[發明專利]一種表面陷阱能級分布的測量裝置及光電導分析方法

有效

• 申請號: 201711470872.4
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108196178B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 曾慧中;何鵬;何月;周瑤;張萬里
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 51203 電子科技大學專利中心
• 代理人: 甘茂

本發明屬于陷阱能級分布測量領域，提供一種表面陷阱能級分布測試裝置及光電導分析方法，用以實現樣品表面陷阱能級分布測量。本發明測試裝置，包括真空恒溫腔體、真空泵、溫度控制系統、固體激光器、數字電壓電流源表及計算機；通過數字電壓電流源表在待測樣品兩端施加一個恒定的預設電壓，測量得到暗電流；然后，開始光電導測試，測量得到光電衰減曲線；最后根據光電導衰減曲線計算樣品表面陷阱能級分布。本發明中恒溫腔體提供一個黑暗、恒溫的真空環境，使整個測量過程中有效避免溫度、氣氛和外界光源的干擾，大大提高測量精度；同時采用亞禁帶激光激發得到的光電導曲線，能夠準確反應禁帶內缺陷分布，排除本征缺陷的影響。

技術領域

本發明屬于陷阱能級分布測量領域，具體涉及一種表面陷阱能級分布測試裝置及光電導分析方法。

背景技術

隨著工業化的發展和科技的進步，過渡金屬氧化物材料在半導體產業中有著十分重要的地位。材料的物理性能與表面結構密切相關，表面結構的變化必然引起材料物理性能的改變，在材料的表面引入缺陷可以顯著的改善材料的物理性能；而過渡族金屬氧化物具有結構與價態的多樣性，對缺陷的引入有很大的包容性，因此成為表面改性的主要研究對象。離子注入是表面改性常用的一種方法，而低能離子轟擊具有滲透深度小，可控程度高以及操作簡單的優點；低能離子轟擊在材料表面引入缺陷，從而改變材料的物理性能，從而應用于壓電轉換器，易失存儲器和高電子遷移率晶體管器件等。

目前，探測缺陷分布的方法主要有深能級瞬態譜、熱激電流譜、熱激電容譜和熱電效應譜，這幾種電學探測缺陷的方法能夠較好的得到缺陷的信息，但是它們的不足在于需要在測試區域表面覆蓋一個電極用于測量，從而失去了繼續改性或者加工為器件的可能性。

光激發現象也是探索半導體缺陷分布的有效手段，通過非接觸的方式測量材料表面陷阱能級分布，測試電極在表面溝道的兩端，測量之后還可以繼續改性或者集成器件。如公開號為：CN 104714165 B、發明名稱為：界面陷阱能級分布的光電導分析方法的發明專利中公開了一種界面陷阱能級分布的光電導分析方法，該發明基于肖特基結構，采用大于禁帶寬度能量的激光照射被測樣品，在大氣環境下的測試，適用于兩種材料的界面；然而，針對材料表面陷阱能級分布的測量則不能在大氣的環境中進行，因為樣品表面的氣體吸附會影響測量的準確性；并且，材料的單一表面無法形成肖特基勢壘接觸，使得該方法不能準確反映樣品表面的信息，不再適用。基于此，本發明提供一種表面陷阱能級分布測試裝置及光電導分析方法。

發明內容

本發明的目的在于針對以上技術背景存在的不足，提出一種在真空黑暗環境中用光子能量小于樣品禁帶寬度的激光激發測量表面陷阱能級分布的裝置及光電導分析表面陷阱能級分布的方法；本發明能夠在不同溫度下測量樣品表面陷阱能級分布，真空黑暗環境測量能夠有效的避免表面氣體吸附和外界光源對測量的影響，采用光子能量小于樣品禁帶寬度的激光激發能夠避免本征激發對結果的分析、從而準確的分析表面陷阱能級在禁帶內的分布。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種表面陷阱能級分布測試裝置，包括真空恒溫腔體、真空泵、溫度控制系統、固體激光器、數字電壓電流源表及計算機；其特征在于，所述真空恒溫腔體內形成黑暗環境、并設置有用于放置待測樣品的樣品臺；所述真空泵用于真空恒溫腔體抽真空；所述溫度控制系統用于調節待測樣品溫度；所述固體激光器用于提供光子能量小于樣品禁帶寬度的激光、通過光纖傳輸照射待測樣品表面；所述數字電壓電流源表用于提供恒定電壓源、通過探針施加于待測樣品，并測量待測樣品兩探針之間的電流值；所述計算機用于采集待測樣品兩探針之間的電流值、并進行數據處理后輸出測試結果。

基于上述表面陷阱能級分布測試裝置的光電導分析方法，其特征在于，包括以下步驟：