SPM900 系列少子壽命成像測(cè)試儀原理說(shuō)明

非平衡少數(shù)載流子

少數(shù)載流子的壽命是半導(dǎo)體材料的一個(gè)重要參數(shù)，也是評(píng)價(jià)半導(dǎo)體質(zhì)量的一個(gè)指標(biāo)。例如在光伏電池中，少子壽命決定了少子擴(kuò)散長(zhǎng)度， 決定了光吸收層、內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域的厚度設(shè)計(jì)等重要的器件參數(shù)；載流子壽命也可以反映器件中雜質(zhì)或者缺陷的影響，抑或是存在污染， 進(jìn)行失效分析，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。

載流子的復(fù)合

在一定溫度下，處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體材料，電子- 空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合保持一種動(dòng)態(tài)平衡，載流子濃度是一定的。然而，外界的作用會(huì)破壞這種熱平衡，使其處于與熱平衡相偏離的狀態(tài)，隨之改變的是載流子的濃度， 多于平衡值的載流子就是非平衡載流子。非平衡少數(shù)載流子也稱也稱少子，通常對(duì)于半導(dǎo)體器件的性能起到?jīng)Q定性的作用。

當(dāng)外界作用撤掉后，處于非平衡態(tài)的載流子會(huì)通過(guò)復(fù)合而產(chǎn)生衰減，直到載流子濃度恢復(fù)到之前的熱平衡狀態(tài)。載流子的復(fù)合方式可以分為三類：SRH 復(fù)合、輻射復(fù)合及俄歇復(fù)合（直接和間接）。

(a) SRH 復(fù)合； (b) 輻射復(fù)合； (c) 直接俄歇復(fù)合；（d）間接俄歇復(fù)合

少子壽命測(cè)試

少子壽命的測(cè)量通常包括非平衡載流子的注入和檢測(cè)兩個(gè)方面，*常用的注入方法是光注入和電注入。對(duì)于間接帶隙的半導(dǎo)體，常使用電注入或者微波光電導(dǎo)衰減的方法進(jìn)行少子壽命測(cè)試，間接帶隙半導(dǎo)體一般壽命較長(zhǎng)， 為毫秒量級(jí)。而對(duì)于GaAs 這類的直接間隙半導(dǎo)體，復(fù)合的能量幾乎全部以發(fā)光的形式放出，發(fā)光效率高，壽命較短（典型的壽命在10-8-10-9s），通常使用時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜（TRPL）的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

激光掃描少子壽命成像測(cè)量?jī)xSPM900

當(dāng)外界作用停止以后，少子的濃度（ΔC）隨時(shí)間t 增長(zhǎng)呈指數(shù)衰減的規(guī)律。由以下方程可知，少子的壽命為當(dāng)少子濃度衰減到初始濃度1/e 時(shí)候所經(jīng)歷的時(shí)間。在輻射復(fù)合中，發(fā)光的強(qiáng)度與少子的濃度相關(guān)，因此可以通過(guò)檢測(cè)發(fā)光的壽命來(lái)獲得少子的壽命信息。

當(dāng)在顯微鏡上加載少子壽命測(cè)試模塊，就可以得到微區(qū)下半導(dǎo)體器件的少子壽命分布信息，這對(duì)于微小型器件的研究及質(zhì)量控制十分重要。激光掃描少子壽命成像儀基于時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包含顯微鏡主體，激光光源，光子計(jì)數(shù)檢測(cè)器，單色儀以及自動(dòng)XY 樣品臺(tái)等部分。位于顯微鏡上的激光光源用于樣品的激發(fā)，通過(guò)控制樣品臺(tái)的移動(dòng)，可以進(jìn)行微區(qū)單點(diǎn)少子壽命測(cè)量和少子壽命成像。

少子壽命成像測(cè)試應(yīng)用

• 外延ZnS 薄膜半導(dǎo)體
• 本征帶- 淺雜質(zhì)復(fù)合
• 半導(dǎo)體中施主- 受主對(duì)復(fù)合
• 深能級(jí)復(fù)合
• III-V 族載流子雜質(zhì)俘獲過(guò)程研究
• 非輻射中心的電子弛豫及復(fù)合機(jī)制研究
• 半導(dǎo)體外延片缺陷和雜質(zhì)檢測(cè)

測(cè)試軟件

控制測(cè)試界面

數(shù)據(jù)處理界面

功能豐富的熒光壽命數(shù)據(jù)處理軟件，充分挖掘用戶數(shù)據(jù)中的寶貴信息?？勺詣?dòng)對(duì)掃描獲得的FLIM 數(shù)據(jù)，逐點(diǎn)進(jìn)行多組分熒光壽命擬合（組分?jǐn)?shù)小于等于4），對(duì)逐點(diǎn)擬合獲得的熒光強(qiáng)度、熒光壽命等信息生成偽彩色圖像顯示。

3D 顯示功能

少子壽命測(cè)試案例

MicroLED

MicroLED 顯示技術(shù)是指以自發(fā)光的微米量級(jí)的LED 為發(fā)光像素單元，將其組裝到驅(qū)動(dòng)面板上形成高密度LED 陣列的顯示技術(shù)， 在發(fā)光亮度、分辨率、對(duì)比度、穩(wěn)定性、能量損耗等方面有很大優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用在AR/VR，可穿戴光電器件，柔性顯示屏等領(lǐng)域。由于MicroLED 的尺寸在微米級(jí)別，因此需要在顯微鏡下進(jìn)行檢測(cè)。下圖為使用少子壽命成像系統(tǒng)對(duì)直徑為80 微米的MicroLED 微盤進(jìn)行測(cè)試。

單組分?jǐn)M合，可以看到紅圈中的污損位置，雖然影響發(fā)光強(qiáng)度，但對(duì)發(fā)光壽命沒有影響

鈣鈦礦測(cè)試

鈣鈦礦屬于直接帶隙半導(dǎo)體材料，具有高光學(xué)吸收，高增益系數(shù)、高缺陷容忍度、帶隙可調(diào)，制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在光子學(xué)與光電信息功能器件等領(lǐng)域，例如鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦量子點(diǎn)，鈣鈦礦LED 等材料的研究。對(duì)于鈣鈦礦中的載流子輻射復(fù)合的研究對(duì)于提供器件的光電轉(zhuǎn)換性能有很大的幫助。

以下示例為鈣鈦礦樣品的少子輻射復(fù)合發(fā)光成像和壽命成像。圖中可見此鈣鈦礦樣品有兩個(gè)壽命組分，且不同壽命組分的相對(duì)含量也可以從相對(duì)振幅成像圖中很直觀的看到。

晶圓級(jí)大尺寸的少子壽命成像測(cè)試儀

4、6、8 英寸晶圓樣品測(cè)試，可在此基礎(chǔ)上增加小行程電動(dòng)位移臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)百納米至微米尺度的精細(xì)掃描

參數(shù)指標(biāo)