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《基于微波反射光電導(dǎo)法的硅材料少子壽命的研究及系統(tǒng)構(gòu)建.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、四論文基于微波反射光電導(dǎo)法的硅材料少子壽命的研究及系統(tǒng)構(gòu)建何璇陳長纓。洪岳。張浩(1．廣東省高等學(xué)校光電信息與傳感技術(shù)重點實驗室(暨南大學(xué))2．暨南大學(xué)光電工程系)摘要：本文基于微波光電導(dǎo)法的測量原理，從單晶硅材料中的電導(dǎo)率和少數(shù)載流子濃度的關(guān)系著手，提出了一個基于激光一微波雙輻射源的硅材料非平衡少數(shù)載流子壽命測量系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理，討論了系統(tǒng)中各模塊功能及其實現(xiàn)原理，完成了模塊的理論分析與設(shè)計。初步實驗表明：設(shè)計方案具有可行性。關(guān)鍵詞：可再生能源；硅；微波；光電導(dǎo)；少數(shù)載流子壽命1引言隨著世界各國對
2、能源需求的不斷增長和對環(huán)境保護(hù)要求的日益增強(qiáng)，清潔能源的推廣應(yīng)用已成必然趨勢。太陽能的開發(fā)利用對改善當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)，減少污染，保護(hù)環(huán)境有重要意義【l】。在太陽能的利用中，太陽電池的應(yīng)用最受關(guān)注。硅太陽電池于1958年首圖1微波反射信號測試的基本結(jié)構(gòu)圖先在航天器上得到應(yīng)用，自本世紀(jì)7O年代以來，晶體硅就作為基本的電池材料占據(jù)著統(tǒng)治地位。單晶硅一般情況下，測試時只考慮被樣品吸收和反射的材料中光生少數(shù)載流子壽命是太陽電池設(shè)計及生產(chǎn)微波信號，微波透射信號相對較弱，可以忽略不計。過程中的一個重要參數(shù)，它對半導(dǎo)體器件的性能、
3、太因此，微波信號反射強(qiáng)度為：陽能電池的效率都有重要的影響【2J。本文基于微波光P()=一()fl1電導(dǎo)法的測量原理，從單晶硅材料中的電導(dǎo)率和少數(shù)式中是樣品的微波信號吸收強(qiáng)度。微波反射載流子濃度的關(guān)系著手，提出了一個基于激光一微波率的變化來自兩個方面：一方面樣品電導(dǎo)率的增加導(dǎo)雙輻射源的硅材料非平衡少數(shù)載流子壽命測量系統(tǒng)，致微波信號被樣品吸收增加，反射信號減弱，為負(fù)作并實現(xiàn)了對其壽命的初步測量。用，即等號右邊括號里的第一項；另一方面電導(dǎo)率的2微波光電導(dǎo)法測量的基本原理變化導(dǎo)致電場強(qiáng)度平方項的變化，為正作用，即等號右邊
4、括號內(nèi)的第二項。微波光電導(dǎo)法(MicrowavePhotoconductivity一般對于低電導(dǎo)率的樣品，只考慮第一項，即：Decay，—PCD)是測量少數(shù)載流子壽命的基本方法，主要包括激光注入產(chǎn)生電子～空穴對和微波探測信=以仃f『』一dxdyd~號的變化兩個過程。由式△P／P(cr)=AAo-可定義A為比例系數(shù)，此一般采用微波反射信號來探測樣品電導(dǎo)率信號時A為正。因此隨著電導(dǎo)率逐漸變大，比例系數(shù)A的變化，因為相比與微波透射或吸收信號，微波反射經(jīng)歷從負(fù)到正的變化【4]。信號不易受樣品形狀和尺寸的影響。一般在測試時
5、，輸出信號是電壓變化量而不是微測試系統(tǒng)的原理是通過測試從樣品表面反射的波反射率的變化量，而電壓與微波反射信號的關(guān)系式微波功率的時間變化曲線來記錄光電導(dǎo)的衰減I3，丌。其為：測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。8木基金項目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項基金資助項目(暨)(11609506)P=constV”(3)微波源發(fā)射的兩個路徑的微波，通過使一個路徑因此，當(dāng)微波信號發(fā)生微小變化時，將導(dǎo)致輸出的微波經(jīng)過移頻器改變頻率，實現(xiàn)兩路徑微波相對運(yùn)電壓的微小變化，兩者是線性關(guān)系，即：動產(chǎn)生相對頻率，從而產(chǎn)生頻差，以減小單路微波路△
6、JP}P=n(hV、)‘徑測量受到外界環(huán)境因素的干擾。這樣就可以通過電壓變化趨勢來間接反映少子(3天線變化趨勢。[】由于要求發(fā)射與檢測系統(tǒng)的集成化，系統(tǒng)的發(fā)射與接收天線均選用矩形微帶天線，即貼片天線。這是3基于微波光電導(dǎo)法的少子壽命新型測量系統(tǒng)一種由矩形導(dǎo)體薄片粘貼在背面有導(dǎo)體接地板的介在充分分析其他少數(shù)載流子壽命測量方法后，本質(zhì)基片上形成的天線，用作發(fā)射微波探測信號及接收文提出了基于微波反射光電導(dǎo)測試系統(tǒng)的一種新的微波反射信號【引。結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。該方案相對于目前的測試儀器結(jié)構(gòu)更f4)激光器為緊湊、便攜，成本也大
7、大降低。該測試系統(tǒng)整體框波長在0．9pm～1．1lam的激光二極管，作為硅片架圖見圖2。的注入光源，可在半導(dǎo)體材料中激發(fā)非平衡載流子。標(biāo)稱脈沖寬度<~200ns，上升沿和下降沿<~25ns。光源輸出功率建議可調(diào)，在脈沖作用期間使樣片表面產(chǎn)生的光子密度介于2．5×1010和2．5x1015之間。其次，對于Si材料，入射光波長1064nm接近它的吸收限，非平衡載流子可以在樣品中近似均勻分布。(5)衰減器必要的時候，在微波傳輸路徑中分出一路連接到圖2基于微波反射光電導(dǎo)的系統(tǒng)設(shè)計框架圖衰減器，無激光注入條件下調(diào)節(jié)衰減器，
8、使檢波器的該系統(tǒng)可分為四大模塊：微波源模塊、差頻模塊、測試信號為零。這樣在有激光注入的條件下，檢波器發(fā)射接收天線模塊和信號處理模塊。從微波源發(fā)射的上檢測到的信號為脈沖激光注入后引起的光電導(dǎo)衰兩個路徑的微波，一個經(jīng)過擾動驅(qū)動再投射到樣品的減信號。衰減器能夠消除暗光電導(dǎo)，加強(qiáng)探測信號。固定照射區(qū)，另一個則直接透射到樣品的照射區(qū)；同4實驗步驟與數(shù)據(jù)分析處理時驅(qū)動激光器，使得微波
