ICS 77. 040 YS H 21 中华人民共和国有色金属行业标准 YS/T 679 -2018 代替YS/T679—2008 非本征半导体中少数载流子扩散 长度的测试表面光电压法 Test methods for minority carrier diffusion length in extrinsic semiconductorsSurface photovoltage method 2018-10-22 发布 2019-04-01实施 中华人民共和国工业和信息化部 发布 YS/T679—2018 目 次 前言 II 1范围 2规范性引用文件 3 术语和定义· 方法原理… 4 干扰因素 6 试剂· 1 设备· 8 样品· 9 校准· 10 测试步骤及计算 11 精密度 16 12 试验报告 16 附录A（规范性附录） 铁含量的测定……· 17 附录B(资料性附录） SEMIMF391-0310中关于精密度和偏差的描述 YS/T679—2018 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准代替YS/T679一2008《非本征半导体中少数载流子扩散长度的稳态表面光电压测试方法》。 本标准与YS/T679一2008相比，主要技术变动如下： -将标准名称《非本征半导体中少数载流子扩散长度的稳态表面光电压测试方法》修订为《非本征 半导体中少数载流子扩散长度的测试表面光电压法》； 一“范围”中增加了本标准中的方法可用于测试硅中铁含量以及太阳能电池和其他光学器件的有 效扩散长度（见第1章，2008版第1章）； 2008版第1章）； ——规范性引用文件中删除了GB/T1552，增加了GB/T1551、GB/T6624、SEMIMF391-0310（见 第2章，2008版第2章）； -增加了术语和定义（见第3章)； 增加了方法3数字示波器记录法，包括其方法原理、干扰因素、设备、校准、测试步骤及计算等 （见4.4、5.10、7.2、9、10.3)； 将2008版的“意义和用途”中4.1、4.2、4.6的内容修改为“干扰因素”，删除了4.3、4.4、4.5（见 5.10、5.11和5.12,2008版第4章）； -将2008版的7.1"倘若使用其他级别的试剂，首先证明该试剂具有足够高的纯度，不会降低测 量的准确性时，才允许使用”列为“干扰因素”（见5.13，2008版7.1)； 一将试剂章节列在设备章节前（见第6章，2008版第7章）； 修改了水的纯度要求，增加了浓硝酸、浓氢氟酸、冰醋酸的浓度（见6.2、6.3，2008版7.2、7.3)； 删除了危害（见2008版第8章）； 一增加了样品表面的要求（见8.1)； -将不同方法的测试程序和计算合并为一章“测试步骤及计算”（见10.1、10.2，2008版11、12、15 和16)； 一根据试验情况，增加了精密度，并将原标准中方法一、方法二的“精密度和偏差”改为“资料性附 录BSEMIMF391-0310中关于精密度和偏差的描述”（见11、附录B2008版第14章、第18 章); 增加了规范性附录A铁含量的测定（见附录A)。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243)提出并归口。 本标准起草单位：有研半导体材料有限公司、瑟米莱伯贸易（上海）有限公司、上海合晶硅材料有限公 司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、南京国盛电子有限公司、天津市环欧半导体材料技术有限公司。 本标准主要起草人：卢立延、孙燕、潘紫龙、黄黎、徐红骞、徐新华、张海英、骆红、张雪。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： YS/T679—2008。 II YS/T6792018 非本征半导体中少数载流子扩散 长度的测试表面光电压法 1范围 本标准规定了非本征半导体材料中少数载流子扩散长度的测试方法，包含稳态光电压法、恒定光通 量法和数字示波器记录法。 本标准适用于非本征半导体材料，如硅单晶片或相同导电类型重掺衬底上沉积的、已知电阻率的同 质外延层中的少数载流子扩散长度的测试，测试样品（外延层）的厚度大于扩散长度的4倍。本标准可测 试样品的电阻率和载流子寿命的极限尚未确定，但已对电阻率0.1cm～502·cm、载流子寿命短至 2ns的P型和N型硅样品进行了测试。本标准还可通过测试扩散长度后计算出硅中的铁含量，具体见 附录A。 本标准也可用于测试其他半导体材料，如砷化镓样品（需同时调整相应的光照波长（能量）范围和样 品制备工艺)等的有效扩散长度，评价晶粒间界垂直于表面的多晶硅样品中的有效扩散长度，还可用于测 试硅片洁净区宽度，以及太阳能电池和其他光学器件的有效扩散长度。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T1551硅单晶电阻率测方法 GB/T1553硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰减法 GB/T6616半导体硅片电阻率及硅薄膜薄层电阻测试方法 非接触涡流法 GB/T6618硅片厚度和总厚度变化测试方法 GB/T6624硅抛光片表面质量目测检验方法 GB/T11446.1—2013电子级水 GB/T14264半导体材料术语 GB/T14847重掺杂衬底上轻掺杂硅外延层厚度的红外反射测量方法 SEMIMF391-0310非本征半导体中少数载流子扩散长度的稳态表面光电压测试方法（Testmeth ods for minority carrier diffusion dength in extrinsic semiconductors by measurement of steady-state surfacephotovoltage) 3术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 表面光电压SPVsurfacephotovoltage 半导体材料样品中由于外界脉冲或者光照激发产生电子空穴对并扩散到表面，由耗尽区电场将其分 1 YS/T679—2018 离，进而在样品表面产生的电压。 3. 2 扩散长度Lpdiffusionlength 由外界引起的非平衡少数载流子从产生到被复合掉的时间里，少数载流子从样品表面向体内扩散的 平均深度。理想的扩散长度仅是样品体内复合的函数，与表面复合无关。 3.3 有效扩散长度Loeffectivediffusionlength 由于各种原因造成测试结果偏离理想的扩散长度LD时，实际测试得到的扩散长度。例如测试很薄 的晶片或外延层、表面存在PN结或高低结的样品、砷化镓等其他半导体材料或硅片洁净区宽度等情况 时，得到的为有效扩散长度。 4方法原理 4.1总则 本方法建立在测量表面光电压的基础上，而表面光电压作为人射光波长（能量）的函数。本标准包括 3种非破坏性的测试方法，即方法1-——稳态表面光电压法（CMSPV）；方法2——恒定光通量法 (LPVCPF)或称线性光电压法；方法3一数字示波器记录法(DOR）。 4.2方法1稳态表面光电压法 4.2.1用能量稍大于半导体样品禁带宽度的斩波单色光照射样品表面，产生电子空穴对，由耗尽区电场 将其分离并扩散到样品的表面，产生SPV。耗尽区可以由表面态、表面势垒、P-N结或液态结形成。 4.2.2SPV信号被电容耦合或直接连接到锁相放大器中进行放大与测量。 4.2.3对所有光照能量范围调节光强度得到相同的SPV值。 4.2.4对每一选择能量，由光强对能量吸收系数的倒数作图。将所得直线外推到零光强处，其负的截距 值就是有效扩散长度。 4.2.5利用从探测器到光源的反馈回路，以及一个为单色仪配备的步进马达能够实现自动化测量。 4.3方法2恒定光通量法 的。 4.3.2由一组窄带滤波器在线性SPV范围内、且恒定的光通量下产生单色光，对一系列选定的能量大 于半导体样品禁带宽度的光子产生的SPV进行测量。 4.3.3用随光子能量单调增加的SPV值的倒数对所选择的相应样品的吸收系数的倒数作图。 4.3.4拟合的直线被外推到零光强处，负的截距值就是有效扩散长度。为消除表面复合作用的干扰，分 析决定单调变化区域以外的值是否舍弃。 4.3.5采用在探针下移动样品的方法能够以小面积的接触测量SPV，做出扩散长度的区域图。 4.3.6滤光盘和样品台上安装步进马达可以实现自动化测量，不需将信号反馈到光源。 4.4方法3数字示波器记录法 4.4.1用红外辐射矩形脉冲照射样品表面。 4.4.2脉冲SPV信号由电容耦合进人高输人阻抗放大器并进人数字示波器。 4.4.3辐射脉冲的持续时间应大于信号上升沿持续时间的3倍，脉冲间隔应大于下降沿持续时间的3 2 YS/T679—2018 倍。为了得到正确的SPV的脉冲振幅和形状，测试电流的持续时间应大于该脉冲完整持续时间的3倍。 4.4.4通过一个指数函数上升沿的回归来确定稳态的SPV，这个函数的振幅即稳态的SPV。 4.4.5红外辐射辐照度的几个数值也可推断出稳态的SPV。 4.4.6用幂函数法对依赖于红外辐射辐照度的稳态SPV进行回归，原点就是这个函数的导数值。 4.4.7通过多个不同波长在原点处的导数值可计算出有效扩散长度。 5干扰因素 5.1测试结果的准确性取决于吸收系数作为光子能量（波长)函数的精确再现： a）表面应力强烈影响吸收特性。本标准中的测试方法提供的吸收系数适用于如外延层和释放了 应力的化学或化学机械抛光的表面； b）自由载流子吸收可影响长波长下的SPV测量，因此本标准不适用于重掺硅片； 吸收系数与温度直接相关，因此载流子寿命和扩散长度是温度的