半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法。所述的测试系统部分包括计算机、函数发生器、锁相放大器、激光器、探测器和三维移动样品台等，计算机一方面控制函数发生器使激光器对半导体样品施加光激励或使函数发生器对半导体样品施加电激励，以探测器采集测样产生的光致/电致载流子辐射信号，以锁相放大器对光致/电致载流子辐射信号进行锁相处理并传输至计算机，计算机对经锁相处理后的载流子辐射信号进行数据处理分析，从而实现对半导体样品的光致/电致载流子辐射测试。本发明专利技术采用激光激励/电激励激发样品中的载流子辐射信号，结合锁相处理实现测样载流子辐射信号的测试，具有高信噪比、快速高效、无损检测的优点。损检测的优点。损检测的优点。

【技术实现步骤摘要】
半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法


[0001]本专利技术特别涉及一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法，属于半导体测试


技术介绍

[0002]目前，半导体材料及其光伏/光电器件及模组的无损测试的方法技术主要是光致发光、电致发光等，光致发光检测技术需要在暗室下进行，测试环境要求较高；且受背景噪声、激光器均匀性影响比较严重，所以信噪比比较低；普通模式的光致发光检测无法对测试材料载流子的输运参数进行解析。电致发光对于半导体材料自身以及非完整器件的半导体器件则无法进行检测。这些已有的常规检测方法技术对于新兴的半导体材料和半导体光伏/光电器件及模组的无损测试存在不足和局限，它们难以满足更高精度检测和更综合的研究及产业化要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一个目的是克服和解决已有或传统的半导体材料及光伏器件的检测方法的局限性；另一个目的是在于提供一种用于半导体材料和半导体光伏/光电器件及模组的锁相光致/电致载流子辐射测试技术及其综合测试系统。
[0004]本专利技术提供的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法，具有高信噪比、无损测试、高效快速、适用于大面积在线检测的优点；可以获取半导体材料相关的载流子输运参数和电学特性及其空间分布；可以评估半导体光伏器件及模组的主要光伏参数性能。更重要的是，本专利技术提出的一种集成了锁相光致载流子辐射测试和锁相电致载流子辐射测试的综合测试技术及其综合测试系统，尤其针对和应用于新兴的半导体材料和半导体光伏/光电器件及模组的大面积、无损检测。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术一方面提供了一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统，包括：
[0007]激光器；用于提供调制激光信号，并以调制激光信号对待测半导体样品施加光激励，以使待测半导体样品产生光致载流子辐射信号；
[0008]函数发生器，与激光器、半导体样品电连接，用于对激光器进行调制处理而使激光器输出调制激光信号；或者，对半导体样品施加调制电信号；
[0009]探测器，用于采集半导体样品在调制激光信号的激励下产生的光致载流子辐射信号，或者，在调制电信号的激励下产生的电致载流子辐射信号；
[0010]锁相放大器，用于对所述光致载流子辐射信号或电致载流子辐射信号进行锁相处理；
[0011]计算机，用于控制函数发生器、锁相放大器的工作状态，以及对经锁相处理后的载流子辐射信号进行处理分析；
[0012]所述的计算机与函数发生器、锁相放大器电连接，所述的函数发生器还与激光器
电连接，所述的锁相放大器还与探测器电连接，其中，所述的计算机与函数发生器、激光器、探测器、锁相放大器配合形成锁相光致载流子辐射测试单元，所述的计算机与函数发生器、探测器、锁相放大器配合形成锁相电致载流子辐射测试单元，所述半导体样品包括半导体材料、半导体光伏器件、半导体光电器件及其模组中的至少一者。
[0013]进一步的，所述激光器产生的调制激光信号的光子能量大于半导体样品的能带禁带宽度Eg，即所述激光器产生的调制激光信号的波长为λ满足：1240/λ＞Eg，所述调制激光信号的波长通常位于紫外
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可见光波段。
[0014]进一步的，所述的激光器的出光口处还设置有中性密度滤光片，用于调节激光光束的光功率密度。
[0015]进一步的，所述的探测器为硅光电探测器和/或近红外探测器等，硅光电探测器通常可以提供200
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1100纳米波长范围的信号探测；近红外探测器通常是基于铟镓砷(InGaAs)探测元件的近红外探测器，可以提供800
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1700纳米波长范围的信号探测，所述硅光电探测器和近红外探测器联合使用的有效工作波长范围为300
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1700纳米，有效覆盖了多数常见半导体的光致/电致载流子辐射信号的范围。当然，还可以根据具体半导体材料和半导体光伏/光电器件及模组的载流子辐射信号对应波长而选择相应的探测器类型。
[0016]进一步的，所述的探测器的镜头前还设置有长通滤光片，用于滤除被反射的激光信号和/或环境杂散光的噪声信号。
[0017]进一步的，所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统还包括两个离轴抛物面反射镜，用于将光致载流子辐射信号或电致载流子辐射信号汇聚、反射、聚焦至探测器。
[0018]进一步的，所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统还包括：三维移动样品台，用于放置半导体样品，并且能够使半导体样品在三维空间内移动。
[0019]本专利技术另一方面还提供了一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试方法，是通过所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统实施的，并且，所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试方法包括：
[0020]计算机控制函数发生器再控制激光器产生调制激光信号，对半导体样品施加光激励，使半导体样品产生光致载流子辐射信号；探测器探测采集所述光致载流子辐射信号并传输至锁相放大器，进行锁相处理并传输至计算机，计算机对经锁相处理后的光致载流子辐射信号进行数据处理分析，从而实现对半导体样品的光致载流子辐射测试；
[0021]或者，计算机控制函数发生器产生调制电信号，对半导体样品施加电激励，使半导体样品产生电致载流子辐射信号，探测器探测采集电致载流子辐射信号并传输至锁相放大器，进行锁相处理并传输至计算机，计算机对经锁相处理后的电致载流子辐射信号进行数据处理分析，从而实现对半导体样品的电致载流子辐射测试。
[0022]进一步的，所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试方法还包括：使半导体样品随三维移动样品台在三维空间内移动，以使半导体样品与激光器和离轴抛物面反射镜之间保持预定距离，以使探测器获得最佳探测效果。
[0023]进一步的，所述的半导体样品为半导体材料、半导体光伏器件、半导体光电器件及其模组中的至少一者，示例性的，所述的半导体材料包括硅、金属卤化物钙钛矿、砷化镓、铟镓砷、氮化镓、铜铟镓硒、碲化镉、低温多晶硅、胶体量子点、有机半导体材料等。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0025]1)本专利技术提供的一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法，采用锁相处理，可以提高检测信号的信噪比，在自然光环境下就可以进行良好检测，无需特殊的暗室环境，测试方便简单；
[0026]2)本专利技术提供的一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法，采用并集成了激光信号激励和电信号激励两种激励载流子辐射的方式，既可以对半导体材料进行无损测试，获得其相关载流子输运特性和电学特性；也可以对半导体光伏器件及模组进行无损测试，测试评估其光伏参数性能；
[0027]3)本专利技术提供的一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统与方法，可以针对和适用于半导体材料和半导体光伏/光电器件及模组的无损测试，尤其适用于半导体产业化领域的大面积、在线、高效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统，其特征在于，包括：激光器；用于提供调制激光信号，并以调制激光信号对待测半导体样品施加光激励，以使待测半导体样品产生光致载流子辐射信号；函数发生器，与所述激光器、半导体样品电连接，并用于对激光器进行调制处理而使激光器输出调制激光信号，或者，对半导体样品施加调制电信号；探测器，用于采集半导体样品在调制激光信号的激励下产生的光致载流子辐射信号，以及在调制电信号的激励下产生的电致载流子辐射信号；锁相放大器，用于对所述探测器采集到的光致载流子辐射信号或电致载流子辐射信号进行锁相处理；计算机，用于控制所述函数发生器、锁相放大器的工作状态，以及对经锁相处理后的光致载流子辐射信号或电致载流子辐射信号进行处理分析；所述的计算机与函数发生器、锁相放大器电连接，所述的函数发生器还与激光器电连接，所述的锁相放大器还与探测器电连接，其中，所述的计算机与函数发生器、激光器、探测器、锁相放大器配合形成锁相光致载流子辐射测试单元，所述的计算机与函数发生器、探测器、锁相放大器配合形成锁相电致载流子辐射测试单元，所述半导体样品包括半导体材料、半导体光伏器件、半导体光电器件及其模组中的至少一者。2.根据权利要求1所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统，其特征在于：所述激光器产生的调制激光信号的光子能量大于半导体样品的能带禁带宽度Eg，即所述激光器产生的调制激光信号的波长为λ满足：1240/λ＞Eg，所述的激光器产生的调制激光信号的波长位于紫外
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可见光波段。3.根据权利要求2所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统，其特征在于：所述的激光器的出光口处还设置有中性密度滤光片，所述的中性密度滤光片用于调节激光光束的光功率密度。4.根据权利要求1所述的半导体材料/器件的锁相载流子辐射测试系统，其特征在于：所述的探测器为硅光电探测器和/或近红外探测器，所述硅光电探测器和近红外探测器联合使用的有效工作波长范围为300
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1700纳米。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，周超成，田清勇，范斌，
申请(专利权)人：昆山协鑫光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：