LT-100C數(shù)字式硅晶體少子壽命

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

北京恒奧德儀器儀表有限公司

 

附錄. 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.          LT-100C高頻光電導(dǎo)少數(shù)載流子壽命測(cè)試儀是參照半導(dǎo)體設(shè)備和材料國(guó)際組織SEMI標(biāo)準(zhǔn)（MF28-0707、MF1535-0707）及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1553-1997設(shè)計(jì)制造。本設(shè)備采用高頻光電導(dǎo)衰減測(cè)量方法，適用于硅、鍺單晶的少數(shù)載流子壽命測(cè)量，由于對(duì)樣塊體形無(wú)嚴(yán)格要求，因此廣泛應(yīng)用于工廠(chǎng)的常規(guī)測(cè)量。壽命測(cè)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(zhì)量的重要檢測(cè)項(xiàng)目。

目前我國(guó)測(cè)量硅單晶少子壽命的常用方法為高頻光電導(dǎo)衰退法（hfPCD）及微波反射光電導(dǎo)衰退法（μPCD），兩種方法均無(wú)需在樣品上制備電極，因此國(guó)外都稱(chēng)為無(wú)接觸法。

dcPCD（直流光電導(dǎo)衰退法）是測(cè)量塊狀和棒狀單晶壽命的經(jīng)典方法；μPCD法是后來(lái)發(fā)展的測(cè)量拋光硅片壽命的方法。這兩種方法對(duì)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(fù)合速度接近無(wú)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(zhǔn)確測(cè)量壽命為10μｓ的P型硅片表面復(fù)合速度至少要小于10³㎝/秒，并需鈍化穩(wěn)定，這是很難做到的。

hfPCD光電導(dǎo)衰退法介于兩者之間，它和dcPCD法一樣可以測(cè)量表面為研磨狀態(tài)的塊狀單晶體壽命，也可以測(cè)量表面為研磨或拋光的硅片壽命。特別要強(qiáng)調(diào)的是：無(wú)論用何種方法測(cè)量“表面復(fù)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(fù)合的客觀(guān)存在，表觀(guān)壽命測(cè)量值肯定比體壽命值偏低，這是無(wú)容置疑的，但是生產(chǎn)實(shí)際中往往直接測(cè)量切割片或未經(jīng)完善拋光鈍化的硅片，測(cè)量值偏低于體壽命的現(xiàn)象極為普遍，因此我們認(rèn)為此時(shí)測(cè)出的壽命值只是一個(gè)相對(duì)參考值，它不是一個(gè)真實(shí)體壽命值，而是一個(gè)在特定條件下（體壽命接近或小于表面復(fù)合壽命時(shí)）可以反映這片壽命高，還是那片壽命更高的相對(duì)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(cè)量條件，只有供需雙方經(jīng)過(guò)摸索并達(dá)成共識(shí)，才能使這樣的壽命測(cè)量值有生產(chǎn)驗(yàn)收的作用，否則測(cè)量值會(huì)是一個(gè)絲毫不能反映體壽命的表面復(fù)合壽命。

因此實(shí)際生產(chǎn)中我們主張盡量用高頻光電導(dǎo)衰退法測(cè)量硅塊、棒或錠的壽命，這樣壽命測(cè)量既準(zhǔn)確又可以減少測(cè)試工作量。

1.2.          LT-100C型壽命儀是LT-1（基本型）的升級(jí)換代產(chǎn)品，在低阻硅單晶測(cè)量時(shí)，采用了全新理念，使信噪比提高了數(shù)十倍至數(shù)百倍，將硅單晶壽命測(cè)量下限從ρ＞3Ω·cm，延伸到ρ≥0.3Ω•㎝，除能測(cè)量高阻單晶外亦可滿(mǎn)足太陽(yáng)電池級(jí)硅片（裸片）的測(cè)試要求，儀器既可測(cè)量硅塊亦可測(cè)量硅片（硅片可放在托架上測(cè)量）。

1.2.1.    本儀器為了能直接讀取壽命值編寫(xiě)了特殊的軟件存入數(shù)字存儲(chǔ)示波器，這些軟件依照少子壽命測(cè)量的基本原理編寫(xiě)，同時(shí)采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（MF28及MF1535）中推薦的幾種讀數(shù)方法。

1.2.2.    由于數(shù)字示波器具有存儲(chǔ)功能，應(yīng)用平均采樣方式，平均次數(shù)可選4、16、32、64、128、256次，隨平均次數(shù)的增加隨機(jī)噪聲被減小，波形更穩(wěn)定、清晰。

1.2.3.    數(shù)字示波器使用晶振做高穩(wěn)定時(shí)鐘，有很高的測(cè)時(shí)精度；采用多位A/D轉(zhuǎn)換器使電壓幅度測(cè)量精度大大提高，因此提高了壽命測(cè)量精度。

1.3.          擴(kuò)大了晶體少子壽命可測(cè)范圍，除配置了波長(zhǎng)為1.07μm的紅外發(fā)光管外，增加配備了波長(zhǎng)為0.904～0.905μm光強(qiáng)更強(qiáng)的紅外激光器，減小了光源的余輝，使晶體（研磨面）可測(cè)電阻率低至0.3Ω·cm，壽命可測(cè)下限延至0.25μs。

1.4.          制樣簡(jiǎn)單，參照MF28，晶體測(cè)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(wú)需拋光鈍化。

LT-100C型壽命儀配有兩種光源電極臺(tái)，一種波長(zhǎng)為1.07μm，適合于測(cè)量硅單晶塊或棒的體壽命；另一種波長(zhǎng)為0.904～0.905μm，適合于測(cè)量切割或研磨太陽(yáng)能硅片的相對(duì)壽命，與微波反射法測(cè)量條件相近，因此測(cè)量值也較接近。

本儀器的測(cè)量系統(tǒng)電路示意圖如圖1所示。

 

圖1  測(cè)量系統(tǒng)電路示意圖

儀器測(cè)量范圍：

少子壽命測(cè)量范圍：0.25μS～10ms；晶體樣品（研磨面）電阻率下限≥0.3Ω·cm，尚未發(fā)現(xiàn)電阻率測(cè)量上限。

型號(hào)：N型或P型單晶或鑄造多晶。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器設(shè)備的要求，本儀器設(shè)備配有：

重復(fù)頻率＞15次/S      脈寬≥10μS         

紅外光源長(zhǎng)波長(zhǎng)：1.06～1.08μm       脈沖電流：5A～16A

紅外光源短波長(zhǎng)：0.904～0.905μm     脈沖電流：5A～16A

頻率：30MHZ       低輸出阻抗            輸出功率＞1W

頻率響應(yīng)：2HZ～2MHZ

放大倍數(shù)：30倍（約）

配用裝有自動(dòng)測(cè)量少子壽命（光電導(dǎo)衰退時(shí)間）軟件的專(zhuān)用數(shù)字示波器：模擬帶寬60MHz，最大實(shí)時(shí)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(shù)：4～256，可自動(dòng)測(cè)量波形參數(shù)，亦可用手動(dòng)光標(biāo)直讀壽命。

標(biāo)準(zhǔn)配置接口：USB Device，USBHost，RS232，支持U盤(pán)存儲(chǔ)和PictBridge打�。ㄔ斠�(jiàn)示波器說(shuō)明書(shū)）。

2.5.    儀器所配置的光源電極臺(tái)既可測(cè)縱向放置的單晶，亦可測(cè)量豎放單晶橫截面的壽命。配置增加了測(cè)量低阻樣片用的升降臺(tái)以及裝有特殊彈形電極的光源電極臺(tái)。

2.6.    測(cè)試范圍：電阻率ρ≥0.3Ω•㎝，壽命0.25～10000μｓ

 

 

 

 

 

圖2  儀器正視圖

 

“0”處于低位，“1”在高位——關(guān)態(tài)

在壽命儀信號(hào)輸出端和示波器通道2（CH2）之間，用隨機(jī)配置的信號(hào)線(xiàn)聯(lián)接。擰緊壽命儀背板的保險(xiǎn)管帽，插好電源線(xiàn)。

即將電源開(kāi)關(guān)“1”按下，此時(shí)“1”處于低位，“0”在高位。開(kāi)關(guān)指示燈亮。先在電極尖端點(diǎn)上兩滴自來(lái)水，后將單晶放在電極上準(zhǔn)備測(cè)量。

光脈沖發(fā)生器為雙電源供電，先按下光源開(kāi)關(guān)“1”，此時(shí)“1”在低位，“0”在高

位，壽命儀內(nèi)脈沖發(fā)生器開(kāi)始工作。再順時(shí)針?lè)较驍Q響帶開(kāi)關(guān)電位器（光強(qiáng)調(diào)節(jié)），此時(shí)光強(qiáng)指示數(shù)字表在延時(shí)十秒左右（儲(chǔ)能電容完成充電）數(shù)值上升。

測(cè)量數(shù)千歐姆·厘米的高阻單晶時(shí)，光強(qiáng)電壓只要用到2—5V左右；測(cè)量數(shù)十歐姆·厘米的單晶可將電壓加到5—10V左右。測(cè)量幾歐姆·厘米的單晶可將電壓加到10—15V左右。光強(qiáng)調(diào)節(jié)電位器順時(shí)針?lè)较蛐�轉(zhuǎn)，脈沖光源工作電壓升高，光強(qiáng)增強(qiáng)，最高不超過(guò)16V，此時(shí)流經(jīng)發(fā)光管的電流高達(dá)16A，因此盡量不要在此條件下長(zhǎng)期工作。

3.4.    壽命儀電源開(kāi)關(guān)在開(kāi)啟瞬間，由于機(jī)內(nèi)儲(chǔ)能電容、濾波電容均處于充電狀態(tài)，是一個(gè)不穩(wěn)定的過(guò)程，因此示波屏上會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間雜亂不穩(wěn)的波形，待充電完成后示波屏上出現(xiàn)一條較細(xì)的水平線(xiàn)時(shí)，壽命儀才進(jìn)入工作狀態(tài)。因此使用前請(qǐng)開(kāi)機(jī)預(yù)熱2～3分鐘。更換單晶測(cè)量時(shí)無(wú)需再開(kāi)關(guān)儀器。

3.5.    批量測(cè)試時(shí)，如發(fā)現(xiàn)信號(hào)不佳時(shí)，請(qǐng)先考慮補(bǔ)充兩個(gè)金屬電極尖端的水滴，但注意水滴不要流入出光孔。

3.6.    長(zhǎng)期使用后，電極部份如氧化變黑，此時(shí)如加水也不能改善信號(hào)波形，請(qǐng)用裁紙刀或細(xì)砂紙去除發(fā)黑部份，并將擦下的黑灰用酒精棉簽擦凈。

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(duì)于≤0.3Ω•㎝的單晶片，如果光電導(dǎo)衰退信號(hào)太弱，表面需經(jīng)化學(xué)拋光處理方可測(cè)量壽命。測(cè)量時(shí)操作程序如下：

3.7.1.    向上推開(kāi)樣品蓋將切割片或化學(xué)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(shí)間不宜太長(zhǎng)，如需較長(zhǎng)時(shí)間保存，請(qǐng)用碘酒鈍化（詳見(jiàn)樣品表面制備方法）。

3.7.2.    調(diào)節(jié)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(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕使樣品下降，一當(dāng)樣品接觸到電極上的水珠時(shí)，檢波電壓表上的數(shù)值會(huì)突然升高。

3.7.3.    繼續(xù)旋轉(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕，同時(shí)觀(guān)察示波屏上是否出現(xiàn)指數(shù)衰減信號(hào)，一當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)，請(qǐng)減慢旋轉(zhuǎn)速度，直至出現(xiàn)明顯的光電導(dǎo)衰減波形，即停止旋轉(zhuǎn)，改用微調(diào)旋鈕，調(diào)節(jié)到最佳波形出現(xiàn)為止，一般情況下此時(shí)的檢波電壓處于最高值。

3.7.4.    在旋轉(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)低頻諧振點(diǎn)，此時(shí)指數(shù)波形衰減較慢，出現(xiàn)不合理的超長(zhǎng)讀數(shù)，不可將此時(shí)的衰減時(shí)間當(dāng)作壽命值。一般以出現(xiàn)指數(shù)衰減最快的波形時(shí)讀取的壽命值為準(zhǔn)。

3.7.5.    所測(cè)壽命是出光孔上方光照區(qū)（直徑約3-4mm）部位的單晶壽命值，整個(gè)單晶樣品的壽命分布往往是不均勻的。因此本機(jī)亦可測(cè)單晶橫截面上的壽命分布。

3.7.6.    測(cè)量太陽(yáng)能電池用線(xiàn)切割硅片（1～3Ω•㎝），可以使用0.904～0.905μm 波長(zhǎng)光源，測(cè)出的壽命值是相對(duì)值，部分樣品壽命測(cè)量值會(huì)高于微波法，而接近拋光硅片的微波測(cè)量值，這是因?yàn)槲⒉ǚ瓷浞ㄊ鼙砻鎻?fù)合的影響大于高頻光電導(dǎo)法。

硅、鍺單晶是比較成熟完美的半導(dǎo)體材料，正常情況下，其晶體缺陷及有害雜質(zhì)都很少。由于單晶生長(zhǎng)設(shè)備使用不銹鋼、銅等金屬材料，一當(dāng)生產(chǎn)工藝出現(xiàn)問(wèn)題（如區(qū)熔爐線(xiàn)圈打火），晶體會(huì)受到雜質(zhì)污染或形成不該有的缺陷。對(duì)硅、鍺單晶中的重金屬雜質(zhì)污染，通過(guò)電阻率測(cè)量是不易覺(jué)察的，但壽命測(cè)量卻能非常靈敏地反映它們的存在，靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它測(cè)試方法（如等離子光譜、質(zhì)譜、原子吸收譜等），因此壽命測(cè)試是檢驗(yàn)單晶質(zhì)量必不可少的項(xiàng)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(shù)、開(kāi)關(guān)速度等，而重金屬沾污會(huì)引起器件失效。

壽命的全稱(chēng)是非平衡少數(shù)載流子壽命，它的含意是單晶在受到如光照或電觸發(fā)的情況下會(huì)在表面及體內(nèi)產(chǎn)生新的（非平衡）載流子，一當(dāng)外界作用撤除后，它們會(huì)通過(guò)單晶體內(nèi)由重金屬雜質(zhì)和缺陷形成的復(fù)合中心逐漸消失，雜質(zhì)、缺陷愈多非平衡載流子消失得愈快，在復(fù)合過(guò)程中少數(shù)載流子起主導(dǎo)和決定的作用，這些非平衡少數(shù)載流子在單晶體內(nèi)平均存在的時(shí)間就簡(jiǎn)稱(chēng)少子壽命。

非平衡少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）在撤除外界作用（如光照）后由于復(fù)合而逐漸消失，其數(shù)量的衰減過(guò)程，可通過(guò)微分方程求得如下結(jié)果：

△n(t)=△n(0) e^-t/τ         （1）

其中△n(0)是開(kāi)始時(shí)的非平衡少子濃度，由于復(fù)合，△n(t)隨時(shí)間而衰減。

τ反映了非平衡少子平均存在的時(shí)間，即我們要測(cè)量的壽命值。

半導(dǎo)體中同時(shí)存在著兩種載流子：電子和空穴，它們都屬于微觀(guān)粒子，可以用量子力學(xué)來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。首先電子和空穴的能量并非是可以連續(xù)分布，而是處于分隔的能級(jí)上，它們只能在這個(gè)能級(jí)或另一個(gè)能級(jí)，而不能在兩個(gè)能級(jí)之間的任意位置。例如電子的能量狀態(tài)可以在硅單晶的導(dǎo)帶、滿(mǎn)帶和禁帶中間的雜質(zhì)（或缺陷）能級(jí)上，而不能處于禁帶中沒(méi)有能級(jí)存在的位置。下面以鍺和硅體內(nèi)少數(shù)載流子壽命的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法（SEMI MF28-0707）“光電導(dǎo)衰減法”為例，闡明復(fù)合與壽命之間的關(guān)系。

對(duì)于塊狀單晶或厚度大于擴(kuò)散長(zhǎng)度的厚片，表面為研磨時(shí)，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(nèi)都將產(chǎn)生光生非平衡載流子（電子-空穴對(duì)）：△n=△p，一當(dāng)光照停止，這些非平衡載流子便通過(guò)單晶中的復(fù)合中心（重金屬雜質(zhì)能級(jí)、晶體缺陷能級(jí)、表面復(fù)合能級(jí)）逐漸復(fù)合消失，

復(fù)合率=△n/τ或△p/τ            （2）

這個(gè)過(guò)程既發(fā)生在單晶體內(nèi)也發(fā)生在表面，我們?cè)谑静ㄆ辽峡吹降乃�減曲線(xiàn)，已是通過(guò)LT-100C壽命儀將非平衡載流子濃度的變化轉(zhuǎn)換為光電導(dǎo)電壓的變化：

△V=△V。e^-t/τ                   （3）

曲線(xiàn)頭部是光照表面（研磨面）復(fù)合起主導(dǎo)作用，而我們要測(cè)量的是體壽命，因此在壽命測(cè)量時(shí)，根據(jù)MF28的要求，我們往往要去掉曲線(xiàn)頭部（高次模部分），從峰值的80%至40%開(kāi)始觀(guān)測(cè)光電導(dǎo)電壓衰減1/e所需要的時(shí)間。

以上的討論均指在塊狀晶體中發(fā)生的復(fù)合現(xiàn)象，此時(shí)只有光照面起表面復(fù)合作用，晶體另一端非光照面由于光生少子擴(kuò)散不到，因此不起加速?gòu)?fù)合的作用，但是如果晶片較箔，光生少子可以擴(kuò)散到非光照面（研磨面）復(fù)合。此時(shí)就不能用簡(jiǎn)單的甩掉曲線(xiàn)頭部的辦法來(lái)避開(kāi)表面復(fù)合對(duì)測(cè)量體壽命的影響，此時(shí)晶片的表面復(fù)合壽命：

τ_S=τ_diff  + τ_sp =L²/π²D+L/2S

其中L—晶片厚度   D—少子擴(kuò)散系數(shù)   Dn=33.5cm²/s   Dp=12.4 cm²/s

表觀(guān)壽命τ_F與體壽命τ_b，表面復(fù)合壽命τ_S的關(guān)系是：

   1/τ_F =1/τ_b +1/τ_S    

由于研磨面的表面復(fù)合速度是穩(wěn)定的S=10⁷cm/s，因此τ_S便于計(jì)算，在測(cè)出τ_F后，容易通過(guò)修正得到τ_b值；相反地拋光片的表面復(fù)合速度在0.25～10⁵cm/s變化，且不穩(wěn)定，因此τ_S難以估算，τ_b值也就無(wú)法確定。

由于高頻光電導(dǎo)衰退法的理論模型是建立在表面為研磨面的基礎(chǔ)上，因此制樣簡(jiǎn)單，做修正計(jì)算也比較嚴(yán)謹(jǐn)、方便。

太陽(yáng)能硅片大量生產(chǎn)后，出現(xiàn)了微波反射法測(cè)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(fù)合速度很小，要求表面復(fù)合壽命大于10倍體壽命，此時(shí)測(cè)出的表觀(guān)壽命將以10%的精度表征體壽命，但是在實(shí)際使用中，往往用切割片或未做拋光鈍化的晶片測(cè)量，因而在光電導(dǎo)衰退曲線(xiàn)中包含了很大成分的表面復(fù)合因素，為了適應(yīng)實(shí)際測(cè)量的需要MF1535-0707中提出了幾種體和表面復(fù)合都存在時(shí)，根據(jù)取衰退曲線(xiàn)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(xiàn)和復(fù)合壽命的確定

體復(fù)合壽命（τ_b）—去除表面復(fù)合后，利用峰值電壓V₀在45-5%范圍內(nèi)的指數(shù)衰減部分計(jì)算的時(shí)間常數(shù)。

1/e壽命（τ_e）—將t₁和t₀之間的間隔時(shí)間計(jì)算為1/e壽命。

基模壽命（τ₁）—將衰減曲線(xiàn)衰退到可以被認(rèn)為是指數(shù)性的部位的時(shí)間常數(shù)（t_B – t_A）計(jì)為基模壽命τ₁。

τ₁的另一種變通的計(jì)算方法是τ₁= t₂- t₁，t₂是衰退到峰值1/e²的時(shí)間，t₁為峰值衰退到1/e的時(shí)間。

我們綜合MF28和MF1535壽命的各種讀數(shù)方式，在數(shù)字示波器軟件中對(duì)光電導(dǎo)衰退曲線(xiàn)設(shè)置了以下六種不同部位取值的方式，供用戶(hù)選擇。

六種衰退比例均為1/e（e值取2.718）

按MF1535-0707的推薦，利用峰值電壓V₀的45-5%范圍內(nèi)的衰退曲線(xiàn)的指數(shù)部分計(jì)算時(shí)間常數(shù)，此常數(shù)為體復(fù)合壽命τ_b，因此一般情況下，建議用戶(hù)用第5種方式讀取體壽命值，但在測(cè)量大部分塊或棒狀單晶壽命時(shí)，表面復(fù)合的影響往往僅在頭部出現(xiàn)，而從80%V₀至60%V₀處開(kāi)始觀(guān)測(cè)壽命時(shí)，已避開(kāi)了表面復(fù)合引起的光電導(dǎo)衰退曲線(xiàn)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(yīng)時(shí)，選擇低的V起點(diǎn)（如30%、40%）會(huì)測(cè)出虛假的高壽命，此時(shí)將衰減比例選在80%至60%有利于減少陷阱效應(yīng)的干擾。

檢查   CUR SORS（光標(biāo)）、 MEASURE（自動(dòng)測(cè)量）、CH2、RUN/STOP

4個(gè)綠燈是否亮，如有缺亮的燈，請(qǐng)按相應(yīng)按鍵。RUR/SOTP燈紅色時(shí)為停止，綠色方能運(yùn)轉(zhuǎn)。

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5.2.1.    垂直系統(tǒng) 

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垂直通道電壓靈敏度由CH2上方的大旋鈕控制，按一下，粗調(diào)（步進(jìn)）；再按一下為細(xì)調(diào)，注意網(wǎng)絡(luò)下方左邊的CH2/V的變化，此數(shù)代表每分格（8.9㎜）的電壓值,低阻單晶CH2/V后面數(shù)字常用在20、50、100mv/div檔,CH2下面的小旋調(diào)控制波形在顯示屏的上下位置，如在調(diào)節(jié)波形垂直大小時(shí)波形可能失顯，此時(shí)按一下垂直系統(tǒng)的小旋鈕歸零或調(diào)節(jié)level同步即可重新顯示。

5.2.2.    水平系統(tǒng)   ◄   ►

大旋鈕只有掃描速度的步進(jìn)調(diào)節(jié)功能，設(shè)有細(xì)調(diào)功能。

（注：此旋鈕按一下出現(xiàn)兩條直線(xiàn)是限定波形被放大的部分，再按一下出現(xiàn)放大后的波形，再按一下則還原，完全是放大波形便于觀(guān)察細(xì)節(jié)，并無(wú)調(diào)節(jié)的實(shí)際功能）

大旋鈕調(diào)節(jié)掃描速度時(shí)，請(qǐng)注意屏幕網(wǎng)絡(luò)下方M= ×× μS，它表示每分格代表的掃描時(shí)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(diào)節(jié)時(shí)請(qǐng)緩慢旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)掃描速度時(shí)波形也可能跳到屏幕顯示之外，此時(shí)按一下小旋鈕波形會(huì)回到顯示屏中間位置。

5.2.3.    同步系統(tǒng)

由于壽命儀信號(hào)線(xiàn)接入CH2，因此只能選CH2為觸發(fā)信源，不能選CH1或脈沖、視頻等。

 

 

 

觸發(fā)類(lèi)型選：上升邊沿         Δ

 

 

觸發(fā)方式：自動(dòng)或在波形不穩(wěn)時(shí)選單次。

耦合設(shè)置：一般選交流或（在波形漂動(dòng)時(shí)）選低頻抑制，特長(zhǎng)壽命（＞1ms）測(cè)量選“直流”。按LEVEI會(huì)有一條水平亮線(xiàn)出現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)此按鈕時(shí)，亮線(xiàn)上下移動(dòng)，當(dāng)亮線(xiàn)移至波形要出現(xiàn)的位置，波形將穩(wěn)定出現(xiàn)。

基本設(shè)置完成后關(guān)閉電源示波器將自動(dòng)保存設(shè)置，下次開(kāi)機(jī)即可直接使用，藍(lán)色AUTO為自動(dòng)設(shè)置鍵，按一下變成了出廠(chǎng)設(shè)置，不是我們要用的，如無(wú)意按下，需按上述要求重新設(shè)置。 

為了更快的掌握示波器的使用方法，現(xiàn)列出其基本設(shè)置、調(diào)試方法及注意事項(xiàng)，如下所示：

5.3.1.    首先打開(kāi)示波器頂端的電源開(kāi)關(guān)，選擇所使用的通道CH1或CH2，如選通道CH2，則按下相應(yīng)的按鈕，選好后按鈕會(huì)發(fā)綠色的光，注意此時(shí)保證其它三個(gè)按鈕在未選中狀態(tài)， 其中右邊的兩個(gè)旋鈕為CH2的Volt/div旋鈕和垂直P(pán)OSITON旋鈕，“S/div”為水平控制用于改變掃描時(shí)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(jìn)行基本參數(shù)設(shè)置，其中設(shè)置菜單均在屏幕右邊，并使用旁邊對(duì)應(yīng)的五個(gè)藍(lán)色按鈕來(lái)選擇要設(shè)置的項(xiàng)，進(jìn)入二級(jí)菜單時(shí)使用萬(wàn)能旋鈕，通過(guò)旋轉(zhuǎn)使光標(biāo)鎖定在所需項(xiàng)，這時(shí)按下萬(wàn)能旋鈕來(lái)確定，再查看所選項(xiàng)是否正確,操作請(qǐng)按如下步驟：

①    如選用CH2時(shí)，耦合選交流、帶寬限制開(kāi)啟、下一頁(yè)的反相關(guān)閉、數(shù)字濾波關(guān)閉，其它不需特別設(shè)置；

②    點(diǎn)擊TRIG MENU按鈕，屏幕右邊出現(xiàn)一列菜單其中類(lèi)型選為邊沿、信源選所使用的通道如CH2、觸發(fā)方式為自動(dòng)、斜率選第一項(xiàng)；

③    選擇DISPLAY按鈕，菜單中類(lèi)型為矢量、持續(xù)關(guān)閉、格式為YT、屏幕選擇反相時(shí)其背景色為白色，如果要打印波形時(shí)建議選擇反相，這樣可以節(jié)省墨量，菜單顯示無(wú)限、界面方案可根據(jù)喜歡的顏色來(lái)選擇；

④    UTILITY設(shè)置，即設(shè)置打印方式，注：后USB口選為打印機(jī)，打印設(shè)置中的打印鈕設(shè)為打印圖像，其它可根據(jù)情況自行設(shè)定；

⑤    選擇ACQUIRE按鈕，其中獲取方式為平均值、平均次數(shù)有4-256六種選擇，建議一般情況下使用32次，數(shù)值越大波形越穩(wěn)定測(cè)量值越精確，但次數(shù)越大波形達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)，需要等待幾秒鐘，Sinx/x開(kāi)啟、采樣方式實(shí)時(shí)采樣；

⑥    選擇CURSORS光標(biāo)模式自動(dòng)測(cè)量，選用此測(cè)量方式可直接讀取壽命值，注：選用自動(dòng)測(cè)量時(shí)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(biāo)模式里選用手動(dòng)測(cè)量，手動(dòng)測(cè)量菜單里類(lèi)型選擇時(shí)間、信源選使用的通道如CH2，通過(guò)調(diào)整光標(biāo)CurA、CurB來(lái)調(diào)整取值范圍，兩條光標(biāo)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(dòng)測(cè)量后點(diǎn)擊MEASURE，選擇菜單第一項(xiàng)CH2，在子菜單中選擇時(shí)間測(cè)量，此時(shí)基本設(shè)置已完成，調(diào)好波形后衰退時(shí)間直接在所選的時(shí)間測(cè)量菜單里顯示。

5.3.3.    調(diào)節(jié)波形：通過(guò)旋轉(zhuǎn)水平Volt/div及垂直 S/div旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)波形的大小，其中Volt/div分為粗調(diào)和細(xì)調(diào)，當(dāng)需要微調(diào)時(shí)按一下旋鈕則變?yōu)榧?xì)調(diào)狀態(tài)，恢復(fù)粗調(diào)再按一下即可，當(dāng)信號(hào)波形閃爍不穩(wěn)定時(shí)可調(diào)LEVEL（同步）來(lái)改善波形，按下同步旋鈕屏幕最左邊的2→（CH2信號(hào)）將和T→（LEVEL標(biāo)志）重合，此時(shí)旋轉(zhuǎn)LEVEL使其T→白線(xiàn)位于波形范圍內(nèi)；

5.3.4.    注：調(diào)整波形時(shí)請(qǐng)不要將波形放的過(guò)大，使完整波形在屏幕可顯示范圍內(nèi)，如圖所示，并使波形盡量靠左顯示；下圖界面為自動(dòng)測(cè)量，其衰退時(shí)間1.56μS和262.0μS即為所測(cè)到的壽命值；

  

5.3.5.    連接打印機(jī)：USB數(shù)據(jù)線(xiàn)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(jī)左前方的PictBridge接口處，如連接成功示波器將提示已準(zhǔn)備好，此時(shí)關(guān)閉示波器重新啟動(dòng)使其生效，打印機(jī)設(shè)置成功后，在以后的測(cè)量完成后直接點(diǎn)擊PRINT按鈕即可打印波形及壽命值，注：打印設(shè)置好并開(kāi)啟打印機(jī)后，如再重新設(shè)置示波器里的打印設(shè)置項(xiàng)，則需重新啟動(dòng)打印機(jī)及示波器，方使其生效。如上圖所示，在此測(cè)量界面可打印出衰減波形及衰退時(shí)間。

5.4.1.    數(shù)字示波器發(fā)運(yùn)前已選好有關(guān)設(shè)置，只要設(shè)置好的條件沒(méi)有改變，測(cè)量單晶壽命非常方便。

一般都使用自動(dòng)測(cè)量，少數(shù)時(shí)候可以用手動(dòng)，單晶放在樣品電極臺(tái)上（記得加自來(lái)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(diào)在合適位置。顯示屏右上角“衰退時(shí)間”下面的數(shù)字即為壽命值，測(cè)量同一批產(chǎn)品，幾乎無(wú)需調(diào)節(jié)。

我們選擇的壽命值是取在光電導(dǎo)電壓V₀，從40%衰減到1/e，即14.7%之間的時(shí)間段。

只要按衰退時(shí)間鍵，屏幕上的兩條垂直亮線(xiàn)即形象地表達(dá)出壽命讀數(shù)是取波形上的那一部分。

5.4.2.    數(shù)字示波器可以取信號(hào)的疊加平均值，顯著降低噪聲，提升波形的質(zhì)量，平均次數(shù)愈多波形和讀數(shù)愈穩(wěn)定，但只要波形穩(wěn)定，為了提高測(cè)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(shí)選擇平均次數(shù)、按測(cè)量鍵（MEASURE）采集燈自動(dòng)熄滅。

5.4.3.    使用數(shù)字式壽命儀我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，影響壽命測(cè)量值的諸多因素：樣品表面狀態(tài)、波長(zhǎng)、光強(qiáng)、采集次數(shù)、波形在屏幕上的左右位置、衰退曲線(xiàn)的讀數(shù)部位都會(huì)對(duì)壽命值有影響，因此在驗(yàn)收產(chǎn)品時(shí)供需雙方要互相溝通，模索出較好的測(cè)量條件，以便達(dá)成共識(shí)。

LT-1C壽命儀在測(cè)量條件方面，給用戶(hù)留下較多的選擇空間，也歡迎用戶(hù)在使用中提出寶貴建議。

研磨表面下的壽命測(cè)量有如下特點(diǎn)：

研磨面表面復(fù)合速度甚大，達(dá)到10⁷cm/s，載流子表面復(fù)合達(dá)到飽和速度，如果選取壽命值τ_B很高τ_B≥500μｓ的硅單晶，切取不同厚度的箔片，此時(shí)樣片的表觀(guān)壽命可以通過(guò)（5）式計(jì)算出來(lái)，在τ_B很大，τ_S很小時(shí)：

1/τ_F  =1/τ_B + 1/τ_S≈1/τ_S              （6）

因此

τ_F  ≈τ_S = L²/π²D + L/2S

這里，D=少數(shù)載流子擴(kuò)散系數(shù)，以cm²/s做單位

L=片厚，用cm做單位，S=表面復(fù)合速度，單位是cm/s。在研磨面表面復(fù)合速度S≈10⁷cm/s的情況下，而樣品厚度又很小時(shí)，L/2S 項(xiàng)可以被忽略，因此

τ_F≈τ_S≈L²/π²D              （7）

在N型樣片兩面均為研磨面的情況下，并假設(shè)τ_B＝∞時(shí)，不同厚度的樣片理論計(jì)算出的表現(xiàn)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(guān)壽命μS	3.27	13.1	20.4	29.4	40	52.3	81.7

計(jì)算中少子（空穴）擴(kuò)散系數(shù)選用D=12.4cm²/S。體壽命τ_B視為無(wú)窮大，實(shí)際上硅單晶壽命不可能無(wú)窮大，因此實(shí)測(cè)值經(jīng)常低于理論值。如已知單晶的體壽命，τ_F理論值可通過(guò)（6）式修正，修正值將與實(shí)測(cè)τ_F值更接近。

如果我們建立一套從理論上可計(jì)算出的表觀(guān)壽命樣片就可以檢測(cè)儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度和重復(fù)性，因此也有人稱(chēng)這種樣片為校核片或標(biāo)準(zhǔn)片。

打開(kāi)上蓋后，面對(duì)儀器底板，鋁合金機(jī)箱內(nèi)左邊是脈沖電流源及相應(yīng)的穩(wěn)壓電源；右邊是放大器及相應(yīng)的穩(wěn)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(cè)試臺(tái)；中間的后部安放了高頻源及檢波盒；機(jī)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(wěn)壓電源。儀器機(jī)箱上蓋上方安裝有立柱，低阻單晶測(cè)試臺(tái)以及光源電極臺(tái)，只有卸掉這些部件才能打開(kāi)上蓋。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

所有的拆卸都必須在拔掉～220V電源插頭，并卸掉單晶測(cè)試臺(tái)、立柱及立柱座，然后拆掉上蓋后才能進(jìn)行。

高頻源：打開(kāi)貼有高頻源標(biāo)簽的上蓋（卸下6粒M3沉頭十字螺絲），在屏蔽隔內(nèi)有4�？窟叺穆萁z，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(gè)小高頻插頭即可將高頻源從整機(jī)內(nèi)取出。

放大器：首先卸掉所有的連接插頭，再擰下安裝數(shù)字表穩(wěn)壓源的兩個(gè)不銹鋼角架上的4粒螺絲，即可將數(shù)字表穩(wěn)壓源連著角架一起提出。再卸掉4個(gè)長(zhǎng)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(hù)在儀器使用中出現(xiàn)問(wèn)題，可作以下簡(jiǎn)單維修：

電源開(kāi)關(guān)開(kāi)后指示燈不亮并且變壓器原邊沒(méi)有～220V輸入，請(qǐng)檢查背板上的保險(xiǎn)管（1A）是否熔斷。

高源頻無(wú)30MHz輸出，請(qǐng)檢查高頻源穩(wěn)壓源上的保險(xiǎn)管（1.25A）。

示波屏上信號(hào)曲線(xiàn)變得太粗，以至無(wú)法讀數(shù)，請(qǐng)旋轉(zhuǎn)高頻源上的3個(gè)半可調(diào)電容（請(qǐng)用高頻無(wú)感螺絲刀或尼龍螺絲刀）。

通過(guò)簡(jiǎn)便維修無(wú)法解決故障時(shí)，請(qǐng)將整機(jī)送中鐵快運(yùn)，發(fā)至本公司負(fù)責(zé)維修。

主機(jī)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

      厚度：0.10～1.00mm           壽命單位：μs

 

 

 

 

備注：此表依據(jù)SEMI MF1535-0707表面復(fù)合壽命的近似關(guān)系式：

 

 

 

其中: D =少數(shù)載流子擴(kuò)散系數(shù),單位為cm²/s

L =片厚,單位為cm

S =表面復(fù)合速度,單位為cm2/s

P型單晶:少子(電子)擴(kuò)散系數(shù)Dn=33.5cm²/s

N型單晶:少子(空穴)擴(kuò)散系數(shù)Dp=12.4cm²/s