GB/T 1553-1997 硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰减法

GB/'r1553一1997

前言

本标准等效采用美国试验与材料协会ASTMF28-90《光电导衰减法测量锗和硅休内少数载流子

寿命的标准测试方法》，结合我国的实际情况，对GB1553-79,GB5257-85进行修订而成的。

本标准起草时，删去了F28-90中“有害说明”及’关‘键词’，章节，删减了“意义和用途”中的5.1-

5.2条内容，合并了“方法A”和“方法B"e

考虑到实际应用的需要，本标准把GB1553-79的附录A硅《单晶中少数载流子寿命测定高频

光电导衰减法》非仲裁测量方法作为标准的附录放在附录A中。

本标准从1997年12月1日起实施。

本标准从生效之日起，同时代替GB1553-79,GB5257-850

本标准的附录A是标准的附录。

本标准由中国有色金属工业总公司提出。

本标准由中国有色金属工业总公司标准计量研究所归口。

本标准起草单位:峨嵋半导体材料厂、中国有色金属工业总公司标准计量研究所。

本标准主要起草人:吴道荣、刘文魁、尹建华、吴福立。

中华人民共和国国家标准

硅和锗体内少数载流子寿命测定GB/'c1553--1997

光电导衰减法GB1553

代替GB52577895

Standardtestmethodsforminoritycarrierlifetimeinbulk

germaniumandsiliconbymeasurementofphotoconductivitydecay

1范围

1.1本标准规定了硅和锗单晶体内少数载流子寿命的测量方法

本标准适用于非本征硅和锗单晶体内载流子复合过程中非平衡少数载流子寿命的测量。

12本标准包括两种测试方法。

1.2.1方法A-脉冲光方法，适用于锗和硅。

1.2.2方法B—斩切光方法，仅适用于电阻率不小于1n"cm的硅试样

1.3两种方法都不破坏试样的内在特性，试样可以重复测试，但要求试样具有特殊的条形尺寸(见表

1)和研磨的表面，一般不宜作其他用途。

1.4本标准可测的最低寿命值取决于光源的余辉，而可测的最高寿命值主要取决于试样尺寸(见表

2)

表1推荐的三种试样尺寸

类型长度{宽度竺

AB乙民o1舀肠

同

;:.

C25.001c11:((

表2试样体寿命可测的最大值rx

材料类型A类型B类型C

P型错咒19目。460

n型锗46月目︸d﹄0950

p型硅如n八rJ01300

n型硅C42..，几朗3R00

2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时，所示版本均

为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB/T1550-1997非本征半导体材料导电类型测试方法

GB/T1551--1995硅、锗单晶电阻率测定直流二探针法

GB/T14264-93半导体材料术语

国家技术监督局1997一06一03批准1997-12一01实施

cs/T15531997

3定义

本标准采用下列定义

3.1表观寿命filamentlife(;、

光电导电压衰减到初始值的1;。时的时间常数"(ps)，用公式((1)表Y

△V二AVexp(一t'r)··…，.门日.时钾············……(1

式中光电浮电压.V;

AAVV光电导电压的峰值或初始值,V:

，-一一时问，“、

r,.表观寿命.1-

4方法提要

4.1方法A—在两端面为研磨表而并具有欧姆接触的单一导电类型的半导体单品试样I通直流

电流，用示波器观察试样!的电压降对试样施一脉冲光，在试样中产生非平衡少数载流子，同时触发

波器扫描。从脉冲光停止起电压衰减的时间常数可由示波器扫描测得当试样中电导率调幅I仁常小日寸，

所观察到的电压衰减等价于光生载流子的衰减，因此电压衰减的时间常数就等于非平衡少数载流子晨

减的时问常数，少数载流子寿命即由该时间系数确定必要时，应消除陷阱效应和对表向复合及过址电

导率调幅进行修正

4.2方法s—本方法只适用于硅。光源为斩切光而非脉冲光，其他与方法n相同光源波长为

1.0-1.1km本方法需满足小注入条件以避免过量电导率调幅的影响。信号进入示波器以前可对信

号进行调节，对表面复合需进行修正

本方法不适用于测试条件卜呈十指数规律变化信号的试样

5意义和用途

本标准只适用于研究、开发和过程控制，不适用于抛光片的验收测试对于一般非仲裁性的测试可‘

使用本标准的附录n

6干扰因素

6.1陷阱效应影响

室温卜的硅和低温状况下的锗，载流子陷阱会产生影响。如果试样中存在电子或空穴陷阱.脉冲光

停止后，非平衡少数载流子将保持较高浓度并维持相当长一段时间，光电导衰减曲线会出现一条民长的

尾巴在这段衰减曲线卜进行测量将错误地导致寿命值增大

6.1.1沿衰减曲线进一步延伸.由高端至低端进行测量，若时间常数增加，可判定存在陷I湃效应(消除

方法见10.1.9)

6门.2当试样中陷阱效应超过衰减曲线总幅度的s环(方法A)或衰减曲线呈柞指数规律变化时方〔法

B)就不能用本方法测量少数载流子寿命

6.2表面复合影响

6.2.1表面复合会影响寿命测量，特别是使用小块试样时。表3给出了推荐试样尺寸对应的表Iil复合

率.在计“勇”一章中也给出了表面复合修IF的一般公式当试样表面积与体积之比很大时.吏石必要进

行修正

6.2.2若对表面复合修正太大，会严重降低测敏的准确性建汉对测量值的修正不要超过测I,l.俏倒数

的t/z(Pp表观寿命须大于体寿命的一半，或表面复合率不大于休寿命的倒数，见土户壮公式(1标盯

头形试个刊听测定的最人体寿命值列于表艺

GB/T1553一1997

表3表而复合率R

材料类型八}ttj13类型〔

P型锗0.03230口介

口﹃

n型锗0.01575

口﹃

p型硅0.01120

n型硅0.00420朴价

6.3注入量的影响

测量时试样电导率调幅必须很小，这样试样卜电势差的衰减才等价于光生载流子的衰减

6.3门方法A:当试样上最大直流电压调幅AV,),/V,超过0.01时，允许进行修正

6.3.2方法1i不允许作这种修正此处小注入条件是指在连续光照F稳定存ti-T试样中1t入的少数

载流子浓度与平衡的多数载流子浓度之比小于。.加1见〔10.2.10)o若光注人小能降低到小注入值试‘

样就不宜用本方法测量

6.4光生伏特效应影响

试样电阻率不均匀会产生使衰减信号扭曲的光电压一一光生伏特效应方法八和方法B(见

10.1.5和10.2.6)都给出了判定是否存在这种光生电压的方法在没有电流通过时就呈现光电压的试

样不适宜用本方法测量。

6.5光源波长的影响

光生载流子大幅度衰减会影响曲线的形状尤其在衰减初期使用脉冲光时，这种现象更为显著。因

为脉冲光源比斩切光源注入的载流子初始浓度一致性差，方法A耍求使用滤光片以增加注入载流子浓

度的一致性，并在衰减曲线峰值逐渐减弱之后进行测量。

6.6电场影响

如果少数载流子被电流产生的电场扫出试祥的一端.少数载流子就不会形成衰减曲线。因此两‘种

方法都需要用，块挡光板遮挡试样端面，使测试中扫出效应不显著。

6.了温度影响

半导体中杂质的复合特性受温度强烈影响，控制测量时的温度就相当重要。在相同温度下进行的测

量才可以作比较

6.8杂质复合中心影响

不同的杂质中心具有不同的复合特性，当试样中存在一种以上类型的复合中心时观·察到的衰减曲

线可能包含两个或多个具有不同时问常数的指数曲线，诸曲线合成结果也不呈指数规律，测量不能得出

单一寿命值C

已︺月目滤光片的影响

滤光片本身有信号，它和试样信号叠加产生测试误差因此应选择厚度1nim,与被测试样材料相

同、信号较弱(低寿命值)的滤光片

试剂和材料

了.1纯水

25C时电阻率大于2MO.cm的去离子水。

7.2研磨材料

氧化铝粉，颗粒范围为5^12mF.

7.3欧姆接触材料

在试样端面应形成欧姆接触，可使用镍、锗或金电镀浴，要避免铜沾污，对硅试样.可用一小滴3i滴

在金刚砂布上，并使用加热盘将试样加热至35Co

GB/T1553一1997

8测试仪器

a，Moll试电路图

测试电路图见图to

前置放大器

,F.波器

电源串联电Isf1

图1少数载流子寿命测量电路示意图

c门

。产光源

脉冲(方法A)或斩切(方法B)光源，光源须在光强从最大值减小到其10%时关断，或关断时间小于

所测试样寿命时间的1/5或更少。用于硅试样测量