半导体器件DLTS测试评价系统研究

摘要

本论文采用虚拟仪器技术构建了一个基于LabVIEW平台的针对半导体中深能级缺陷进行DLTS测试的系统。本系统可利用计算机软件模拟生成半导体深能级缺陷中心,也可利用LabVIEW平台实现对半导体深能级的瞬态变化信号进行采集、处理与分析并且与实验数据进行对比。基于虚拟仪器技术开发出的测试系统具有界面友好、功能多样、操作简单、可靠性高等特点。因此,通过本系统可以模拟特定测试条件对半导体参数进行预调试,改善传统测量精度对硬件的依赖性,实时性好,测量精度高,对于产品研发具有一定的实用价值。围绕上述内容主要完成了以下工作:
　　 1.研究了深能级瞬态谱(DLXS)的测量方法,在传统的DLTS测试系统基础上,改进并提出了一套基于LabVIEW平台的评估半导体器件的DLTS系统构建方案。论文给出了系统搭建的基本原理,它由样品台(包括温度控制器)、电容测试仪、双脉冲发生器、数据采集设备及虚拟仪器平台等部分组成。
　　 2.利用LabVIEW平台搭建了基于虚拟仪器技术的数据采集系统,该系统能采集仿真信号和现实物理信号,适用于采集瞬态电容或电流,为DLTS测试评估系统提供了基础。同时利用PCI-6259采集卡的计数／定时器实现了虚拟脉冲发生器,能实现100ns～50ms间带宽,基本满足测试系统的要求。
　　 3.分析了锁相放大器的数学模型,用LabVIEW实现虚拟锁相放大器替代了传统硬件锁相放大器,实现了对瞬态电容信号的提取,为后续的数据处理与分析创造有利条件。
　　 4.论文对单脉冲Boxcar技术、双脉冲Boxcar技术、Lock-in(锁相放大器)技术、I-DLTS(电流DLTS)技术及DLTFS(傅里叶变换)五个常用的DLTS技术进行了详细分析并用LabVIEW平台进行仿真,得出五种技术的指标及适用范围。
　　 5.通过系统仿真分析了测试系统的性能参数,包括载流子发射速率、激活能以及陷阱中心的浓度分布和其对自由载流子的俘获速率等主要参数之间的关系。此外,还对具体的I-DLTS测试数据进行了分析,详细介绍了陷阱浓度、激活能及Arrhenius曲线等参数获得的过程。
　　 与传统测试系统相比,基于虚拟仪器技术构建的系统,功能更强大、系统更加紧凑、测试更灵活；操作配置简便,易于维护,其扩展性更好。系统可以充分利用计算机的软件硬件功能,可以更加方便地搭建测试系统以将其扩展到其它半导体材料范围进行测量,从而更好的满足半导体测量的多种要求。