专利名称：微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于载流子复合寿命测试仪设计领域，特别涉及一种微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪。
背景技术：
重金属玷污是半导体材料及器件行业既严重又普通存在的问题，载流子复合寿命大小可以灵敏地反映出重金属玷污的程度，因此国内外有多种寿命仪生产。我国传统使用的高频光电导衰退寿命测试仪是ー种优异的测量块状硅晶体寿命的仪器，但测量时存在着电极接触弓I起表面沾污的问题。微波反射法是利用硅晶体在脉冲光照下引起电导率的变化，而电导率的増加引起微波反射率的増大，两者存在的线性关系使得可以在对测试面不加任何接触的情况下，利 用微波反射功率的变化测量出硅晶体的载流子寿命。目前我国光伏行业普遍使用的是匈牙利Semilab公司的WT-1000和WT-2000微波反射光电导衰退寿命测试仪，这种测试仪存在采购费用高及维护成本(维修时间及费用)高的问题。专利号为200310108310.7的发明专利曾公开了ー种太阳电池少数载流子寿命分析仪，随后上海赫爽太阳能科技有限公司生产了 HS-Ll少子寿命分析仪，该仪器采用尺寸为60X60(mm)的正方形面天线，微波源通过BJ-100型微波波导与波导型隔离器相接，该发明微波源、隔离器、衰减器、魔T、检波器之间用波导管连接，整个微波源体积为465 X 230 X 470 (mm);激光电源体积为380X415X 150 (mm);电源要求220V AC, 20A, 50Hz単相。这种分析仪存在以下问题(I)尺寸太大，占用空间较大；(2)在使用时，激光和微波的照射分别从上下两个方向照射到魔T上，因此微波发射机构和激光发射机构不能很好的集成在一个部件内，需要分别对其控制；(3)因为此分析仪体积较大，功耗消耗较大，成本较闻。故需要提供一种体积小、重量轻、功耗小并且成本更低的载流子复合寿命测试仪。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，该测试仪体积小、重量轻、功耗小，且相对于现有产品成本更低。本实用新型的目的通过以下的技术方案实现微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，包括箱体、立臂、探头、样品台。所述立臂、探头、样品台均设置在箱体上，探头安装在立臂的ー个端面上，探头中心与样品台中心对准，探头内包括微波源、环形器、检波器、脉冲光源驱动器、脉冲激光器和微带天线。所述宽带放大器位于箱体内，待测硅晶体样品放置在样品台上，所述微带天线在样品的正上方，微波源与环行器、微带天线、检波器之间通过同轴线连接；检波器、宽带放大器、数字示波器通过高频电缆依次连接。所述脉冲激光器倾斜放置，脉冲激光器发射的激光倾斜照射在硅晶体样品上，微带天线用于发射微波信号并接收从样品表面反射回来的微波信号，然后接收的微波信号被检波器检出并输入到宽带放大器输入端，宽带放大器与数字示波器输入通道相连，数字示波器动态显示光电导信号并通过其光标自动跟踪测量功能測量出待测样品的载流子复合寿命值。优选的，所述微带天线采用聚四氟こ烯双面覆铜板，具体包括底层铜板、聚四氟こ烯板、上层铜板。底层铜板经腐蚀去掉周边一圈覆铜区域，在中部形成ー个长方形的覆铜区域作为微波信号的传输面，同轴线的中心铜线作为内导体从上方穿过上层铜板及聚四氟こ烯板的中间小孔与底层铜板的传输面相连，通过焊接形成一同轴馈线连接点，同轴线外圈屏蔽层作为外导体与上层铜板相连。采用这种微带天线能很好地满足微波信号的辐射和传输要求，满足载流子复合寿命测试仪对天线性能的需求。更进ー步的，所述聚四氟こ烯双面覆铜板的尺寸为长20-30mm,宽12_16mm,高2-6mm,双面分别是厚度为0. 01 0. Imm的覆铜面。优选的，所述脉冲激光器从微带天线与探头底端之间的间隙斜射入脉冲光线，照 射在与微带天线正对区域的样品表面上。这里所述样品具体是指放置在样品台上的待测硅晶体样品。优选的，所述脉冲光源驱动器包括脉冲发生电路、脉宽调节电路、缓冲电路、电流调节电路、末级开关驱动电路，由脉冲发生电路产生一固定频率的方波信号，经脉宽调节电路对方波信号的脉冲宽度进行调节，然后经过缓冲电路増加其电流驱动能力，接着经过电流调节电路后进行第一级放大输出，最后输入末级开关驱动电路，推动开关电路，从而驱动脉冲激光器工作。这种光源驱动器可将激光器的脉冲宽度调节在200nS-240i! s之间，脉冲下降时间可达25ns以下。具体的，所述脉冲发生电路产生的方波信号的频率为20Hz。作为优选方案，所述数字示波器按照选定的衰退比例，动态显示光电导衰退波形，且光标自动跟踪测量、读出衰退曲线不同区间的各种寿命值。该示波器硅晶体測量范围达到国际标准的要求脉冲光源采用波长904nm的激光二极管，下降时间< 25ns。本实用新型的工作过程微波源采用固体信号源，微波源与环行器、天线、检波器之间通过同轴线连接，微波能量通过长方形微带天线发射到样品台上的硅晶体测试表面，同时接收反射波，并将反射波传输至环行器，由环行器分配至检波器、宽带放大器，最終反映硅晶体表面光电导衰退过程的信号由安装有专用软件的数字示波器进行采集、处理，并以全动态形式显示光电导指数衰减波形，且直接以数字形式显示出载流子复合寿命值，此时直接读取的载流子寿命值既包括少数载流子也包括多数载流子的寿命，根据红外激光在硅晶体中产生的注入水平而定。本实用新型中的数字示波器可以按国际标准通过光标自动跟踪，选择在指数衰减曲线的各个时间段读取特定含意的寿命值。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果I、本实用新型整机设计紧凑、实用、功耗小，微波源尺寸为65X65X 18 (mm)，脉冲激光源尺寸为135X40X80 (mm)，整机尺寸为365X415X410 (mm)，重量彡15Kg ；电源要求220V AC，0. 5A，50Hz 单相，实际功耗< IOOff02、本实用新型中采用了同轴线，由于同轴线中的电磁能量被限制在内外导体之间，从而消除了辐射损耗。[0019]3、本实用新型中采用的脉冲光源驱动器可将脉冲激光器的脉冲宽度调节在200ns-240ii s之间，脉冲下降时间可达25ns以下。
图I为本实用新型装置的整体结构示意图；图2为本实用新型中探头部分的结构原理图；图3为本实用新型中探头部分的工作示意图；图4为本实用新型中微带天线的结构示意图；图5为本实用新型中脉冲光源驱动器的结构原理示意图；图6为本实施例中脉冲光源驱动器的电路图； 图7为本实施例中数字示波器显示的示意图。其中图1-5中1_同轴馈线连接点；2_传输面；3_聚四氟こ烯板；4_上层铜板；5-脉冲激光器；6_同轴线；7_微带天线；8_硅晶体样品；9_样品台；10_探头；11_立臂；12-上盖板；13_箱体；14_下盖板；15_支撑脚。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进ー步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例I如图I所示，微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，包括箱体13、立臂
11、探头10、样品台9，立臂11为“C”字型结构，箱体13包括上盖板12和下盖板14，下盖板14上设置有支撑脚15，使箱体13与支撑面有一定空隙。立臂11与样品台9同安装在箱体上盖板12上，探头10安装在立臂11的另一端面上，探头10的中心与样品台9的中心对准。如图2和3所示，探头10内包括微波源、环形器、检波器、脉冲光源驱动器、脉冲激光器5和微带天线7。所述宽带放大器位于箱体13内，通过高频电缆与外部数字示波器相连，待测硅晶体样品8放置在样品台9上，所述微带天线7在硅晶体样品8的正上方，微波源与环行器、微带天线7、检波器之间通过同轴线6连接；检波器、宽带放大器、数字示波器通过高频电缆依次连接。所述脉冲激光器5发射的激光倾斜照射在硅晶体样品8上，微带天线7用于发射微波信号并接收经激光照射后的微波信号，然后接收的微波信号被检波器检出并输入到宽带放大器输入端，宽带放大器与数字示波器输入通道相连，数字示波器用于动态显示光电导信号并通过其光标自动跟踪测量功能測量出待测样品的载流子复合寿命值。如图3所示，所述脉冲激光器5从微带天线7与探头10底端之间的间隙斜射入脉冲光线，照射在与微带天线7正对区域的样品表面上。这里所述样品具体是指放置在样品台9上的娃晶体样品。如图4所示，所述微带天线7采用聚四氟こ烯双面覆铜板，具体包括底层铜板、聚四氟こ烯板3、上层铜板4，底层铜板经腐蚀去掉周边一小圈覆铜区域，在中部形成ー个长方形的覆铜区域作为微波信号的传输面2，同轴线6内导体(中心铜线)从上方穿过上层铜板4及聚四氟こ烯板3中间小孔与底层铜板的传输面2相连，通过焊接形成一同轴馈线连接点，同轴线6外导体(外圈屏蔽层)与上层铜板4相连。工作时，传输面2正对样品，上层铜板4背对样品。采用这种微带天线能很好地满足微波信号的辐射和传输要求，满足载流子复合寿命测试仪对天线性能的需求。本实施例中聚四氟こ烯双面覆铜板的尺寸为长25mm,宽为14mm,高为4mm,双面分别是厚度为0. 05mm的覆铜面。如图5所示，所述脉冲光源驱动器包括脉冲发生电路、脉宽调节电路、缓冲电路、电流调节电路、末级开关驱动电路，由脉冲发生电路产生一固定频率为20Hz的方波信号，经脉宽调节电路对方波信号的脉冲宽度进行调节，然后经过缓冲电路増加其电流驱动能力，接着经过电流调节电路后进行第一级放大输出，最后输入末级开关驱动电路，推动开关电路，从而驱动脉冲激光器5工作。这种光源驱动器可将激光器的脉冲宽度调节在200ns-240ii s之间，脉冲下降时间可达25ns以下。本实施例中具体采用如图6所示的电路结构图来实现，所有电路均在印刷电路板上相连，脉冲发生电路由Ul (555定时器)组成一多谐振荡器，此振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响小，脉冲信号的频率及占空比由电阻R2、R3、R4及电容C2决定，频率设定为20Hz，脉冲信号输入到由U2 (⑶4528) 构成的单稳态触发器进行脉宽调节，输出的脉冲宽度W = (R8+R9) (C5a+C5b)，其中R8、C5a、C5b为固定值，通过调节Rpl令脉宽在200ns 600ns之间变化。经调节后的脉冲信号输入到U3(CD4041)构成的真/补码缓冲电路，取出真值信号，输出后的脉冲电流驱动能力增强，通过Rp2可调节输出脉冲信号的电流，经甚高频功率三极管BLVll进行进一步放大，放大后的脉冲信号推动射频功率晶体管MRF899，信号电压达26V时工作频率范围能过800 960MHz，保证了脉冲信号具有极速的下降时间(く 25ns)。如图7所示，所述数字示波器依据国际及国家标准中硅晶体载流子寿命的两种定义(体寿命和1/e寿命)，在原有的功能基础上增添了其光标自动跟踪测量模式，可按照选定的衰退比例，得到光电导指数衰减曲线上各种特定范围的时间读数，即可得出两种不同定义的寿命值并直接显示在屏幕上。例如在图7中，将光标移动到A点所在区域，即可直接在屏幕上显示出衰退时间和衰退比例。实施例2本实施例除下述特征外其他结构同实施例I :本实施例中聚四氟こ烯双面覆铜板的尺寸为长20mm，宽为12mm，高为2mm，双面分别是厚度为0. Olmm的覆铜面。实施例3本实施例除下述特征外其他结构同实施例I :本实施例中聚四氟こ烯双面覆铜板的尺寸为长30mm,宽为16mm,高为6mm,双面分别是厚度为0. Imm的覆铜面。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置換方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，其特征在于，包括箱体、立臂、探头、样品台，所述立臂、探头、样品台均设置在箱体上，探头安装在立臂的ー个端面上，探头中心与样品台中心对准，探头内包括微波源、环形器、检波器、脉冲光源驱动器、脉冲激光器和微带天线，所述宽带放大器位于箱体内，待测硅晶体样品放置在样品台上，所述微带天线在样品的正上方，微波源与环行器、微带天线、检波器之间通过同轴线连接；检波器、宽带放大器、数字示波器通过高频电缆依次连接，所述脉冲激光器倾斜放置。
2.根据权利要求I所述的微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，其特征在于，所述微带天线采用聚四氟こ烯双面覆铜板，具体包括底层铜板、聚四氟こ烯板、上层铜板，所述底层铜板经腐蚀去掉周边ー圈覆铜区域，在中部形成ー个长方形的覆铜区域作为微波信号的传输面，同轴线的中心铜线作为内导体从上方穿过上层铜板及聚四氟こ烯板的中间小孔与底层铜板的传输面相连，通过焊接形成一同轴馈线连接点，同轴线外圈屏蔽层作为外导体与上层铜板相连。
3.根据权利要求2所述的微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，其特征在于，所述聚四氟こ烯双面覆铜板的尺寸为长20-30mm,宽12_16mm,高2_6mm,双面分别是厚度为0. OfO. Imm的覆铜面。
4.根据权利要求I所述的微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，其特征在于，所述脉冲激光器从微带天线与探头底端之间的间隙斜射入脉冲光线，照射在与微带天线正对区域的样品表面上。
5.根据权利要求I所述的微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，其特征在于，所述脉冲光源驱动器包括脉冲发生电路、脉宽调节电路、缓冲电路、电流调节电路、末级开关驱动电路，由脉冲发生电路产生一固定频率的方波信号，经脉宽调节电路对方波信号的脉冲宽度进行调节，然后经过缓冲电路増加其电流驱动能力，接着经过电流调节电路后进行第一级放大输出，最后输入末级开关驱动电路，推动开关电路，从而驱动脉冲激光器エ作。
6.根据权利要求5所述的微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，其特征在于，所述脉冲发生电路产生的方波信号的频率为20Hz，，脉冲下降时间< 25ns，脉冲宽度可调节范围为200ns 240 ii S。
专利摘要本实用新型公开了一种微波反射无接触硅晶体载流子复合寿命测试仪，包括箱体、立臂、探头、样品台。探头内包括微波源、环形器、检波器、宽带放大器、脉冲光源驱动器、脉冲激光器和微带天线。宽带放大器位于箱体内，待测硅晶体放置在样品台上，微带天线在硅晶体的正上方，微波源与环行器、微带天线、检波器之间通过同轴线连接，检波器、宽带放大器、数字示波器通过高频电缆依次连接。所述脉冲激光器发射的激光倾斜照射在样品上，微带天线发射并接收微波信号，然后接收的微波信号被检波器检出并输入到宽带放大器输入端，数字示波器动态测量出待测样品的载流子复合寿命值。本实用新型具有体积小、重量轻、功耗小、成本低的优点。
文档编号G01R31/26GK202433489SQ201120545038
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者冯小明, 李俊生, 王昕 , 田蕾, 钟雄 申请人:广州市昆德科技有限公司