一种pn结瞬时电容能谱测量方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及脉冲发生W及波形测量的自动化控制领域，具体设及一种可用于太阳 电池结电容、太阳电池深能级缺陷和M0S器件等等具有电容结构的器件的测试和分析的PN 结瞬时电容能谱测量方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着半导体生产工艺的进步，对半导体材料的性能要求更加严格。在对于半导体 材料的进一步研究中，晶体结构缺陷，杂质原子造成的缺陷和杂质-缺陷络合体都会在能 带中形成深能级缺陷。因此对深能级缺陷及其造成的影响的研究必不可少，相关的检测系 统也显得尤为重要。
[000引 W太阳电池为例，在生产和制备太阳电池的过程中，半导体材料的晶格空位、晶格 填隙和晶格替位会引入缺陷。此外太阳电池的各层薄膜之间的相互扩散也会引入外来的杂 质原子，该些杂质原子自身W及杂志原子与晶格点缺陷所形成的络合物都会给器件引入缺 陷。一般地，潜能级缺陷不会对器件的效率造成影响，而深能级缺陷会形成复合中屯、，从而 促进电子-空穴对的复合，导致了太阳电池效率的降低。因此，对太阳电池深能级缺陷的测 试和评价，对太阳电池的研究有很重要的指导意义。
[0004] 太阳电池的深能级缺陷测试和评价是通过对PN结结电容的瞬时变化的测试，结 合半导体理论，推导出深能级缺陷的类型、浓度和俘获截面等参数。由于缺陷的复合过程在 10到20毫秒内就会完成，而传统的数字电桥（LCRmeter)比如HP4275A和Agilent4284A 的测量极限是30到50毫秒。该意味着缺陷复合先于数字电桥的测试完成。因此，传统的数 字电桥不能用于太阳电池的结电池的瞬时电容测试。常见的太阳电池深能级缺陷测试手段 是导纳谱测试（A血ittanceSpectroscopy)、光致发光（Photoluminescence)、光致瞬变电 流谱（陆otoInducedQirrentTransientSpectroscopy)、深能阶暂态光谱学（DeepLevel TransientSpectroscopy)。但是，该些测试手段设及到昂贵的实验仪器，单色激光光源，超 低温的实验条件等等。
[0005] 因此，采用常见的测试仪器在易得的实验条件和实验环境中进行精确地瞬时电容 谱测量，在缺陷测试和分析领域极其重要。
【发明内容】
[0006] 针对上述技术问题，本发明目的是：提供一种PN结瞬时电容能谱测量方法和系 统，该方法采用实验室普遍拥有的测试设备，W室温为本底温度的环境下进行，能对器件的 瞬时能谱完成精确地测量，测试极限有了很大的提高。
[0007] 本发明的技术方案是：一种PN结瞬时电容能谱测量系统，包括通过GPIB数据接口 与计算机连接的信号发生模块、信号放大模块和信号采集模块，所述信号发生模块和信号 放大模块的另一端与信号采集模块连接； 所述信号发生模块可W发出可变脉冲信号； 所述信号放大模块用于将被测材料输出的电流信号经放大后转化为电压信号； 所述信号采集模块用于采集标准数据和测试数据； 所述计算机安装有电子仪器控制环境，用于控制、处理数据和显示。
[0008]进一步的，瞬时电容值的计算公式为
【主权项】
1. 一种PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，包括通过GPIB数据接口与计算机 连接的信号发生模块、信号放大模块和信号采集模块，所述信号发生模块和信号放大模块 的另一端与信号采集模块连接； 所述信号发生模块可以发出可变脉冲信号； 所述信号放大模块用于将被测材料输出的电流信号经放大后转化为电压信号； 所述信号采集模块用于采集标准数据和测试数据； 所述计算机安装有电子仪器控制环境，用于控制、处理数据和显示。
2. 根据权利要求1所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，瞬时电容值的计 算公式为
其中，（dVg)/dt为信号发生模块发出的脉冲信号电压变化率，V wt 为经过放大电路后得到的电压值，A为电流放大器放大倍数。
3. 根据权利要求1所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，所述可变脉 冲信号为电压信号波，所述电压信号波为在一定的偏压下，周期为lO-lOOOus，幅值为 100-300mV，电压变化期间范围是上升下降沿为0到半周期长的脉冲电压信号。
4. 根据权利要求3所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，所述脉冲电压信 号的波形可以是方波、梯形波或者三角波。
5. 根据权利要求3所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，所述脉冲电压信 号的偏压可调、周期可调、电压幅值可调、上升下降沿（电压变化期间）可调。
6. 根据权利要求3所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，对于太阳电池测 试，偏压为是-3V-0V，周期为100-500us，电压峰峰值为100-300mV。
7. 根据权利要求6所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，所述偏压为-IV， 周期为lOOus，上升下降沿（电压变化期间）分别为30us，电压峰峰值的幅值为200mV。
8. 根据权利要求1所述的PN结瞬时电容能谱测量系统，其特征在于，所述信号采集模 块为双通道数字示波器。
9. 一种PN结瞬时电容能谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将信号发生模块、信号放大模块和信号采集模块通过GPIB接口分别与计算机相 连；将信号发生模块、信号放大模块分别与信号采集模块相连； (2) 初始化设备，包括选择电容测量量程和示波器量程，控制电流放大器的放大倍数； 设定参数，准备测试； (3) 控制脉冲发生器输出脉冲信号，在计算机中存入示波器测得的数据，算出具体电容 值，绘制电容变化曲线，计算瞬时电容值。
10. 根据权利要求9所述的PN结瞬时电容能谱测量方法，其特征在于，瞬时电容值的计 算公式为
，其中，（dVg)/dt为信号发生模块发出的脉冲信号电压变化率，V wt 为经过放大电路后得到的电压值，A为电流放大器放大倍数。
【专利摘要】本发明公开了一种PN结瞬时电容能谱测量系统，包括通过GPIB数据接口与计算机连接的信号发生模块、信号放大模块和信号采集模块，所述信号发生模块和信号放大模块的另一端与信号采集模块连接；所述信号发生模块可以发出可变脉冲信号；所述电流转换模块用于将被测材料输出的电流信号经放大后转化为电压信号；所述信号采集模块用于采集标准数据和测试数据；所述上位机为安装有电子仪器控制环境的计算机，用于控制、处理数据和显示。所用的电子测量仪器是实验室常见的成本较低的设备，测量环境是以室温为本底，逐渐升高温度，避免了用液氮、液氦等提供超低的测量温度和测量环境。可以应用于各种具有电容性质的器件。
【IPC分类】G01R27-26, H01L21-66
【公开号】CN104766809
【申请号】CN201510140554
【发明人】吴京锦, 赵策洲, 刘晨光
【申请人】西交利物浦大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月27日