光子重吸收对硅片的光载流子辐射特性影响的理论研究.PDF

物 理 学 报   Acta  Phys.  Sin.   Vol. 68, No. 4 (2019)    047201     光子重吸收对硅片的光载流子辐射 特性影响的理论研究* 王谦     刘卫国    巩蕾    王利国    李亚清    刘蓉† (西安工业大学光电工程学院, 西安　710021) (收到; 收到修改稿) 光载流子辐射技术已广泛应用于半导体材料性能的表征, 本文基于一种包含光子重吸收效应的光载流 子辐射理论模型, 对单晶硅中光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响进行了详细的理论分析. 分析结果 表明, 光子重吸收效应对光载流子辐射信号的影响主要取决于样品掺杂浓度、过剩载流子浓度和过剩载流 子的分布. 由于过剩载流子浓度及其分布与材料电子输运特性密切相关, 电子输运参数的变化将导致光子重 吸收效应的影响随之变化. 文章进一步分析了光子重吸收效应对具有不同电子输运特性的样品的电子输运 参数的影响, 并提出了减小光子重吸收效应影响的方法. 关键词：光载流子辐射, 光子重吸收, 电子输运参数, 自由载流子吸收, 硅片 PACS ：72.20.Jv, 42.25.Bs, 78.20.nb 　DOI: 10.7498/aps.68 1   引　言 测区域内光激发过剩载流子的辐射复合发光, 材料 体内的辐射光子将在材料内部传输一段距离后到 半导体材料的电子输运特性, 如少子寿命 ( )、 达并透射出材料表面被探测装置 (如探测器或相 载流子扩散系数 (D)和表面复合速率 (S)对于模 机)收集和探测, 辐射光子在向材料表面传输的过 拟和分析光电探测器、太阳能电池等半导体器件的 程中不可避免地要被材料重新吸收, 如带间吸收和 [1] 性能是至关重要的 . 迄今为止, 用于测量表征半 带内自由载流子吸收. 对于间接带隙半导体材料, 导体材料特性的非接触无损伤检测方法多种多样, 如硅, 当掺杂浓度较低时, 辐射复合光子的重吸收 [2] 如光电导衰减 (photoconductance decay)技术 、 系数较小, 光子重吸收 (photon reabsorption, [3,4] 光致发光 (photoluminescence)技术 、光声光热 PR)对PCR信号的影响较小, 因此, 传统的光载 [5−8] (photoacoustic and photothermal)技术 等. 流子辐射技术往往忽略了PR对测量结果的影 光载流子辐射 (photocarrier radiometric,