The invention discloses a device and method for measuring the space distribution of minority carriers in narrow gap semiconductors. The device comprises a sample surface treatment module, a low temperature scanning capacitance microscopic measurement module, a differential capacitance measurement control module and an infrared light excitation module. After being treated in the sample surface treatment chamber, the material to be measured is transported to the low temperature sample bench of the cryogenic scanning capacitance microscopic measurement vacuum chamber, and the differential capacitance microscopic distribution is measured under the conditions of infrared light excitation and dark background respectively. Finally, the differential capacitance signal difference is measured, and a few carriers are induced by light excitation. The distribution of differential capacitance signals. The method is suitable for most narrow band gap semiconductor materials, and can realize sensitive measurement of minority carrier distribution in the materials near the working state. The spatial resolution is sufficient to analyze the key areas such as PN junction in infrared photoelectric functional structure. It is of great significance for evaluating the characteristics of semiconductor materials, predicting and optimizing device performance.
【技术实现步骤摘要】
窄禁带半导体中少数载流子空间分布的测量装置和方法
本专利技术是有关一种半导体材料的检测方法,特别是关于窄禁带半导体红外探测结构中光激发少数载流子空间分布的检测方法。
技术介绍
半导体高灵敏光电探测通过光激发在材料中产生少数载流子或者激发态载流子,再被收集形成电信号的方式来感知光;因此获得半导体探测结构中光激发少数载流子的分布信息,是评估半导体材料特性、预测和优化器件探测性能的直接手段。目前针对半导体材料中少数载流子空间分布的测量方法有:微区激光束诱导电流谱(LBIC)和扫描光电流图谱(SPCM)。这二者均使用聚焦激光点产生对局部电场非常敏感的局部光电流,从而可以得到少数载流子的扩散长度。但是由于其分辨能力受限于入射光波长,很难达到100纳米或更高的分辨,不能对PN结这样的局部区域内的载流子分布进行精细分析。另外其聚焦光束的强度过高,远离窄禁带半导体材料的近平衡工作条件。扫描微分电容方法被广泛地应用于半导体功能结构的显微电子学表征,对载流子布居状态的高空间分辨是其主要特色。但是目前扫描微分电容方法在表征窄禁带半导体红外探测材料载流子分布方面存在以下缺点:第一是扫描微分电容方法只有测量多数载流子空间分布的能力,无法测量少数载流子的信号;第二是商用的扫描微分电容方法只能在室温下工作,无法对工作在较低温度下的多数窄禁带半导体材料进行有效表征。
技术实现思路
本专利技术的目的是弥补现有技术的不足,提供一种针对窄禁带半导体中少数载流子空间分布测量的装置和方法。具体而言是基于扫描电容显微测量原理对半导体材料中载流子的微分电容信号测量能力,结合红外光激发、低温测量条件和材料表 ...
【技术保护点】
1.一种窄禁带半导体中少数载流子空间分布的测量装置,包括试样表面处理模块(100),低温扫描电容显微测量模块(200),微分电容测量控制模块(300)和红外光激发模块(400),其特征在于:所述的试样表面处理模块(100)包括试样表面处理腔(101)和位于试样表面处理腔(101)内的试样表面处理台(102);所述的低温扫描电容显微测量模块(200),包括低温扫描微分电容测量真空腔(201),位于低温扫描微分电容测量真空腔(201)内的低温试样台(202)、微分电容扫描头(204)和前置电路部分组件(205),位于低温扫描微分电容测量真空腔(201)壁上的红外窗口(206)和观察窗口(207);所述的微分电容扫描头(204)得传感器频率为900兆赫兹,对电容的感应灵敏度最高达到10‑18法;所述的低温试样台(202)、微分电容扫描头(204)、前置电路部分组件(205)位于低温扫描微分电容测量真空腔(201)内;低温扫描微分电容测量真空腔(201)壁上有一个红外窗口(206)和一个可开关的观察窗口(207)。红外窗口(206)只允许波长范围在0.8‑10微米的红外光通过;所述的微分电容测 ...
【技术特征摘要】
1.一种窄禁带半导体中少数载流子空间分布的测量装置,包括试样表面处理模块(100),低温扫描电容显微测量模块(200),微分电容测量控制模块(300)和红外光激发模块(400),其特征在于:所述的试样表面处理模块(100)包括试样表面处理腔(101)和位于试样表面处理腔(101)内的试样表面处理台(102);所述的低温扫描电容显微测量模块(200),包括低温扫描微分电容测量真空腔(201),位于低温扫描微分电容测量真空腔(201)内的低温试样台(202)、微分电容扫描头(204)和前置电路部分组件(205),位于低温扫描微分电容测量真空腔(201)壁上的红外窗口(206)和观察窗口(207);所述的微分电容扫描头(204)得传感器频率为900兆赫兹,对电容的感应灵敏度最高达到10-18法;所述的低温试样台(202)、微分电容扫描头(204)、前置电路部分组件(205)位于低温扫描微分电容测量真空腔(201)内;低温扫描微分电容测量真空腔(201)壁上有一个红外窗口(206)和一个可开关的观察窗口(207)。红外窗口(206)只允许波长范围在0.8-10微米的红外光通过;所述的微分电容测量控制模块(300)包括扫描电容显微主控制器(301)和信号处理计算机(302);所述的红外光激发模块(400)包括红外光源(401),三维可调支架(402)以及红外观察仪(403)。红外光源(401)置于三维可调支架(402)上;红外光源(401)的波长要根据待测材料的禁带宽度,满足激发光的光子能量大于待测材料禁带宽度。到达试样待测区域的光斑直径不能超过5毫米;所述的试样表面处理腔(101)与低温扫描微分电容测量真空腔(201)之间通过管道真空连接,试样可以从试样表面处理腔(101)中传递到低温扫描微分电容测量真空腔(201)中的低温试样台(202)上;前置电路部分...
【专利技术属性】
技术研发人员:李天信,谢天,夏辉,童中英,陆卫,
申请(专利权)人:中国科学院上海技术物理研究所,
类型:发明
国别省市:上海,31
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