材料寿命检测

SPM900 系列少子寿命成像测试仪原理说明非平衡少数载流子少数载流子的寿命是半导体材料的一个重要参数，也是评价半导体质量的一个指标。例如在光伏电池中，少子寿命决定了少子扩散长度， 决定了光吸收层、内建电场区域的厚度设计等重要的器件参数；载流子寿命也可以反映器件中杂质或者缺陷的影响，抑或是存在污染， 进行失效分析，对工艺过程进行优化。载流子的复合在一定温度下，处于热平衡状态的半导体材料，电子- 空穴对的产生和复合保持一种动态平衡，载流子浓度是一定的。然而，外界的作用会破坏这种热平衡，使其处于与热平衡相偏离的状态，随之改变的是载流子的浓度， 多于平衡值的载流子就是非平衡载流子。非平衡少数载流子也称也称少子，通常对于半导体器件的性能起到决定性的作用。当外界作用撤掉后，处于非平衡态的载流子会通过复合而产生衰减，直到载流子浓度恢复到之前的热平衡状态。载流子的复合方式可以分为三类：SRH 复合、辐射复合及俄歇复合（直接和间接）。(a) SRH 复合； (b) 辐射复合； (c) 直接俄歇复合；（d）间接俄歇复合少子寿命测试少子寿命的测量通常包括非平衡载流子的注入和检测两个方面，*常用的注入方法是光注入和电注入。对于间接带隙的半导体，常使用电注入或者微波光电导衰减的方法进行少子寿命测试，间接带隙半导体一般寿命较长， 为毫秒量级。而对于GaAs 这类的直接间隙半导体，复合的能量几乎全部以发光的形式放出，发光效率高，寿命较短（典型的寿命在10-8-10-9s），通常使用时间分辨光致发光光谱（TRPL）的方法来进行测试。激光扫描少子寿命成像测量仪SPM900当外界作用停止以后，少子的浓度（ΔC）随时间t 增长呈指数衰减的规律。由以下方程可知，少子的寿命为当少子浓度衰减到初始浓度1/e 时候所经历的时间。在辐射复合中，发光的强度与少子的浓度相关，因此可以通过检测发光的寿命来获得少子的寿命信息。当在显微镜上加载少子寿命测试模块，就可以得到微区下半导体器件的少子寿命分布信息，这对于微小型器件的研究及质量控制十分重要。激光扫描少子寿命成像仪基于时间相关单光子计数进行设计，包含显微镜主体，激光光源，光子计数检测器，单色仪以及自动XY 样品台等部分。位于显微镜上的激光光源用于样品的激发，通过控制样品台的移动，可以进行微区单点少子寿命测量和少子寿命成像。少子寿命成像测试应用外延ZnS 薄膜半导体本征带- 浅杂质复合半导体中施主- 受主对复合深能级复合III-V 族载流子杂质俘获过程研究非辐射中心的电子弛豫及复合机制研究半导体外延片缺陷和杂质检测测试软件控制测试界面测试软件的界面遵循“All In One”的简洁设计思路，用户可在下图所示的控制界面中完成采集数据的所有步骤：包括控制样品平移台移动，通过显微镜的明场光学像定位到合适区域，框选扫描区域进行扫描，逐点获得荧光衰减曲线，实时生成荧光图像等。数据处理界面功能丰富的荧光寿命数据处理软件，充分挖掘用户数据中的宝贵信息。可自动对扫描获得的FLIM 数据，逐点进行多组分荧光寿命拟合（组分数小于等于4），对逐点拟合获得的荧光强度、荧光寿命等信息生成伪彩色图像显示。3D 显示功能少子寿命测试案例MicroLEDMicroLED 显示技术是指以自发光的微米量级的LED 为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED 阵列的显示技术， 在发光亮度、分辨率、对比度、稳定性、能量损耗等方面有很大优势，可以应用在AR/VR，可穿戴光电器件，柔性显示屏等领域。由于MicroLED 的尺寸在微米级别，因此需要在显微镜下进行检测。下图为使用少子寿命成像系统对直径为80 微米的MicroLED 微盘进行测试。单组分拟合，可以看到红圈中的污损位置，虽然影响发光强度，但对发光寿命没有影响钙钛矿测试钙钛矿属于直接带隙半导体材料，具有高光学吸收，高增益系数、高缺陷容忍度、带隙可调，制备成本低等优点，可以广泛应用在光子学与光电信息功能器件等领域，例如钙钛矿太阳能电池，钙钛矿量子点，钙钛矿LED 等材料的研究。对于钙钛矿中的载流子辐射复合的研究对于提供器件的光电转换性能有很大的帮助。以下示例为钙钛矿样品的少子辐射复合发光成像和寿命成像。图中可见此钙钛矿样品有两个寿命组分，且不同寿命组分的相对含量也可以从相对振幅成像图中很直观的看到。晶圆级大尺寸的少子寿命成像测试仪4、6、8 英寸晶圆样品测试，可在此基础上增加小行程电动位移台实现数百纳米至微米尺度的精细扫描显微尺度的少子寿命成像测试仪参数指标 系统性能指标：光谱扫描范围200-900nm*小时间分辨率16ps寿命测量范围500ps-1ms（具体视激光器而定）小尺寸空间分辨率≤ 1μm@100X 物镜@405nm 皮秒脉冲激光器大尺寸扫描可适用4 英寸、6 英寸、8 英寸样品配置参数：脉冲激光器375nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：30ps，平均功率1.5mW@50MHz405nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：25ps，平均功率2.5mW@50MHz450nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：50ps，平均功率1.9mW@50MHz488nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：70ps，平均功率1.3mW@50MHz510nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：75ps，平均功率1.1mW@50MHz635nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：65ps，平均功率4.3mW@50MHz660nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：60ps，平均功率1.9mW@50MHz670nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：40ps，平均功率0.8mW@50MHz其他皮秒或纳秒脉冲激光器具体视材料及激发波长而定科研级正置显微镜落射明暗场卤素灯照明，12V，100W5 孔物镜转盘，标配明场用物镜：10×，50×，100×监视CCD：高清彩色CMOS 摄像头，像元尺寸：3.6μm*3.6μm，有效像素：1280H*1024V，扫描方式：逐行，快门方式：电子快门小尺寸扫描用电动位移台高精度电动XY 样品台，行程：75*50mm（120*80mm 可选），*小步进：50nm，重复定位精度＜ 1μm大尺寸扫描用电动位移台XY 轴行程200mm/250mm，单向定位精度≤ 30μm，水平负载：30Kg；光谱仪320mm焦距影像校正单色仪，双入口、狭缝出口、CCD出口，配置三块68×68mm大面积光栅， 波长准确度：±0.1nm，波长重复性：±0.01nm，扫描步距：0.0025nm，焦面尺寸：30mm(w)×14mm(h)，狭缝缝宽：0.01-3mm 连续电动可调探测器：制冷型紫外可见光电倍增管，光谱范围：185-900nm（标配，可扩展）光谱CCD( 可扩展PL mapping）低噪音科学级光谱CCD（LDC-DD），芯片格式：2000x256，像元尺寸：15μm*15μm,探测面：30mm*3.8mm，背照式深耗尽芯片，低暗电流，*低制冷温度-60℃ @25℃环境温度，风冷，*高量子效率值95%时间相关单光子计数器(TCSPC）时间分辨率：16/32/64/128/256/512/1024ps… … 33.55μs，死时间＜ 10ns，*高65535 个直方图时间窗口，瞬时饱和计数率：100Mcps，支持稳态光谱测试；OmniFlμo-FM 寿命成像专用软件控制功能：控制样品平移台移动，通过显微镜的明场光学像定位到合适区域，框选扫描区域进行扫描，逐点获得发光衰减曲线，实时生成发光图像等数据处理功能：自动对扫描获得的寿命成像数据，逐点进行多组分发光寿命拟合( 组分数小于等于4），对逐点拟合获得的发光强度、发光寿命等信息生成伪彩色图像显示图像处理功能：直方图、色表、等高线、截线分析、3D 显示等操作电脑品牌操作电脑，Windows 10 操作系统

弗莱贝格的MDPpro（晶圆片/晶锭寿命检测仪）系列主要用于测量少子寿命、光电导率、电阻率和样品平整度及p/n检查等，其非接触式检测和无损成像（μPCD /MDP(QSS)）的设计完全符合SEMI标准PV9-1110。这也使得该仪器在晶圆切割、炉内监控和材料优化等领域被广泛应用。可以说，MDPpro是晶锭生产商以及晶体炉技术生产商的标准仪器。特性&优势▼u 无接触和无破坏的半导体检测；u 特殊“underneath the surface”寿命测量技术；u 对不可见缺陷的可视化测试具有很高灵敏度；u 自动设置硅錠切割标准；u 空间分辨p/n电导型变换检测；u 多项数据同时自动检测扫描，5幅测量图形同时绘制；u 坚固耐用的设计和易于设置的性能。安装，仅需要电源。 应用实例▼1.日常寿命测量，质量控制和检验高产量：240块/天或720片/天测量速度：对于156x156x400mm标准晶锭，4分钟良品率提升：1mm切割标准为156x156x400mm标准晶锭质量控制：用于过程和材料的质量监控，如单晶硅或多晶硅沾污检测：起源于坩埚和生产设备的金属(Fe)可靠性：模块化和坚固耐用的工业仪器，更高可靠性，运行时间 99%可重复性: 99.5%电阻率：可做面扫描，不需经常校准2. 精密材料研发a.铁浓度测定b.陷阱浓度测定c.硼氧测定d.依赖于注入的测量等

桌面单点测量 低成本的台式寿命测量系统，可在不同的制备阶段表征各种不同的硅样品，没有内置的自动化。可选配手动z轴，用于厚度在156毫米以下的晶锭。结果可视化的标准软件。 MDPspot包括一个额外的电阻率测量选项。电阻率测量仅适用于硅，可用于没有高度调整可能性的晶圆片，也可用于晶锭。须预定义这两个选项之一。 特性 无接触破坏的电子半导体特性μ-PCD测量选项外延片不可见的缺陷和检测的灵敏度的可视化集成多达四个激光器适用于一个广泛的注射水平获取单一瞬态的原始数据以及用于特殊评估目的的图 优势 用于不同制备阶段，从成体到最终器件，多晶硅或单晶硅单点测量载流子寿命的台式装置。 体积小，成本低，使用方便。拥有一个基本的软件，结果可视化。适用于晶圆片到晶锭，易于高度调整。技术参数样品不同的处理步骤，如钝化或扩散后的单晶或多晶硅晶圆、晶锭、电池、晶圆样品尺寸50 x 50 mm2 到12“ 或210 x 210 mm2电阻率0.2 - 103 Ohm cm材质硅晶圆，晶锭，部分或全部加工晶圆，复合半导体和更多其它类型 检测性能载流子寿命尺寸360 x 360 x 520 mm，质量：16 kg电源110/220 V, 50/60 Hz, 3 A其它细节 允许单片调查不同种类的晶圆片有不同的菜单监控材料、工艺质量和稳定性