用于半导体光电器件瞬态光电性能测试的测试系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于半导体光电器件瞬态光电性能测试的测试系统，包括：测试台，固定待测器件；稳态光源，发射稳态光照射待测器件，以在其内部生成稳态光电压信号；瞬态脉冲光源，发射脉冲光照射待测器件，以在其内部生成瞬态光电压信号；光路选择单元，切断或开启稳态光和脉冲光对待测器件的照射；光强调节单元，设置在瞬态脉冲光源与待测器件之间，以调节脉冲光；信号采集单元，与待测器件构成测试回路且采集稳态光电压和瞬态光电压信号；电位器，并联设置在信号采集单元两端；信号发生器，生成脉冲电压信号，以选择性加载在测试回路中；以及控制单元，控制测试系统执行线性增压电荷抽取测试

【技术实现步骤摘要】
用于半导体光电器件瞬态光电性能测试的测试系统和方法


[0001]本专利技术总体上涉及半导体光电器件瞬态光电性能测试
，以及更具体地，涉及一种用于半导体光电器件瞬态光电性能测试的测试系统和方法
。

技术介绍

[0002]半导体光电器件根据其结构和内部电场的特点不同，光生载流子的电荷传输性质也不同
。
对于
PN
型结构的半导体光电器件来说，由于光敏层的载流子浓度高，结区的耗尽层宽度相比于整个器件的宽度往往较小，并且结区以外基本无内建电场的存在
。
因此，这种类型半导体光电器件的光生载流子主要通过少数载流子的扩散运动从光敏层进一步传输到外电路
。
因此，器件内部的载流子复合寿命对半导体光电器件的性质起到关键作用，直接影响到器件的扩散长度
。
[0003]对于
PIN
型结构的半导体光电器件来说，光敏层主要是由低掺杂或未经掺杂的半导体材料构成，两端再设置有电子
/
空穴传输层，从而形成
PIN
结型结构
。
这种器件材料内部的本征载流子浓度往往有限，使得耗尽层宽度占有整个光敏层的宽度比例较大，也就是结区宽度较大，使得整个器件大部分区域都存在空间电场
。
在这种情况下，光生载流子主要通过内建电场的漂移运动，光生电子通过内建电场逐渐运动到
N
区，光生空穴通过内建电场逐渐运动到
P
区，再传输到外电路
。
因此，光生载流子在内建电场下的迁移率是重要表征参数，直接影响这种类型半导体光电器件的性能，并且是影响载流子光电转化效率的重要因素
。
[0004]目前表征半导体光电器件光电转化动力学的微观机制的技术手段主要包括频域
(
包括频率调制光电压信号
)
和时域测量
(
基于脉冲光的瞬态光谱
、
瞬态光电压测试
)
等，这些瞬态测试方法主要是针对少子寿命的测试，而对于半导体光电器件中光生电荷的迁移率的测试方法较少
。
[0005]本专利技术提供了一种能够测试半导体光电器件中光生电荷的载流子迁移率的测试系统，同时与瞬态光电压瞬态光电流测试兼容，从而能够在一套测试系统中实现针对各种半导体光电器件的瞬态光电性能测试
。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的实施例，提供了一种用于半导体光电器件瞬态光电性能测试的测试系统，包括：测试台，所述测试台包括用于固定待测半导体光电器件的电极夹具；稳态光源，所述稳态光源被配置为发射稳态光以照射所述待测半导体光电器件，从而在所述待测半导体光电器件内部生成稳态光电压信号；瞬态脉冲光源，所述瞬态脉冲光源被配置为发射脉冲光以照射所述待测半导体光电器件，从而在所述待测半导体光电器件内部生成瞬态光电压信号；光路选择单元，所述光路选择单元设置在所述稳态光源与所述待测半导体光电器件之间以及所述瞬态脉冲光源与所述待测半导体光电器件之间，以用于切断或开启所述稳态光和所述脉冲光对所述待测半导体光电器件的照射；光强调节单元，所述光强调节单元设置在所述瞬态脉冲光源与所述待测半导体光电器件之间，以用于调节所述脉冲光；信号
采集单元，所述信号采集单元与所述电极夹具上固定的所述待测半导体光电器件构成测试回路并且被配置为采集稳态光电压信号和瞬态光电压信号；电位器，所述电位器以并联方式设置在所述信号采集单元两端；信号发生器，所述信号发生器被配置为生成脉冲电压信号，以选择性地加载在所述测试回路中；以及控制单元，所述控制单元连接至并且控制所述稳态光源
、
所述瞬态脉冲光源
、
所述光路选择单元
、
所述光强调节单元
、
所述信号采集单元
、
所述电位器以及所述信号发生器，使得所述测试系统能够被配置为执行线性增压电荷抽取测试
、
瞬态光电压测试和瞬态光电流测试中的任一种
。
[0007]在一些实施例中，当所述测试系统被配置为执行所述线性增压电荷抽取测试时，所述控制单元控制所述光路选择单元切断所述稳态光对所述待测半导体光电器件的照射
。
[0008]在一些实施例中，执行所述线性增压电荷抽取测试包括：
(1)
设置所述电位器的电阻值为第一电阻值；
(2)
所述信号发生器生成线性增加的脉冲电压，以加载在所述测试回路中；
(3)
所述瞬态脉冲光源发射脉冲光以照射所述待测半导体光电器件；
(4)
所述信号采集单元采集所述电位器两端的瞬态电压变化，从而获取在电脉冲和光脉冲的共同作用下所述待测半导体光电器件的电荷抽取动力学过程
J(t)
；
(5)
基于所述电荷抽取动力学过程
J(t)
获得电流从最小值到峰值的时间
t
max
；以及
(6)
基于以下公式获得所述待测半导体光电器件的载流子迁移率，
[0009][0010]其中，
d
为所述待测半导体光电器件的有效厚度，
A
为所述脉冲电压的线性系数
。
[0011]在一些实施例中，所述第一电阻值包括
50
欧姆
。
[0012]在一些实施例中，当所述测试系统被配置为执行所述瞬态光电压测试和所述瞬态光电流测试时，所述控制单元控制所述信号发生器从所述测试回路中旁路
。
[0013]在一些实施例中，执行所述瞬态光电压测试和所述瞬态光电流测试包括：
(1)
设置所述稳态光在所述待测半导体光电器件内部生成的初始稳态光电压
V
in_sp
、
所述初始稳态光电压
V
in_sp
的最大值
V
in_spmax
以及所述初始稳态光电压
V
in_sp
的扫描梯度；
(2)
设置所述电位器的电阻值为第二电阻值；
(3)
在切断所述脉冲光对所述待测半导体光电器件的照射的同时，开启并调节所述稳态光源发射的所述稳态光的光强，直至在所述待测半导体光电器件内部产生的稳态光电压
V
sp
满足预设的稳态条件；
(4)
在保持所述稳态光照射所述待测半导体光电器件的同时，开启并调节所述瞬态脉冲光源发射的所述脉冲光对所述待测半导体光电器件的照射，直至在所述待测半导体光电器件产生的瞬态光电压
V
ip
满足微扰条件；
(5)
维持所述稳态光源和所述瞬态脉冲光源的光强不变，采集所述待测半导体光电器件的瞬态光电压信号的衰减曲线
Δ
V(t)、
瞬态光电压幅值
V
以及所述瞬态光电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于半导体光电器件瞬态光电性能测试的测试系统，包括：测试台，所述测试台包括用于固定待测半导体光电器件的电极夹具；稳态光源，所述稳态光源被配置为发射稳态光以照射所述待测半导体光电器件，从而在所述待测半导体光电器件内部生成稳态光电压信号；瞬态脉冲光源，所述瞬态脉冲光源被配置为发射脉冲光以照射所述待测半导体光电器件，从而在所述待测半导体光电器件内部生成瞬态光电压信号；光路选择单元，所述光路选择单元设置在所述稳态光源与所述待测半导体光电器件之间以及所述瞬态脉冲光源与所述待测半导体光电器件之间，以用于切断或开启所述稳态光和所述脉冲光对所述待测半导体光电器件的照射；光强调节单元，所述光强调节单元设置在所述瞬态脉冲光源与所述待测半导体光电器件之间，以用于调节所述脉冲光；信号采集单元，所述信号采集单元与所述电极夹具上固定的所述待测半导体光电器件构成测试回路并且被配置为采集稳态光电压信号和瞬态光电压信号；电位器，所述电位器以并联方式设置在所述信号采集单元两端；信号发生器，所述信号发生器被配置为生成脉冲电压信号，以选择性地加载在所述测试回路中；以及控制单元，所述控制单元连接至并且控制所述稳态光源
、
所述瞬态脉冲光源
、
所述光路选择单元
、
所述光强调节单元
、
所述信号采集单元
、
所述电位器以及所述信号发生器，使得所述测试系统能够被配置为执行线性增压电荷抽取测试
、
瞬态光电压测试和瞬态光电流测试中的任一种
。2.
根据权利要求1所述的测试系统，其中，当所述测试系统被配置为执行所述线性增压电荷抽取测试时，所述控制单元控制所述光路选择单元切断所述稳态光对所述待测半导体光电器件的照射
。3.
根据权利要求2所述的测试系统，其中，执行所述线性增压电荷抽取测试包括：
(1)
设置所述电位器的电阻值为第一电阻值；
(2)
所述信号发生器生成线性增加的脉冲电压，以加载在所述测试回路中；
(3)
所述瞬态脉冲光源发射脉冲光以照射所述待测半导体光电器件；
(4)
所述信号采集单元采集所述电位器两端的瞬态电压变化，从而获取在电脉冲和光脉冲的共同作用下所述待测半导体光电器件的电荷抽取动力学过程
J(t)
；
(5)
基于所述电荷抽取动力学过程
J(t)
获得电流从最小值到峰值的时间
t
max
；以及
(6)
基于以下公式获得所述待测半导体光电器件的载流子迁移率，其中，
d
为所述待测半导体光电器件的有效厚度，
A
为所述脉冲电压的线性系数
。4.
根据权利要求3所述的测试系统，其中，所述第一电阻值包括
50
欧姆
。5.
根据权利要求1所述的测试系统，其中，当所述测试系统被配置为执行所述瞬态光电压测试和所述瞬态光电流测试时，所述控制单元控制所述信号发生器从所述测试回路中旁路
。
6.
根据权利要求5所述的测试系统，其中，执行所述瞬态光电压测试和所述瞬态光电流测试包括：
(1)
设置所述稳态光在所述待测半导体光电器件内部生成的初始稳态光电压
V
in_sp
、
所述初始稳态光电压
V
in_sp
的最大值
V
in_spmax
以及所述初始稳态光电压
V
in_sp
的扫描梯度；
(2)
设置所述电位器的电阻值为第二电阻值；
(3)
在切断所述脉冲光对所述待测半导体光电器件的照射的同时，开启并调节所述稳态光源发射的所述稳态光的光强，直至在所述待测半导体光电器件内部产生的稳态光电压
V
sp
满足预设的稳态条件；
(4)
在保持所述稳态光照射所述待测半导体光电器件的同时，开启并调节所述瞬态脉冲光源发射的所述脉冲光对所述待测半导体光电器件的照射，直至在所述待测半导体光电器件产生的瞬态光电压
V
ip
满足微扰条件；
(5)
维持所述稳态光源和所述瞬态脉冲光源的光强不变，采集所述待测半导体光电器件的瞬态光电压信号的衰减曲线
Δ
V(t)、
瞬态光电压幅值
V
以及所述瞬态光电压衰减
10
％
‑
90
％的所需时间
t1，并且设置所述信号采集单元的第一窗口参数；
(6)
确定所述瞬态光电压信号的衰减曲线
Δ
V(t)
是否完整，如果所述瞬态光电压幅值
V
和所述瞬态光电压衰减
10
％
‑
90
％的所需时间
t1满足所述第一窗口参数，则所获取的衰减曲线
Δ
V(t)
是完整的，进入步骤
(7)
；如果所述瞬态光电压幅值
V
和所述瞬态光电压衰减
10
％
‑
90
％的所需时间
t1不满足所述第一窗口参数，进入步骤
(5)
重新设置所述第一窗口参数；
(7)
采集并且记录完整的所述瞬态光电压信号的衰减曲线
Δ
V(t)
；
(8)
设置所述电位器的电阻值为第三电阻值；
(9)
采集所述待测半导体光电器件的瞬态光电流的衰减曲线
Δ
j(t)、
瞬态光电流幅值
I
以及所述瞬态光电流衰减
10
％
‑
90
％的所需时间
t2，并且设置所述信号采集单元的第二窗口参数；
(10)
确定所述瞬态光电流的衰减曲线
Δ
j(t)
是否完整，如果所述瞬态光电流幅值
I
和所述瞬态光电流衰减
10
％
‑
90
％的所需时间
t2满足所述第二窗口参数，则所获取的衰减曲线
Δ
j(t)
是完整的，进入步骤
(11)
；如果所述瞬态光电流幅值
I
和所述瞬态光电流衰减
10
％
‑
90
％的所需时间
t2不满足所述第二窗口参数，进入步骤
(9)
重新设置所述第二窗口参数；
(11)
采集并且记录完整的所述瞬态光电流信号的衰减曲线
Δ
j(t)
；以及
(12)
根据所设置的扫描梯度依次改变所述初始稳态光电压
V
in_sp
，重复步骤
(2)
～
(11)
直至所述初始稳态光电压
V
in_sp
达到所述最大值
V
in_spmax
，采集并且记录全部完整的衰减曲线
Δ
V(t)
和
Δ
j(t)。7.
根据权利要求6所述的测试系统，其中，执行所述瞬态光电压测试还包括对所述瞬态光电压信号的全部完整的衰减曲线
Δ
V(t)
进行拟合以确定所述半导体光电器件的载流子复合寿命
τ
n
。8.
根据权利要求6所述的测试系统，其中，执行所述瞬态光电流测试还包括对所述全部完整的衰减曲线
Δ
j(t)
进行拟合以确定所述半导体光电器件的电荷抽取时间
τ
j
、
载流子扩散系数
D
n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘前霞，张素侠，赵牧原，
申请(专利权)人：北京卓立汉光仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：