半导体太阳能电池受辐照后的少子寿命 06300190086 周敏 物理学系 指导老师：陆昉 望道中期报告

研究目的意义 实验原理 初步的实验结果 下一步的研究计划 望道中期报告

望道中期报告 方波脉冲测量 存储时间，　下降时间 取近似 可用公式

望道中期报告 正弦信号 测量 在满足条件 下可由公式 得出少数载流子寿命 。 . 测量 GaAs时,还要除 去电容性导电的影响

实验电路图 方波脉冲可变参量: 串联电阻 正向偏压 反向偏压 正弦波可变参量 信号幅值 实验电路图 信号频率 望道中期报告 实验电路图 方波脉冲可变参量: 串联电阻 正向偏压 反向偏压 正弦波可变参量 信号幅值 信号频率 我们先测量普通Si二极管的少数载流子寿命然后测GaAs太阳能电池pn结 R 实验电路图

Si(方波脉冲)—改变正反向电压结果 实验误差的来源有公式的拟合。取 T 望道中期报告 反向V(r) 正向V(f) 5 830.4 948.1 4.6 838.2 931.6 4.2 837.7 942.9 3.8 856.4 957.8 3.4 859.5 967.4 3 879.3 981 2.6 881.6 986.1 2.2 895.5 1004.4 1.8 909.5 1026.7 1.4 926 1011.1 1 833.4 改变电阻对结果影响不大，正反向电压线形拟合结果有差别，正向拟合线形好。所采用的拟合公式本来就不是精确解，从电荷控制方程出发对边界条件的选取都是近似，文献指出从连续性方程出发克的精确解。

取 对每一组正反向电压曲线求解，误差大。 线形拟合，正反向电压线形拟合结果有差别，正向拟合线形好。 结果分析：改变电阻对结果影响不大。所采用的拟合公式本来就不是精确解，从电荷控制方程出发对边界条件的选取都是近似，文献指出从连续性方程出发可得精确解，但含不易测量参数。 取 对每一组正反向电压曲线求解，误差大。 线形拟合，正反向电压线形拟合结果有差别，正向拟合线形好。 所有的方波脉冲实验表明，此Si样品的少数载流子寿命能确定在900~1000ns 总的说来，改变正向电压组根据公式直接得出的结果总体大于改变反向电压组。但与If/Ir无关。 望道中期报告

Si(正弦信号)—改变幅值 和频率 考虑电源内阻，串联电阻影响可忽略 满足条件 （前五组） 望道中期报告 Si(正弦信号)—改变幅值 和频率 考虑电源内阻，串联电阻影响可忽略 满足条件 （前五组） 增大幅值，结果接近方波脉冲。频率影响不大，可用该法测GaAs二极管。 5 7.79E-07 10 8.55E-07 4.5 7.75E-07 15 4 7.62E-07 20 9.09E-07 3.5 7.44E-07 25 8.98E-07 3 7.17E-07 30 8.91E-07 2.5 6.93E-07 35 2 5.89E-07 40 1.5 3.22E-07 45 8.31E-07 1 -3.54E-07 50 8.34E-07 正弦信号测量该二极管的结果与方波脉冲接近，幅值增大效果好，与文献描述要求十伏量级相符。可应用于测量GaAs太阳能电池pn结

GaAs(方波脉冲)：没有反向存储时间 ，不能测量！ 望道中期报告 GaAs(方波脉冲)：没有反向存储时间　，不能测量！　

望道中期报告 GaAs(正弦波)—改变频率、电阻 电容效应难以消去。 电容影响效应很大

GaAs-正弦信号测量结果 所有的数据都满足条件 望道中期报告 GaAs-正弦信号测量结果 R Ep f(kHz) wt Ir/If 20 5 8 1.31E-06 0.0656 0.08411 40 1.45E-06 0.0728 0.09333 60 1.80E-06 0.0907 0.11628 4 1.49E-06 0.0748 0.10318 1.73E-06 0.05442 0.06977 6 1.43E-06 0.05379 0.06897 7 1.44E-06 0.06349 0.0814 1.62E-06 0.08163 0.10465 9 1.60E-06 10 1.88E-06 0.11791 0.15116 11 1.86E-06 0.12847 0.16471 正弦测量要求幅值达十伏量级结果较好，实验中幅值变大接近方波脉冲。 所有的数据都满足条件 由于电容效应很大导致读取数据的困难，会引进很大误差。实验选取幅值最大，电阻和频率可调节到最佳状态进行测量 。因此，估计该GaAs样品的少子寿命1.5~2us

下一步研究计划 用正弦信号测量受不同辐照的GaAs太阳能电池样品的少数载流子寿命，分析辐照对其寿命的影响以为进一步研究其与太阳能电池效率关系 参阅文献就正弦信号测量二极管少数载流子寿命的原理可从理论上分析试验结果及误差，改进测量结果 主要以理论工作为主 望道中期报告

参考文献 刘恩科，朱秉升，罗晋生等，半导体物理学（第6版），北京：电子工业出版社，2003.8 刘树林，张华曹，柴常春，半导体器件物理，北京：电子工业出版社，2005.2 RAYMOND H.DEAN,CHARLES　J.NUESE,”A Refined Step-Recovery Technique for Measuring Minority Carrier Lifetimes and Related Parameters in Asymmetric p-n Junction Diodes”.IEEE,NO.3,1971 E.M.Pell,”Recombination Rate in Germanium by Observation of Pulsed Reverse Characteristic” Physics Revies,Vol 90,Num 2.1953.4 崔国庆等，阶越反向恢复法测量PIN二极管少子寿命，电子器件，2004.12 崔国庆，王建华，黄庆安，秦明，PIN二极管少子寿命测试方法，电子器件，2004.6 王渭源，用阶越恢复法测定砷化镓结型（p-n和m-s结）两极管的载流子寿命，物理学报，1979.5 Harmonic Generation, Rectification, and Lifetime Evaluation with the Step Recovery Diode. Stewart M. Krakauert, member, IRE 望道中期报告

Thank you!! Q&A 望道中期报告

Step pn junction 望道中期报告

望道中期报告 正向偏压下的pn结 正向偏压时pn结势垒变化 正向注入非平衡载流子

望道中期报告 反向偏压下的pn结 pn结的反向抽取作用

方波脉冲测量 正弦信号 测量 由电荷控制方程出发： 存储时间， 下降时间 取近似 可用公式 测量 GaAs时,还要除 去电容性导电的影响 望道中期报告 方波脉冲测量 由电荷控制方程出发： 存储时间，　下降时间 取近似 可用公式 正弦信号 测量 文献综述：介绍原理和背景，研究状况。即方波脉冲测量有比较丰富的经验参考，但此方法也未能准确测出载流子寿命，误差来源于理论公式的推导，从电荷控制方程出发。本实验仍就由该法测普通二极管得出初步结果，再测太阳能电池。有文献指出，直接从连续性方程出发可得精确解，但含不易测未知参数，文献已找到，可作为下一个研究方向。 测量 GaAs时,还要除 去电容性导电的影响

望道中期报告 Si（方波脉冲）—改变串联电阻 考虑到电源内阻的影响，实验中将串联电阻固定为 R=300 并消除了过充电流影响。

Si(方波脉冲)—改变正向电压 望道中期报告 V(f) V(r) Ts/ln(1+If/Ir) If/Ir 5 1 948.1 2.34 4.6 931.6 2.18 4.2 942.9 1.94 3.8 957.8 1.71 3.4 967.4 1.50 3 981.0 1.27 2.6 986.1 1.06 2.2 1004.4 0.83 1.8 1026.7 0.59 1.4 1011.1 0.38 833.4 0.16

Si(方波脉冲)—改变反向电压 望道中期报告 V(f) V(r) Ts/ln(1+If/Ir) If/Ir 5 830.4 0.71 4.6 838.2 0.77 4.2 837.7 0.83 3.8 856.4 0.90 3.4 859.5 0.99 3 879.3 1.09 2.6 881.6 1.2 2.2 895.5 1.3 1.8 909.5 1.6 1.4 926.0 1.9 1 948.1 2.3 Si(方波脉冲)—改变反向电压

Si(正弦信号)—串联电阻和改变幅值 考虑电源内阻，串联电阻影响可忽略 满足条件 （前五组） 增大幅值，结果接近方波脉冲 望道中期报告 40 满足条件 （前五组） 增大幅值，结果接近方波脉冲 40 60 5 7.79E-07 0.226 0.25 4.5 7.75E-07 0.26 4 7.62E-07 0.27 3.5 7.44E-07 0.28 3 7.17E-07 0.29 2.5 6.93E-07 0.33 2 5.89E-07 0.36 1.5 3.22E-07 0.37 1 -3.54E-07 0.49

Si(正弦波)—改变频率 小结：正弦波测量结果与方 波脉冲比较相对偏小，对公 式的来源及其准确程度还有 待进一步推导。该测量结果 望道中期报告 Si(正弦波)—改变频率 f/kHz Vf Vr t wt If/Ir 5 10 3.84375 0.25 8.55E-07 0.05373 0.06504 15 0.375 0.08059 0.09756 20 0.53125 9.09E-07 0.11417 0.13821 25 0.65625 8.98E-07 0.14103 0.17073 30 0.78125 8.91E-07 0.16789 0.20325 35 0.875 0.18804 0.22764 40 1 0.21491 0.26016 45 1.09375 8.31E-07 0.23505 0.28455 50 1.21875 8.34E-07 0.26192 0.31707 小结：正弦波测量结果与方 波脉冲比较相对偏小，对公 式的来源及其准确程度还有 待进一步推导。该测量结果 只能给出近似。