一、概述
半導體中的非平衡少數載流子壽命是與半導體中重金屬含量、晶體結構完整性直接有關的物理量。它對半導體太陽電池的換能效率、半導體探測器的探測率和發光二極體的發光效率等都有影響。因此，掌握半導體中少數載流子壽命的測量方法是十分必要的。
測量少數載流子壽命的方法有許多種，分別屬於瞬態法和穩態法兩大類。瞬態法是利用脈衝電或閃光在半導體中激發出非平衡載流子，改變半導體的體電阻，通過測量體電阻或兩端電壓的變化規律直接獲得半導體材料的壽命。這類方法包括光電導衰減法和雙脈衝法。
穩態法是利用穩定的光照，使半導體中非平衡少子的分布達到穩定的狀態，由測量半導體樣品處在穩定的非平衡狀態時的某些物理量來求得載流子的壽命。例如：擴散長度法、穩態光電導法等。
光電導衰減法有直流光電導衰減法、高頻光電導衰減法和微波光電導衰減法，其差別主要在於是用直流、高頻電流還是用微波來提供檢測樣品中非平衡載流子的衰減過程的手段。直流法是標準方法，高頻法在si單晶質量檢驗中使用十分方便，而微波法則可以用於器件工藝線上測試晶元的工藝質量。
本實驗採用高頻光電導衰減法測量si中少子壽命。
二、實驗目的
1．掌握用高頻光電導衰減法測量si單晶中少數載流子壽命的原理和方法。
2. 加深對少數載流子壽命及其與樣品其它物理引數關係的理解。
三、實驗原理
當能量大於半導體禁帶寬度的光照射樣品時，在樣品中激發產生非平衡電子和空穴。若樣品中沒有明顯的陷阱效應，那麼非平衡電子（n）和空穴(p)的濃度相等，它們的壽命也就相同。樣品電導率的增加與少子濃度的關係為
q：電子電荷;p和n分別為空穴和電子的遷移率。當去掉光照，少子密度將按指數衰減，即
：少子壽命，表示光照消失後，非平衡少子在復合前平均存在的時間。
因此導致電導率
也按指數規律衰減。單晶壽命測試儀正是根據這一原理工作的。
下圖是高頻光電導測量裝置示意圖。
圖1 高頻光電導測量裝置圖
裝置主要由光學和電學兩大部分組成。光學系統主要是脈衝光源系統，電學系統主要有30 mhz的高頻電源（送出等幅的30 mhz正弦波）、寬頻帶前置放大器，以及顯示測試訊號的脈衝示波器等。測量要求高頻源內阻小且恆壓，放大系統靈敏空高、線性好，示波器要有一標準的時間基線。
高頻源（石英諧振器，振盪頻率30mhz）提供的高頻電流流經被測樣品，當紅外光源的脈衝光照射樣品時，單晶體內產生的非平衡光生載流子使樣品產生附加光電導，從而導致樣品電阻減小。由於高頻源為恆壓輸出，因此流經樣品的高頻電流幅值增加 i，光照消失後， i逐漸衰減，其衰減速度取決於光生載流子在晶體內存在的平均時間，即壽命。在小注入條件下，當光照區復合為主要因素時， i將按指數規律衰減，此時取樣器上產生的電壓變化 v也按同樣的規律變化，即
此調幅高頻訊號經檢波器解調和高頻濾波，再經寬頻放大器放大後輸入到脈衝示波器，在示波器上可顯示下圖的指數衰減曲線，由曲線就可獲得壽命值。
圖2指數衰減曲線
四、儀器的使用
圖3儀器面板
本實驗使用dsy-ii單晶少子壽命測試儀測量si單晶的少子壽命，圖3為儀器面板圖。
1. 面板上儀表及控制部件的使用
kd：開關及指示燈
k：制脈衝發生電路電源通斷
kw：外光源主電源的電壓調整電位器，順時針旋轉電壓調高。
（注意：光源為f71型1.09m紅外光源，閃光頻率為20－30次/秒，脈寬60s。如在7v以上電壓使用，應盡量縮短工作時間）不連續工作時，注意把旋鈕逆時針旋到底。
cz：訊號輸出高頻插座，用高頻電纜將此插座輸出的訊號送至示波器觀察。
m1：紅外光源主電源電壓表，指示紅外發光管工作電壓大小。
m2：磁環取樣檢波電壓表，指示輸出訊號大小。
2. 操作程式
（1）接上電源線以及用高頻連線線將cz與示波器y輸入端接通，開啟示波器。
（2）將清潔處理後的樣品置於電極上面，為提高靈敏度，請在電極上塗抹一點自來水（注意：塗水不可過多，以免水流入光照孔）。
（3）開啟總電源kd，預熱15分鐘，按下k接通脈衝電路電源，旋轉kw，適當調高電壓。關機時，要先把開關k按起。
（4）調整示波器電平及釋抑時間，內同步，y軸衰減x軸掃瞄速度及曲線的上下左右位置，使儀器輸出的指數衰減光電導訊號波形穩定下來。
3. 如果光電導訊號衰減波形部分偏離指數曲線，則應作如下處理：
（1）如果波形初始部分衰減較快，則用波形較後部分測量，即去除表面復合引起的高次模部分讀數（見示意圖4）。
（2）如波形頭部出現平頂現象，說明訊號太強（見示意圖4），應減弱光強，在小訊號下進行測量。
圖4訊號衰減波形
（3）為保證測試準確性，滿足小注入條件，即在可讀數的前提下，示波器盡量使用大的倍率，光源電壓盡量地調小。
注意：由於紅外發光管**昂貴，停止使用後，應立即切斷電源，逆時針將光強調節電位器kw調到底，再關掉開關k。
五、實驗內容
1. 獲得si材料在光照下的v~t曲線。
2. 讀取3組壽命值，給出si材料的壽命。
示波器上壽命值的讀取
由於表面復合及光照不均勻等因素的影響，衰減曲線在開始的一小部分可能不是呈現指數衰減形式，這時應按本實驗第四部分（儀器使用）中的3去做，取指數衰減部分讀數。
設示波器螢光屏上最大訊號為n格（一格為1cm），在衰減曲線上獲得縱座標為＝1.48格對應的x值（橫座標2.4格）。若水平掃瞄時間為t，則壽命 ＝橫座標（格數） t。
圖5示波器螢光屏訊號
六、思考題
1. 簡述少子壽命概念。
2. 當樣品含有重金屬且存在缺陷時，它們對壽命有影響嗎？
3. 什麼是小注入的條件？
4. 是否可選擇可見光做光源？