置菜單均在屏幕右邊,并使用旁邊對應的五個藍色按鈕來選擇要設置的項,進入二級菜單時使用萬能旋鈕,通過旋轉使光標鎖定在所需項,這時按下萬能旋鈕來確定,再查看所選項是否正確,操作請按如下步驟:
①    如選用CH2時,耦合選交流、帶寬限制開啟、下一頁的反相關閉、數字濾波關閉,其它不需特別設置;
②    點擊TRIG MENU按鈕,屏幕右邊出現一列菜單其中類型選為邊沿、信源選所使用的通道如CH2、觸發方式為自動、斜率選第一項;
③    選擇DISPLAY按鈕,菜單中類型為矢量、持續關閉、格式為YT、屏幕選擇反相時其背景色為白色,如果要打印波形時建議選擇反相,這樣可以節省墨量,菜單顯示無限、界面方案可根據喜歡的顏色來選擇;
④    UTILITY設置,即設置打印方式,注:后USB口選為打印機,打印設置中的打印鈕設為打印圖像,其它可根據情況自行設定;
⑤    選擇ACQUIRE按鈕,其中獲取方式為平均值、平均次數有4-256六種選擇,建議一般情況下使用32次,數值越大波形越穩定測量值越精確,但次數越大波形達到穩定時間越長,需要等待幾秒鐘,Sinx/x開啟、采樣方式實時采樣;
⑥    選擇CURSORS光標模式自動測量,選用此測量方式可直接讀取壽命值,注:選用自動測量時S/div掃描速度不能太快,盡量使用小的掃描速度;也可在光標模式里選用手動測量,手動測量菜單里類型選擇時間、信源選使用的通道如CH2,通過調整光標CurA、CurB來調整取值范圍,兩條光標之間的部分就為所取壽命范圍,左上角的△T即為壽命值。
⑦    選好自動測量后點擊MEASURE,選擇菜單第一項CH2,在子菜單中選擇時間測量,此時基本設置已完成,調好波形后衰退時間直接在所選的時間測量菜單里顯示。
5.3.3.    調節波形:通過旋轉水平Volt/div及垂直 S/div旋鈕來調節波形的大小,其中Volt/div分為粗調和細調,當需要微調時按一下旋鈕則變為細調狀態,恢復粗調再按一下即可,當信號波形閃爍不穩定時可調LEVEL(同步)來改善波形,按下同步旋鈕屏幕最左邊的2→(CH2信號)將和T→(LEVEL標志)重合,此時旋轉LEVEL使其T→白線位于波形范圍內;
5.3.4.    注:調整波形時請不要將波形放的過大,使完整波形在屏幕可顯示范圍內,如圖所示,并使波形盡量靠左顯示;下圖界面為自動測量,其衰退時間1.56μS和262.0μS即為所測到的壽命值;
  
5.3.5.    連接打印機:USB數據線方形口一端連在示波器后面的USB Device接口,另一端連在打印機左前方的PictBridge接口處,如連接成功示波器將提示已準備好,此時關閉示波器重新啟動使其生效,打印機設置成功后,在以后的測量完成后直接點擊PRINT按鈕即可打印波形及壽命值,注:打印設置好并開啟打印機后,如再重新設置示波器里的打印設置項,則需重新啟動打印機及示波器,方使其生效。如上圖所示,在此測量界面可打印出衰減波形及衰退時間。
5.4.    壽命測量
5.4.1.    數字示波器發運前已選好有關設置,只要設置好的條件沒有改變,測量單晶壽命非常方便。
一般都使用自動測量,少數時候可以用手動,單晶放在樣品電極臺上(記得加自來水),只要CH2、CURSORS、MEASURE、RUN/STOP亮綠燈、垂直放大、水平掃描和同步旋鈕調在合適位置。顯示屏右上角“衰退時間”下面的數字即為壽命值,測量同一批產品,幾乎無需調節。
我們選擇的壽命值是取在光電導電壓V0,從40%衰減到1/e,即14.7%之間的時間段。
只要按衰退時間鍵,屏幕上的兩條垂直亮線即形象地表達出壽命讀數是取波形上的那一部分。
5.4.2.    數字示波器可以取信號的疊加平均值,顯著降低噪聲,提升波形的質量,平均次數愈多波形和讀數愈穩定,但只要波形穩定,為了提高測量速度一般選在32次即可。按功能鍵“采樣ACQUIRE”即可選獲取方式為平均,同時選擇平均次數、按測量鍵(MEASURE)采集燈自動熄滅。
5.4.3.    使用數字式壽命儀我們會發現,影響壽命測量值的諸多因素:樣品表面狀態、波長、光強、采集次數、波形在屏幕上的左右位置、衰退曲線的讀數部位都會對壽命值有影響,因此在驗收產品時供需雙方要互相溝通,模索出較好的測量條件,以便達成共識。
LT-1C壽命儀在測量條件方面,給用戶留下較多的選擇空間,也歡迎用戶在使用中提出寶貴建議。

6.       壽命測量準確度的校核方法

研磨表面下的壽命測量有如下特點:
研磨面表面復合速度甚大,達到107cm/s,載流子表面復合達到飽和速度,如果選取壽命值τB很高τB≥500μs的硅單晶,切取不同厚度的箔片,此時樣片的表觀壽命可以通過(5)式計算出來,在τB很大,τS很小時:
1/τ=1/τB + 1/τS≈1/τS              (6)
因此
τ≈τS = L22D + L/2S
這里,D=少數載流子擴散系數,以cm2/s做單位
L=片厚,用cm做單位,S=表面復合速度,單位是cm/s。在研磨面表面復合速度S≈107cm/s的情況下,而樣品厚度又很小時,L/2S 項可以被忽略,因此
τF≈τS≈L22D              (7)
在N型樣片兩面均為研磨面的情況下,并假設τB =∞時,不同厚度的樣片理論計算出的表現壽命值如下表:
樣品厚度mm
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
表觀壽命μS
3.27
13.1
20.4
29.4
40
52.3
81.7
計算中少子(空穴)擴散系數選用D=12.4cm2/S。體壽命τB視為無窮大,實際上硅單晶壽命不可能無窮大,因此實測值經常低于理論值。如已知單晶的體壽命,τF理論值可通過(6)式修正,修正值將與實測τF值更接近。
如果我們建立一套從理論上可計算出的表觀壽命樣片就可以檢測儀器測量的準確度和重復性,因此也有人稱這種樣片為校核片或標準片。

7.       儀器結構及維修

7.1.    整機結構
打開上蓋后,面對儀器底板,鋁合金機箱內左邊是脈沖電流源及相應的穩壓電源;右邊是放大器及相應的穩壓電源;中間的前部份安裝了可以承重的不銹鋼托架,放置單晶測試臺;中間的后部安放了高頻源及檢波盒;機箱底板的后邊左右角上分別安裝了電源變壓器及供高頻源用的穩壓電源。儀器機箱上蓋上方安裝有立柱,低阻單晶測試臺以及光源電極臺,只有卸掉這些部件才能打開上蓋。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7.2.    拆卸維修
所有的拆卸都必須在拔掉~220V電源插頭,并卸掉單晶測試臺、立柱及立柱座,然后拆掉上蓋后才能進行。
高頻源:打開貼有高頻源標簽的上蓋(卸下6粒M3沉頭十字螺絲),在屏蔽隔內有4粒靠邊的螺絲,卸掉它們即可提起高頻源,擰掉右下角的大高頻插頭和檢波盒上的兩個小高頻插頭即可將高頻源從整機內取出。
放大器:首先卸掉所有的連接插頭,再擰下安裝數字表穩壓源的兩個不銹鋼角架上的4粒螺絲,即可將數字表穩壓源連著角架一起提出。再卸掉4個長螺絲捍即可取出下層的放大器。
脈沖光源:拆卸方法與放大器相同。
用戶在儀器使用中出現問題,可作以下簡單維修:
電源開關開后指示燈不亮并且變壓器原邊沒有~220V輸入,請檢查背板上的保險管(1A)是否熔斷。
高源頻無30MHz輸出,請檢查高頻源穩壓源上的保險管(1.25A)。
示波屏上信號曲線變得太粗,以至無法讀數,請旋轉高頻源上的3個半可調電容(請用高頻無感螺絲刀或尼龍螺絲刀)。
通過簡便維修無法解決故障時,請將整機送中鐵快運,發至本公司負責維修。

8.       整機體積、重量、電源

主機外形尺寸:W470×D365×H155
總重量:16.5Kg
電源:~220V  50Hz    功耗<50W
                                           
 
 
 
 
                                        北京恒奧德儀器儀表有限公司

附錄

表一:N型硅切割片、研磨片表面復合壽命(τs)與晶片厚度(L)的關系
      厚度:0.101.00mm           壽命單位:μs
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
0.10
0.82
0.56
25.63
0.11
0.99
0.57
26.55
0.12
1.18
0.58
27.49
0.13
1.38
0.59
28.45
0.14
1.60
0.60
29.42
0.15
1.84
0.61
30.41
0.16
2.09
0.62
31.41
0.17
2.36
0.63
32.43
0.18
2.65
0.64
33.47
0.19
2.95
0.65
34.53
0.20
3.27
0.66
35.60
0.21
3.60
0.67
36.68
0.22
3.96
0.68
37.79
0.23
4.32
0.69
38.91
0.24
4.71
0.70
40.04
0.25
5.11
0.71
41.19
0.26
5.52
0.72
42.36
0.27
5.96
0.73
43.55
0.28
6.41
0.74
44.75
0.29
6.87
0.75
45.97
0.30
7.35
0.76
47.20
0.31
7.85
0.77
48.45
0.32
8.37
0.78
49.72
0.33
8.90
0.79
51.00
0.34
9.45
0.80
52.30
0.35
10.01
0.81
53.62
0.36
10.59
0.82
54.95
0.37
11.19
0.83
56.30
0.38
11.80
0.84
57.66
0.39
12.43
0.85
59.04
0.40
13.08
0.86
60.44
0.41
13.74
0.87
61.85
0.42
14.42
0.88
63.28
0.43
15.11
0.89
64.73
0.44
15.82
0.90
66.19
0.45
16.55
0.91
67.67
0.46
17.29
0.92
69.17
0.47
18.05
0.93
70.68
0.48
18.83
0.94
72.21
0.49
19.62
0.95
73.75
0.50
20.43
0.96
75.31
0.51
21.26
0.97
76.89
0.52
22.10
0.98
78.48
0.53
22.95
0.99
80.09
0.54
23.83
1.00
81.72
0.55
24.72
 
 

厚度:1.05.0mm
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
1.0
81.72
3.1
785.32
1.1
98.88
3.2
836.81
1.2
117.68
3.3
889.92
1.3
138.11
3.4
944.68
1.4
160.17
3.5
1001.06
1.5
183.87
3.6
1059.08
1.6
209.20
3.7
1118.74
1.7
236.17
3.8
1180.03
1.8
264.77
3.9
1242.95
1.9
295.01
4.0
1307.51
2.0
326.88
4.1
1373.70
2.1
360.38
4.2
1441.53
2.2
395.52
4.3
1510.99
2.3
432.30
4.4
1582.09
2.4
470.70
4.5
1654.82
2.5
510.75
4.6
1729.18
2.6
552.42
4.7
1805.18
2.7
595.73
4.8
1882.81
2.8
640.68
4.9
1962.08
2.9
687.26
5.0
2042.98
3.0
735.47
 
 
厚度:5.010.0mm
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
5.0
2042.98
8.0
5230.04
6.0
2941.90
9.0
6619.27
7.0
4004.25
10.0
8171.94
 
 
 
 

表二:P型硅切割片、研磨片表面復合壽命(τs)與晶片厚度(L)的關系
厚度:0.101.00mm           壽命單位:μs
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
0.10
0.30
0.56
9.49
0.11
0.37
0.57
9.83
0.12
0.44
0.58
10.18
0.13
0.51
0.59
10.53
0.14
0.59
0.60
10.89
0.15
0.68
0.61
11.25
0.16
0.77
0.62
11.63
0.17
0.87
0.63
12.01
0.18
0.98
0.64
12.39
0.19
1.09
0.65
12.78
0.20
1.21
0.66
13.18
0.21
1.33
0.67
13.58
0.22
1.46
0.68
13.99
0.23
1.60
0.69
14.40
0.24
1.74
0.70
14.82
0.25
1.89
0.71
15.25
0.26
2.04
0.72
15.68
0.27
2.21
0.73
16.12
0.28
2.37
0.74
16.56
0.29
2.54
0.75
17.01
0.30
2.72
0.76
17.47
0.31
2.91
0.77
17.93
0.32
3.10
0.78
18.40
0.33
3.29
0.79
18.88
0.34
3.50
0.80
19.36
0.35
3.71
0.81
19.85
0.36
3.92
0.82
20.34
0.37
4.14
0.83
20.84
0.38
4.37
0.84
21.34
0.39
4.60
0.85
21.85
0.40
4.84
0.86
22.37
0.41
5.08
0.87
22.89
0.42
5.34
0.88
23.42
0.43
5.59
0.89
23.96
0.44
5.86
0.90
24.50
0.45
6.13
0.91
25.05
0.46
6.40
0.92
25.60
0.47
6.68
0.93
26.16
0.48
6.97
0.94
26.73
0.49
7.26
0.95
27.30
0.50
7.56
0.96
27.88
0.51
7.87
0.97
28.46
0.52
8.18
0.98
29.05
0.53
8.50
0.99
29.65
0.54
8.82
1.00
30.25
0.55
9.15
 
 

厚度:1.05.0mm
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
1.0
30.25
3.1
290.67
1.1
36.60
3.2
309.73
1.2
43.56
3.3
329.39
1.3
51.12
3.4
349.65
1.4
59.28
3.5
370.52
1.5
68.06
3.6
392.00
1.6
77.43
3.7
414.08
1.7
87.41
3.8
436.77
1.8
98.00
3.9
460.06
1.9
109.19
4.0
483.95
2.0
120.99
4.1
508.45
2.1
133.39
4.2
533.56
2.2
146.40
4.3
559.27
2.3
160.01
4.4
585.58
2.4
174.22
4.5
612.50
2.5
189.04
4.6
640.03
2.6
204.47
4.7
668.15
2.7
220.50
4.8
696.89
2.8
237.14
4.9
726.23
2.9
254.38
5.0
756.17
3.0
272.22
 
 
厚度:5.010.0mm
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
厚度(mm)
表面復合壽命(τs)
5.0
756.17
8.0
1935.80
6.0
1088.89
9.0
2450.00
7.0
1482.10
10.0
3024.69
備注:此表依據SEMI MF1535-0707表面復合壽命的近似關系式:
 
 
 
其中: D =少數載流子擴散系數,單位為cm2/s
L =片厚,單位為cm
S =表面復合速度,單位為cm2/s
P型單晶:少子(電子)擴散系數Dn=33.5cm2/s
N型單晶:少子(空穴)擴散系數Dp=12.4cm2/s

表三:表面復合時間τsp與表面復合速度S的關系表
表面復合時間τsp(μs)
     L
  S
0.1
0.18
0.2
0.3
0.4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
107
0.0005
0.0009
0.001
0.0015
0.002
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
106
0.005
0.009
0.01
0.015
0.02
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
105
0.05
0.09
0.1
0.15
0.2
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
104
0.5
0.9
1
1.5
2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
103
5
9
10
15
20
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
102
50
90
100
150
200
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
10
500
900
1000
1500
2000
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
1
5000
9000
10000
15000
20000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
500000
備注:此表依據SEMI MF1535-0707表面復合壽命的近似關系式:
 
 
其中:
 
D =少數載流子擴散系數,單位為cm2/s
L =片厚,單位為cm
S =表面復合速度,單位為cm2/s
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