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)載流子壽命測試儀是參照半導(dǎo)體設(shè)備和材料國際組織SEMI標(biāo)準(zhǔn)（MF28-0707、MF1535-0707）及國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1553-1997設(shè)計制造。本設(shè)備采用高頻光電導(dǎo)衰減測量方法，適用于硅、鍺單晶的少數(shù)載流子壽命測量，由于對樣塊體形無嚴(yán)格要求，因此廣泛應(yīng)用于工廠的常規(guī)測量。壽命測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)量的重要檢測項目。

目前我國測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），兩種方法均無需在樣品上制備電極，因此國外都稱為無接觸法。

dcPCD（直流光電導(dǎo)衰退法）是測量塊狀和棒狀單晶壽命的經(jīng)典方法；μPCD法是后來發(fā)展的測量拋光硅片壽命的方法。這兩種方法對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法一樣可以測量表面為研磨狀態(tài)的塊狀單晶體壽命，也可以測量表面為研磨或拋光的硅片壽命。特別要強(qiáng)調(diào)的是：無論用何種方法測量“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)合的客觀存在，表觀壽命測量值肯定比體壽命值偏低，這是無容置疑的，但是生產(chǎn)實際中往往直接測量切割片或未經(jīng)完善拋光鈍化的硅片，測量值偏低于體壽命的現(xiàn)象極為普遍，因此我們認(rèn)為此時測出的壽命值只是一個相對參考值，它不是一個真實體壽命值，而是一個在特定條件下（體壽命接近或小于表面復(fù)合壽命時）可以反映這片壽命高，還是那片壽命更高的相對值。供需雙方必須有一些約定，如約定清洗條件、切割條件和測量條件，只有供需雙方經(jīng)過摸索并達(dá)成共識，才能使這樣的壽命測量值有生產(chǎn)驗收的作用，否則測量值會是一個絲毫不能反映體壽命的表面復(fù)合壽命。

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

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

1.2.1.    本儀器為了能直接讀取壽命值編寫了特殊的軟件存入數(shù)字存儲示波器，這些軟件依照少子壽命測量的基本原理編寫，同時采用了國際標(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)定時鐘，有很高的測時精度；采用多位A/D轉(zhuǎn)換器使電壓幅度測量精度大大提高，因此提高了壽命測量精度。

1.3.          擴(kuò)大了晶體少子壽命可測范圍，除配置了波長為1.07μm的紅外發(fā)光管外，增加配備了波長為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）可測電阻率低至0.3Ω·cm，壽命可測下限延至0.25μs。

1.4.          制樣簡單，參照MF28，晶體測試面用粒徑為5～12μm氧化鋁粉或其它磨料研磨或切割即可，無需拋光鈍化。

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

本儀器的測量系統(tǒng)電路示意圖如圖1所示。

 

圖1  測量系統(tǒng)電路示意圖

儀器測量范圍：

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

型號：N型或P型單晶或鑄造多晶。

按國家標(biāo)準(zhǔn)對儀器設(shè)備的要求，本儀器設(shè)備配有：

重復(fù)頻率＞15次/S      脈寬≥10μS         

紅外光源長波長：1.06～1.08μm       脈沖電流：5A～16A

紅外光源短波長：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）

配用裝有自動測量少子壽命（光電導(dǎo)衰退時間）軟件的專用數(shù)字示波器：模擬帶寬60MHz，最大實時采樣率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，可自動測量波形參數(shù)，亦可用手動光標(biāo)直讀壽命。

標(biāo)準(zhǔn)配置接口：USB Device，USBHost，RS232，支持U盤存儲和PictBridge打�。ㄔ斠娛静ㄆ髡f明書）。

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

2.6.    測試范圍：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)

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

即將電源開關(guān)“1”按下，此時“1”處于低位，“0”在高位。開關(guān)指示燈亮。先在電極尖端點上兩滴自來水，后將單晶放在電極上準(zhǔn)備測量。

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

位，壽命儀內(nèi)脈沖發(fā)生器開始工作。再順時針方向擰響帶開關(guān)電位器（光強(qiáng)調(diào)節(jié)），此時光強(qiáng)指示數(shù)字表在延時十秒左右（儲能電容完成充電）數(shù)值上升。

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

3.4.    壽命儀電源開關(guān)在開啟瞬間，由于機(jī)內(nèi)儲能電容、濾波電容均處于充電狀態(tài)，是一個不穩(wěn)定的過程，因此示波屏上會出現(xiàn)短時間雜亂不穩(wěn)的波形，待充電完成后示波屏上出現(xiàn)一條較細(xì)的水平線時，壽命儀才進(jìn)入工作狀態(tài)。因此使用前請開機(jī)預(yù)熱2～3分鐘。更換單晶測量時無需再開關(guān)儀器。

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

3.6.    長期使用后，電極部份如氧化變黑，此時如加水也不能改善信號波形，請用裁紙刀或細(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。對于≤0.3Ω•㎝的單晶片，如果光電導(dǎo)衰退信號太弱，表面需經(jīng)化學(xué)拋光處理方可測量壽命。測量時操作程序如下：

3.7.1.    向上推開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，拋光后樣品存放時間不宜太長，如需較長時間保存，請用碘酒鈍化（詳見樣品表面制備方法）。

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，檢波電壓表上的數(shù)值會突然升高。

3.7.3.    繼續(xù)旋轉(zhuǎn)粗調(diào)旋鈕，同時觀察示波屏上是否出現(xiàn)指數(shù)衰減信號，一當(dāng)出現(xiàn)信號，請減慢旋轉(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，一般情況下此時的檢波電壓處于最高值。

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

3.7.5.    所測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，整個單晶樣品的壽命分布往往是不均勻的。因此本機(jī)亦可測單晶橫截面上的壽命分布。

3.7.6.    測量太陽能電池用線切割硅片（1～3Ω•㎝），可以使用0.904～0.905μm 波長光源，測出的壽命值是相對值，部分樣品壽命測量值會高于微波法，而接近拋光硅片的微波測量值，這是因為微波反射法受表面復(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)問題（如區(qū)熔爐線圈打火），晶體會受到雜質(zhì)污染或形成不該有的缺陷。對硅、鍺單晶中的重金屬雜質(zhì)污染，通過電阻率測量是不易覺察的，但壽命測量卻能非常靈敏地反映它們的存在，靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它測試方法（如等離子光譜、質(zhì)譜、原子吸收譜等），因此壽命測試是檢驗單晶質(zhì)量必不可少的項目。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)、開關(guān)速度等，而重金屬沾污會引起器件失效。

壽命的全稱是非平衡少數(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，它們會通過單晶體內(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)平均存在的時間就簡稱少子壽命。

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

△n(t)=△n(0) e^-t/τ         （1）

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

τ反映了非平衡少子平均存在的時間，即我們要測量的壽命值。

半導(dǎo)體中同時存在著兩種載流子：電子和空穴，它們都屬于微觀粒子，可以用量子力學(xué)來描述其運(yùn)動規(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上，它們只能在這個能級或另一個能級，而不能在兩個能級之間的任意位置。例如電子的能量狀態(tài)可以在硅單晶的導(dǎo)帶、滿帶和禁帶中間的雜質(zhì)（或缺陷）能級上，而不能處于禁帶中沒有能級存在的位置。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。

對于塊狀單晶或厚度大于擴(kuò)散長度的厚片，表面為研磨時，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）：△n=△p，一當(dāng)光照停止，這些非平衡載流子便通過單晶中的復(fù)合中心（重金屬雜質(zhì)能級、晶體缺陷能級、表面復(fù)合能級）逐漸復(fù)合消失，

復(fù)合率=△n/τ或△p/τ            （2）

這個過程既發(fā)生在單晶體內(nèi)也發(fā)生在表面，我們在示波屏上看到的衰減曲線，已是通過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）

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

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，因此不起加速復(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。此時就不能用簡單的甩掉曲線頭部的辦法來避開表面復(fù)合對測量體壽命的影響，此時晶片的表面復(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便于計算，在測出τ_F后，容易通過修正得到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，因此制樣簡單，做修正計算也比較嚴(yán)謹(jǐn)、方便。

太陽能硅片大量生產(chǎn)后，出現(xiàn)了微波反射法測量少子壽命，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，此時測出的表觀壽命將以10%的精度表征體壽命，但是在實際使用中，往往用切割片或未做拋光鈍化的晶片測量，因而在光電導(dǎo)衰退曲線中包含了很大成分的表面復(fù)合因素，為了適應(yīng)實際測量的需要MF1535-0707中提出了幾種體和表面復(fù)合都存在時，根據(jù)取衰退曲線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)衰減部分計算的時間常數(shù)。

1/e壽命（τ_e）—將t₁和t₀之間的間隔時間計算為1/e壽命。

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

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

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

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)的衰退曲線的指數(shù)部分計算時間常數(shù)，此常數(shù)為體復(fù)合壽命τ_b，因此一般情況下，建議用戶用第5種方式讀取體壽命值，但在測量大部分塊或棒狀單晶壽命時，表面復(fù)合的影響往往僅在頭部出現(xiàn)，而從80%V₀至60%V₀處開始觀測壽命時，已避開了表面復(fù)合引起的光電導(dǎo)衰退曲線高次模部分，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，選擇低的V起點（如30%、40%）會測出虛假的高壽命，此時將衰減比例選在80%至60%有利于減少陷阱效應(yīng)的干擾。

檢查   CUR SORS（光標(biāo)）、 MEASURE（自動測量）、CH2、RUN/STOP

4個綠燈是否亮，如有缺亮的燈，請按相應(yīng)按鍵。RUR/SOTP燈紅色時為停止，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)波形垂直大小時波形可能失顯，此時按一下垂直系統(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察細(xì)節(jié)，并無調(diào)節(jié)的實際功能）

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

5.2.3.    同步系統(tǒng)

由于壽命儀信號線接入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)類型選：上升邊沿         Δ

 

 

觸發(fā)方式：自動或在波形不穩(wěn)時選單次。

耦合設(shè)置：一般選交流或（在波形漂動時）選低頻抑制，特長壽命（＞1ms）測量選“直流”。按LEVEI會有一條水平亮線出現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)此按鈕時，亮線上下移動，當(dāng)亮線移至波形要出現(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保存設(shè)置，下次開機(jī)即可直接使用，藍(lán)色AUTO為自動設(shè)置鍵，按一下變成了出廠設(shè)置，不是我們要用的，如無意按下，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，如下所示：

5.3.1.    首先打開示波器頂端的電源開關(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，選好后按鈕會發(fā)綠色的光，注意此時保證其它三個按鈕在未選中狀態(tài)， 其中右邊的兩個旋鈕為CH2的Volt/div旋鈕和垂直POSITON旋鈕，“S/div”為水平控制用于改變掃描時間刻度，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，并使用旁邊對應(yīng)的五個藍(lán)色按鈕來選擇要設(shè)置的項，進(jìn)入二級菜單時使用萬能旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)使光標(biāo)鎖定在所需項，這時按下萬能旋鈕來確定，再查看所選項是否正確,操作請按如下步驟：

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

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

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

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)定測量值越精確，但次數(shù)越大波形達(dá)到穩(wěn)定時間越長，需要等待幾秒鐘，Sinx/x開啟、采樣方式實時采樣；

⑥    選擇CURSORS光標(biāo)模式自動測量，選用此測量方式可直接讀取壽命值，注：選用自動測量時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)模式里選用手動測量，手動測量菜單里類型選擇時間、信源選使用的通道如CH2，通過調(diào)整光標(biāo)CurA、CurB來調(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    選好自動測量后點擊MEASURE，選擇菜單第一項CH2，在子菜單中選擇時間測量，此時基本設(shè)置已完成，調(diào)好波形后衰退時間直接在所選的時間測量菜單里顯示。

5.3.3.    調(diào)節(jié)波形：通過旋轉(zhuǎn)水平Volt/div及垂直 S/div旋鈕來調(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)信號波形閃爍不穩(wěn)定時可調(diào)LEVEL（同步）來改善波形，按下同步旋鈕屏幕最左邊的2→（CH2信號）將和T→（LEVEL標(biāo)志）重合，此時旋轉(zhuǎn)LEVEL使其T→白線位于波形范圍內(nèi)；

5.3.4.    注：調(diào)整波形時請不要將波形放的過大，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；下圖界面為自動測量，其衰退時間1.56μS和262.0μS即為所測到的壽命值；

  

5.3.5.    連接打印機(jī)：USB數(shù)據(jù)線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，此時關(guān)閉示波器重新啟動使其生效，打印機(jī)設(shè)置成功后，在以后的測量完成后直接點擊PRINT按鈕即可打印波形及壽命值，注：打印設(shè)置好并開啟打印機(jī)后，如再重新設(shè)置示波器里的打印設(shè)置項，則需重新啟動打印機(jī)及示波器，方使其生效。如上圖所示，在此測量界面可打印出衰減波形及衰退時間。

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)置好的條件沒有改變，測量單晶壽命非常方便。

一般都使用自動測量，少數(shù)時候可以用手動，單晶放在樣品電極臺上（記得加自來水），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“衰退時間”下面的數(shù)字即為壽命值，測量同一批產(chǎn)品，幾乎無需調(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%之間的時間段。

只要按衰退時間鍵，屏幕上的兩條垂直亮線即形象地表達(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，同時選擇平均次數(shù)、按測量鍵（MEASURE）采集燈自動熄滅。

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

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

研磨表面下的壽命測量有如下特點：

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，此時樣片的表觀壽命可以通過（5）式計算出來，在τ_B很大，τ_S很小時：

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，L/2S 項可以被忽略，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，不同厚度的樣片理論計算出的表現(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
表觀壽命μS	3.27	13.1	20.4	29.4	40	52.3	81.7

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

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

打開上蓋后，面對儀器底板，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，放置單晶測試臺；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，低阻單晶測試臺以及光源電極臺，只有卸掉這些部件才能打開上蓋。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

高頻源：打開貼有高頻源標(biāo)簽的上蓋（卸下6粒M3沉頭十字螺絲），在屏蔽隔內(nèi)有4粒靠邊的螺絲，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個長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。

用戶在儀器使用中出現(xiàn)問題，可作以下簡單維修：

電源開關(guān)開后指示燈不亮并且變壓器原邊沒有～220V輸入，請檢查背板上的保險管（1A）是否熔斷。

高源頻無30MHz輸出，請檢查高頻源穩(wěn)壓源上的保險管（1.25A）。

示波屏上信號曲線變得太粗，以至無法讀數(shù)，請旋轉(zhuǎn)高頻源上的3個半可調(diào)電容（請用高頻無感螺絲刀或尼龍螺絲刀）。

通過簡便維修無法解決故障時，請將整機(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