光载流子辐射测量的非线性初步分析

摘要

以硅晶为代表的半导体材料是电子器件和光伏器件的基础材料，材料的杂质缺陷特征影响器件性能，因此对表针材料的杂质缺陷特征的半导体电学特征参数，载流子输运参数的监测是非常重要的。现今，光学无损检测手段用于半导体材料的测量是半导体检测领域的热点和趋势。光载流子辐射测量技术（Photocarrier Radiometry,PCR）是一种全光、无损、动态调制的光学检测手段，可以实现半导体载流子输运参数（载流子寿命、扩散系数、表面复合速率等）的非接触测量。
　　实验结果表明，PCR信号同激励光强之间存在非线性效应，传统的PCR理论模型中并没有考虑这个情况，因此本文主要对光载流子辐射测量技术的非线性特征对载流子输运参数测量的影响进行初步分析。
　　本文首先围绕光载流子辐射信号非线性特征的相关物理机制进行展开，从半导体载流子产生复合过程，输运方程出发，理解载流子的运动行为，然后通过求解输运方程，阐述了载流子辐射信号相关表达式，最后根据普朗克辐射理论阐述了光载流子辐射信号与载流子浓度和半导体样品掺杂浓度的关系，给出了PCR强度响应非线性系数。
　　根据光载流子辐射信号的理论关系式进行了理论仿真。进行了与光载流子辐射信号相关参数的具体仿真。仿真过程中围绕载流子输运参数和PCR强度响应非线性系数展开，给出了非线性模型和传统线性模型的适用条件，并且分析了本文讲述的PCR非线性模型下反演载流子参数的影响。
　　搭建了利用透射光监测激励光强的光学实验平台，开展了光载流子辐射测量频率扫描和强度扫描实验。通过分析不同工艺不同电阻率样品的PCR强度响应非线性效应和载流子参数的具体反演结果，在实验上验证了PCR非线性和传统线性模型的适用情况。测量了不同电阻率样品的PCR强度响应和PCR频率响应，选取合适的拟合模型，得到了载流子输运参数，最后通过反演获得掺杂浓度测量样品的电阻率。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 半导体材料检测方法

1.3 光学检测技术研究进展

1.4 光载流子辐射测量研究进展

1.5 本文工作以及组织结构

第二章 光载流子辐射测量理论基础

2.1 引言

2.2 载流子的光激励和复合

2.3 载流子的输运过程

2.4 光载流子辐射信号

2.5 本章小节

第三章 光载流子辐射测量信号仿真

3.1 非线性特征

3.2 载流子输运参数对信号特征的影响

3.3 载流子输运参数的获取

3.4 本章小结

第四章 光载流子辐射测量技术实验结果分析

4.1 引言

4.2 实验系统

4.3 测量半导体材料的载流子输运参数

4.4 实验验证非线性和线性模型的适用范围

4.5 不同电阻率样品的输运参数

4.6 测量电阻率

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作

5.2 展望

致谢

参考文献