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光电导衰退测量锗和硅体少数载流子寿命的测量方法

2013-10-23 14:13| 发布者: echo| 查看: 7288| 评论: 0

摘要: 本标准最初由ASTM国际发布为ASTM F28-63T。它由ASTM投票程式正式批准,并遵守ASTM专利要求。虽然本标准的所有权已移交到SEMI,但它未经SEMI投票程式正式批准,它既不遵从SEMI关于专利的规则,也不遵从SEMI的编辑准则 ...

       本标准最初由ASTM国际发布为ASTM F28-63T。它由ASTM投票程式正式批准,并遵守ASTM专利要求。虽然本标准的所有权已移交到SEMI,但它未经SEMI投票程式正式批准,它既不遵从SEMI关于专利的规则,也不遵从SEMI的编辑准则。2003年10月它在www.semi.org网站上发表,并在2003年11月出版。最末一个版本由ASTM国际发布为ASTM F28-02。 

1.  范围

1.1  本方法包含非本征锗或硅单晶块体样品与载流子复合过程相关的少数载流子寿命的测量。

1.2  本方法基于测量光脉冲产生载流子之后的样品电导率的衰退。包括下列两种测量方法:

1.2.1 测量方法A―脉冲法。适于锗和硅。1

1.2.2 测量方法B―斩波法。专用于电阻率³1W×cm的硅样品。2

1.3  从样品可反复进行测量的意义上说,两种方法都是非破坏性的,但方法要求特殊尺寸的棒条样品(见表1)及表面条件(研磨),一般说它们不适于再作它用。

1.4  最低可测寿命值取决于光源关断特性,而最高寿命值主要取决于测量样品的尺寸(见表2)。

注1——少数载流子寿命也可以从按测量方法F391表面光电压(SPV)方法测出的扩散长度推导得到。少数载流子寿命为扩散长度的平方除以少数载流子扩散系数,后者可从漂移迁移率算出。SPV测量主要对少数载流子敏感,多数载流子的影响由于表面耗尽区的作用而受到抑制,结果使SPV测出的寿命总是比光电导衰退(PCD)法测出的寿命短,因为光电导除包含少数载流子外还包含多数载流子的贡献。当陷阱不存在时,假定SPV测量中吸收系数数值正确,PCD测量中表面复合的贡献被正确计入,SPV方法和PCD方法应得到相同的寿命值(1)。3

1.5  本标准不打算述及在其应用中可能会遇到的所有的安全问题。在使用前制订适宜的安全及健康操作方法并确定规章限制的适用性,是本标准使用者的责任。特定的危害陈述见第9节。

2.  参考文档

2.1  ASTM标准:

D5127 用于电子和半导体工业的超纯水指南4

F42 非本征半导体材料导电类型的测量方法5

F43 半导体材料电阻率的测量方法5

F391 稳态表面光电压测量非本征半导体少数载流子扩散长度的测量方法5

2.2  其它标准:

DIN 50440/1 光电导衰退法测量硅单晶载流子寿命:棒状测量样品的测量3

IEEE标准225 光电导衰退法测量锗和硅少数载流子寿命2

3.  术语

3.1  定义:

3.1.1 (均质半导体)少数载流子寿命―少数载流子产生与复合之间的平均时间间隔。

3.2  本标准特定定义:

3.2.1 样条寿命―如下定义的光电导电压衰退时间常数tF(mS):

                DV=DV0exp(-t/tF)

其中:

DV              =光电导电压(V),

DV0              =光电导电压峰值或饱和值(V),

t               =时间(mS)。

4.  测量方法提要

4.1  测量方法A―直流电流借助两端的欧姆接触通过一块具有研磨表面的均质半导体单晶样品,样品上的电压降在示波器上观测。能量接近于禁带隙的短脉冲光在短暂的时间内在样品内部产生过剩载流子。光脉冲触发示波图形,从示波图上测量光脉冲停止后电压衰退的时间常数。如果样品的电导率调制很小,则观测到的电压衰退与光注入载流子的衰退等同,因之电压衰退的时间常数等于过剩载流子衰退的时间常数,少数载流子寿命从该时间常数确定。要求陷阱效应要消除,表面复合和过量电导率调制的修正要进行。

4.2  测量方法B―本测量方法专用于硅,除了过剩载流子是由斩波光而不是脉冲光产生外,与测量方法A相同。光波长规定在1.0到1.1mm之间。此外,本法要求满足低注入水平条件以避免过量电导率调制效应,并给出特殊的接触步骤以保证形成欧姆接触;在示波器之前可采用信号调整。要求进行表面复合修正。在测量条件下产生非指数信号的测量样品是不适于测量的。

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