一種pn結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及脈沖發(fā)生W及波形測(cè)量的自動(dòng)化控制領(lǐng)域，具體設(shè)及一種可用于太陽(yáng) 電池結(jié)電容、太陽(yáng)電池深能級(jí)缺陷和M0S器件等等具有電容結(jié)構(gòu)的器件的測(cè)試和分析的PN 結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，對(duì)半導(dǎo)體材料的性能要求更加嚴(yán)格。在對(duì)于半導(dǎo)體 材料的進(jìn)一步研究中，晶體結(jié)構(gòu)缺陷，雜質(zhì)原子造成的缺陷和雜質(zhì)-缺陷絡(luò)合體都會(huì)在能 帶中形成深能級(jí)缺陷。因此對(duì)深能級(jí)缺陷及其造成的影響的研究必不可少，相關(guān)的檢測(cè)系 統(tǒng)也顯得尤為重要。
[000引 W太陽(yáng)電池為例，在生產(chǎn)和制備太陽(yáng)電池的過(guò)程中，半導(dǎo)體材料的晶格空位、晶格 填隙和晶格替位會(huì)引入缺陷。此外太陽(yáng)電池的各層薄膜之間的相互擴(kuò)散也會(huì)引入外來(lái)的雜 質(zhì)原子，該些雜質(zhì)原子自身W及雜志原子與晶格點(diǎn)缺陷所形成的絡(luò)合物都會(huì)給器件引入缺 陷。一般地，潛能級(jí)缺陷不會(huì)對(duì)器件的效率造成影響，而深能級(jí)缺陷會(huì)形成復(fù)合中屯、，從而 促進(jìn)電子-空穴對(duì)的復(fù)合，導(dǎo)致了太陽(yáng)電池效率的降低。因此，對(duì)太陽(yáng)電池深能級(jí)缺陷的測(cè) 試和評(píng)價(jià)，對(duì)太陽(yáng)電池的研究有很重要的指導(dǎo)意義。
[0004] 太陽(yáng)電池的深能級(jí)缺陷測(cè)試和評(píng)價(jià)是通過(guò)對(duì)PN結(jié)結(jié)電容的瞬時(shí)變化的測(cè)試，結(jié) 合半導(dǎo)體理論，推導(dǎo)出深能級(jí)缺陷的類(lèi)型、濃度和俘獲截面等參數(shù)。由于缺陷的復(fù)合過(guò)程在 10到20毫秒內(nèi)就會(huì)完成，而傳統(tǒng)的數(shù)字電橋（LCRmeter)比如HP4275A和Agilent4284A 的測(cè)量極限是30到50毫秒。該意味著缺陷復(fù)合先于數(shù)字電橋的測(cè)試完成。因此，傳統(tǒng)的數(shù) 字電橋不能用于太陽(yáng)電池的結(jié)電池的瞬時(shí)電容測(cè)試。常見(jiàn)的太陽(yáng)電池深能級(jí)缺陷測(cè)試手段 是導(dǎo)納譜測(cè)試（A血ittanceSpectroscopy)、光致發(fā)光（Photoluminescence)、光致瞬變電 流譜（陸otoInducedQirrentTransientSpectroscopy)、深能階暫態(tài)光譜學(xué)（DeepLevel TransientSpectroscopy)。但是，該些測(cè)試手段設(shè)及到昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器，單色激光光源，超 低溫的實(shí)驗(yàn)條件等等。
[0005] 因此，采用常見(jiàn)的測(cè)試儀器在易得的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行精確地瞬時(shí)電容 譜測(cè)量，在缺陷測(cè)試和分析領(lǐng)域極其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明目的是：提供一種PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量方法和系 統(tǒng)，該方法采用實(shí)驗(yàn)室普遍擁有的測(cè)試設(shè)備，W室溫為本底溫度的環(huán)境下進(jìn)行，能對(duì)器件的 瞬時(shí)能譜完成精確地測(cè)量，測(cè)試極限有了很大的提高。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，包括通過(guò)GPIB數(shù)據(jù)接口 與計(jì)算機(jī)連接的信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)放大模塊和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)發(fā)生模塊和信號(hào) 放大模塊的另一端與信號(hào)采集模塊連接； 所述信號(hào)發(fā)生模塊可W發(fā)出可變脈沖信號(hào)； 所述信號(hào)放大模塊用于將被測(cè)材料輸出的電流信號(hào)經(jīng)放大后轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)； 所述信號(hào)采集模塊用于采集標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)； 所述計(jì)算機(jī)安裝有電子儀器控制環(huán)境，用于控制、處理數(shù)據(jù)和顯示。
[0008]進(jìn)一步的，瞬時(shí)電容值的計(jì)算公式為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括通過(guò)GPIB數(shù)據(jù)接口與計(jì)算機(jī) 連接的信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)放大模塊和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)發(fā)生模塊和信號(hào)放大模塊 的另一端與信號(hào)采集模塊連接； 所述信號(hào)發(fā)生模塊可以發(fā)出可變脈沖信號(hào)； 所述信號(hào)放大模塊用于將被測(cè)材料輸出的電流信號(hào)經(jīng)放大后轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)； 所述信號(hào)采集模塊用于采集標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)； 所述計(jì)算機(jī)安裝有電子儀器控制環(huán)境，用于控制、處理數(shù)據(jù)和顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，瞬時(shí)電容值的計(jì) 算公式為
其中，（dVg)/dt為信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出的脈沖信號(hào)電壓變化率，V wt 為經(jīng)過(guò)放大電路后得到的電壓值，A為電流放大器放大倍數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述可變脈 沖信號(hào)為電壓信號(hào)波，所述電壓信號(hào)波為在一定的偏壓下，周期為lO-lOOOus，幅值為 100-300mV，電壓變化期間范圍是上升下降沿為0到半周期長(zhǎng)的脈沖電壓信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖電壓信 號(hào)的波形可以是方波、梯形波或者三角波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖電壓信 號(hào)的偏壓可調(diào)、周期可調(diào)、電壓幅值可調(diào)、上升下降沿（電壓變化期間）可調(diào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于太陽(yáng)電池測(cè) 試，偏壓為是-3V-0V，周期為100-500us，電壓峰峰值為100-300mV。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述偏壓為-IV， 周期為lOOus，上升下降沿（電壓變化期間）分別為30us，電壓峰峰值的幅值為200mV。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集模 塊為雙通道數(shù)字示波器。
9. 一種PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)放大模塊和信號(hào)采集模塊通過(guò)GPIB接口分別與計(jì)算機(jī)相 連；將信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)放大模塊分別與信號(hào)采集模塊相連； (2) 初始化設(shè)備，包括選擇電容測(cè)量量程和示波器量程，控制電流放大器的放大倍數(shù)； 設(shè)定參數(shù)，準(zhǔn)備測(cè)試； (3) 控制脈沖發(fā)生器輸出脈沖信號(hào)，在計(jì)算機(jī)中存入示波器測(cè)得的數(shù)據(jù)，算出具體電容 值，繪制電容變化曲線，計(jì)算瞬時(shí)電容值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量方法，其特征在于，瞬時(shí)電容值的計(jì) 算公式為
，其中，（dVg)/dt為信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出的脈沖信號(hào)電壓變化率，V wt 為經(jīng)過(guò)放大電路后得到的電壓值，A為電流放大器放大倍數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種PN結(jié)瞬時(shí)電容能譜測(cè)量系統(tǒng)，包括通過(guò)GPIB數(shù)據(jù)接口與計(jì)算機(jī)連接的信號(hào)發(fā)生模塊、信號(hào)放大模塊和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)發(fā)生模塊和信號(hào)放大模塊的另一端與信號(hào)采集模塊連接；所述信號(hào)發(fā)生模塊可以發(fā)出可變脈沖信號(hào)；所述電流轉(zhuǎn)換模塊用于將被測(cè)材料輸出的電流信號(hào)經(jīng)放大后轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；所述信號(hào)采集模塊用于采集標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)；所述上位機(jī)為安裝有電子儀器控制環(huán)境的計(jì)算機(jī)，用于控制、處理數(shù)據(jù)和顯示。所用的電子測(cè)量?jī)x器是實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的成本較低的設(shè)備，測(cè)量環(huán)境是以室溫為本底，逐漸升高溫度，避免了用液氮、液氦等提供超低的測(cè)量溫度和測(cè)量環(huán)境。可以應(yīng)用于各種具有電容性質(zhì)的器件。
【IPC分類(lèi)】G01R27-26, H01L21-66
【公開(kāi)號(hào)】CN104766809
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510140554
【發(fā)明人】吳京錦, 趙策洲, 劉晨光
【申請(qǐng)人】西交利物浦大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月27日