《半導體材料與器件的載流子輸運參數成像》是依託電子科技大學,由王亞非擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：半導體材料與器件的載流子輸運參數成像
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王亞非
項目摘要,結題摘要,
載流子輸運參數（體複合壽命、表面複合速率、遷移率、擴散係數等）是表征半導體材料和器件性能的核心參數。從原材料製備到最終器件研製的每一道工序中，對材料內載流子輸運參數的分布進行實時、精確、無損的空間表征，有助於分析摻雜濃度、雜質分布、界面狀態、缺陷密度等關鍵因素，可實現對新結構、新工藝、器件效率的全面評估和最佳化，具有重要科學意義。鎖相載流子輻射成像技術於2010年提出，是半導體檢測領域的前沿熱點技術，但由於近紅外CCD的幀率和曝光時間的限制，無法實現高頻成像，因而目前無法得到載流子輸運參數分布的圖像。本項目提出外差鎖相成像原理，利用載流子輻射複合的非線性效應，實現非線性混頻，構造出攜帶高頻信息的拍頻信號分量，可以突破技術瓶頸，使得動態成像頻率不受限制，有望實現半導體材料和器件的載流子輸運參數成像。本技術不僅能為微電子、光電子、感測器、光伏能源等領域的創新研究服務，而且具有廣闊的工業套用前景。
載流子輸運參數是表征半導體材料和器件性能的核心參數。光載流子輻射（PCR）技術已被證明是載流子輸運參數單點測量的有力手段。基於近紅外相機的鎖相載流子輻射成像（LIC）技術作為PCR技術的成像延展，於2010年提出，但由於近紅外CCD的幀率和曝光時間的限制，無法實現400 Hz以上的高頻成像，因而無法分辨載流子輸運參數分布的圖像。本項目基於外差鎖相成像原理，利用載流子輻射複合的非線性效應，通過非線性混頻構造出攜帶高頻信息的拍頻信號分量，可以突破技術瓶頸，使得幀率只有幾十赫茲的近紅外相機可以表征微秒量級的載流子複合動力學參數。在原有PCR線性理論模型的基礎上，考慮了光載流子複合的非線性效應，通過開展兩組強度掃描的重要實驗，基於實驗數據分析，建立了零差和外差模式下的非線性光載流子輻射測量理論模型，該模型是深入開展載流子輸運參數測量和成像的基礎；基於鎖相成像原理以及外差非線性混頻機制，得到了單晶矽片和多晶矽太陽能電池從100 Hz到100 kHz的外差幅度圖像，隨著頻率升高，載流子的交流擴散長度變短，成像深度變淺，後表面特徵對信號的影響減小，證實了外差高頻LIC成像技術可實現深度選擇性成像，這同其它光學無損檢測相比是一個獨特優勢；同時，根據外差圖像的幅頻數據特徵，結合外差理論模型，定量反演了等效載流子壽命，並同Microwave Photoconductive Decay的測量結果對比，一致性很好。下一步的研究重點將是深入研究信號的非線性物理機制（可能是多個），以及如何從等效載流子壽命進一步分辨載流子輸運參數以及多個載流子壽命。本無損檢測與成像技術有望從原材料製備到最終器件研製的每一道工序中，對材料內載流子輸運參數的分布進行實時、精確、無損的空間表征，有助於分析摻雜濃度、雜質分布、界面狀態、缺陷密度等關鍵因素，可實現對新結構、新工藝、器件效率的全面評估和最佳化，不僅能為微電子、光電子、感測器、光伏能源等領域的創新研究服務，而且具有廣闊的工業線上檢測套用前景。
