CN106980078B - 一种少子寿命测试仪探头和少子寿命测试仪 - Google Patents

Abstract

一种少子寿命测试仪探头和少子寿命测试仪，属于半导体少子寿命测试技术领域，所述探头包括外壳体和探测体，其特征在于，外壳体中部设置圆柱形空腔，圆柱形空腔左右两侧对称设置与之相通的导线管路，导线管路下端设置与之相通的激光器容纳室，激光器容纳室内侧端部设置激光照射通道；探测体由上到下设置导线容纳段和探针夹持段，探针夹持段内部前后对称设置固定夹持件，固定夹持件内夹持探针，所述测试仪包括控制模块以及与控制模块电连接的供电模块、AD采集模块和计数模块，本发明的有益效果是，所述少子寿命测试仪探头整体结构稳定、布置紧凑合理，所述测试仪便携性更强，测试的准确性更高，适于推广应用。

Description

一种少子寿命测试仪探头和少子寿命测试仪

技术领域

本发明涉及半导体少子寿命测试技术领域，尤其涉及一种少子寿命测试仪探头和少子寿命测试仪。

背景技术

少数载流子寿命(简称少子寿命)是半导体材料的一项重要参数,它对半导体器件的性能、太阳能电池的效率都有重要的影响。半导体材料的少子寿命是评估半导体材料的重要参数之一。作为工艺调整以及材料区分的依据,少子寿命的准确测量具有重要的实际意义。

微波光电导衰退法测试少子寿命，包括光注入产生电子-空穴对和微波探测信号的变化两个过程。激光注入产生电子-空穴对，样品电导率增加，当撤去外界光注入时，电导率随时间指数衰减，这种趋势放映了少子的衰减趋势，则可以通过观测电导率随时间变化的趋势可以测少子的寿命。

现有的测试设备存在以下问题：第一，由于探头采用非接触式测量，即采用涡流法采集激光器照射时的电阻率变化，适用于薄片类半导体的测量，而且当测量含不平整表面的样品时，不平整表面填充的载流子经过较长时间后才能释放出来，使测量得出的结果不准确，误差大；第二，市场上大多为进口设备，价格昂贵且后期维修技术受限；第三，现有探头体积大，呈圆柱形，使用时需要把被测硅料搬到操作台上进行测量，一手持探头接触硅料，一手持鼠标操作上位机，探头一般是固定在操作台上，主机体积和重量大，不能随意移动，使用不方便。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种少子寿命测试仪探头和少子寿命测试仪，有效解决了目前测试少子寿命用探头和测试仪体积大、使用不方便，而且大都为非接触式测量以及测量半导体材料表面不平整使测量误差大的问题，目的在于，提供一种少子寿命测试仪探头和少子寿命测试仪，运用微波光电导衰退法的原理进行了结构设计，使所述探头可手持任意方向移动，由主机控制激光器控制注入的光源，同时使内部的两个探针接触半导体材料，实时测量探针两端电压的变化情况，来提高测量的准确性。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述少子寿命测试仪探头，包括探头本体，探头本体的一端电连接设置有主机，所述探头本体包括外壳体和探测体，其特征在于，所述外壳体中部设置圆柱形空腔，圆柱形空腔与探测体相配合，圆柱形空腔的左右两侧对称设置有与之相通的导线管路，导线管路与圆柱形空腔之间设置有手持部，导线管路下端设置与之相通的激光器容纳室，激光器容纳室内安装有激光器，激光器容纳室内侧端部设置激光照射通道，激光照射通道与圆柱形空腔底部相通；所述探测体设置为圆柱形，由上到下设置有导线容纳段和探针夹持段，探针夹持段内部前后对称设置有固定夹持件，固定夹持件内夹持有探针。

进一步地，所述外壳体设置为左右对称的扁平塑料壳体，外壳体上的手持部设置为半圆形空腔，外壳体内部的激光器容纳室与圆柱形空腔之间的夹角设置为0°~90°。

进一步地，所述圆柱形空腔左右两侧的激光照射通道之间的交点与两探针之间的中间位置重合。

进一步地，所述导线容纳段和探针夹持段以螺旋连接方式相连，探针夹持段内卡接有扁平的固定夹持件，固定夹持件包括夹持架，夹持架上端设置有导线焊接部，导线焊接部与恒流源电路的输出端和AD采集模块相连，所述夹持架内部设置有弹形部件，弹形部件下端与探针接触。

进一步地，所述夹持架下部对称设置有向内弯折的夹持支脚。

进一步地，所述导线容纳段外部设置有防滑纹。

一种包括所述探头的少子寿命测试仪，还包括主机，所述主机设置为长方体，其长度设置为118mm~122mm，宽度设置为86mm~88mm，高度设置为36mm~38mm，包括控制模块以及与控制模块电连接的供电模块、AD采集模块和计数模块。

进一步地，所述供电模块包括恒流源电路、稳压驱动电路、开关频率控制电路，恒流源电路的输出端与探测体电连接，稳压驱动电路的输出端与开关频率控制电路的输入端连接，开关频率控制电路与控制模块电连接，开关频率控制电路的输出端与激光器电连接；所述AD采集模块与探测体电连接，包括模拟输入端口和供电端口，模拟输入端口与控制模块电连接，供电端口与稳压驱动电路的输入端相连。

进一步地，所述恒流源电路包括相互并联的LM358双运算放大器、MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及分别与第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻串联的光电耦合开关，光电耦合开关分别与控制模块电连接；所述稳压驱动电路包括电压输入端、电压输出端和含5个引脚的可调稳压芯片，所述电压输入端与可调稳压芯片的VIN引脚连接，可调稳压芯片的SWITCH引脚与电压输出端相连，电压输出端与开关频率控制电路的输入端电连接；所述开关频率控制电路包括三极管，三极管的一端与控制模块相连，三极管另一端设置与之并联的场效应管，场效应管与激光器串联。

本发明的有益效果是：

1、所述少子寿命测试仪探头包括外壳体和探测体，外壳体与探测体相配合，外壳体设置成扁平的塑料壳体，内部对称设置有导线管路和激光器容纳室，激光器容纳室端部设置激光照射通道，探测体内部前后设置有两个用于夹持探针的固定夹持件，使激光器容纳室所在平面与两探针所在平面相互垂直，并使激光照射的焦点落在两个探针之间，上述结构布置紧凑合理，而且使两个探针检测半导体的电压值更准确，提高了测量的准确度；所述外壳体的左右两侧还设置半圆形空腔的手持部，手持方便，且测试仪中的主机体积小，可任意方向移动，整体上提高了探头的便携性。

2、所述测试仪探头内的固定夹持件包括夹持架，夹持架上端设置有导线焊接部，导线焊接部与主机内的恒流源电路的输出端和AD采集模块相连，通过恒流源电路和AD采集模块对与探针接触的半导体材料实时测试，并把测试信号传输给控制模块，所述夹持架内部设置有弹形部件，弹形部件下端与探针接触，夹持架下部对称设置有向内弯折的夹持支脚，使探针的夹持更稳定牢固，进一步提高了测试的准确性。

综上，所述少子寿命测试仪探头整体结构稳定、布置紧凑合理，所述测试仪便携性更强，测试的准确性更高，适于推广应用。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步详细描述。

附图1是本发明探头本体的结构示意图；

附图2是本发明探测体的侧视结构示意图；

附图3是本发明固定夹持件的结构示意图；

附图4是本发明测试仪的结构示意图；

附图5是本发明测试仪主机的控制原理示意图；

附图6是本发明恒流源电路的结构示意图；

附图7是本发明稳压驱动电路的结构示意图；

附图8是本发明开关频率控制电路的结构示意图；

附图中：1.外壳体，2.探测体，11.圆柱形空腔，12.导线管路，13.手持部，14.激光器容纳室，15.激光照射通道，16.激光器，21.导线容纳段，22.探针夹持段，23.固定夹持件，24.探针，231.夹持架，232.导线焊接部，233.弹形部件，234.夹持支脚，3.主机，4.控制模块，5.供电模块，51.恒流源电路，511. LM358双运算放大器，512. MOS管，513.第一电阻，514.第二电阻，515.第三电阻，516.第四电阻，517.光电耦合开关，52.稳压驱动电路，521.电压输入端，522.电压输出端，523.可调稳压芯片，53.开关频率控制电路，531.三极管，532.场效应管，6. AD采集模块，61.模拟输入端口，62.供电端口，7.计数模块。

具体实施方式

结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8对本发明进一步详细描述，以便公众更好地掌握本发明的实施方法，本发明具体的实施方案为：如附图1、附图2、附图3所示，一种少子寿命测试仪探头，包括探头本体，探头本体包括外壳体1和探测体2，其特征在于，所述外壳体1中部设置圆柱形空腔11，圆柱形空腔11与探测体2相配合，圆柱形空腔11的左右两侧对称设置有与之相通的导线管路12，导线管路12与圆柱形空腔11之间设置有手持部13，导线管路12下端设置与之相通的激光器容纳室14，激光器容纳室14内安装有激光器16，激光器容纳室14内侧端部设置激光照射通道15，激光照射通道15与圆柱形空腔11底部相通；所述探测体2设置为圆柱形，由上到下设置有导线容纳段21和探针夹持段22，探针夹持段22内部前后对称设置有固定夹持件23，固定夹持件23内夹持有探针24。

进一步地，所述外壳体1设置为左右对称的扁平塑料壳体，结构稳定紧凑；外壳体1上的手持部13设置为半圆形空腔，便于手指握持；所述外壳体1内部的激光器容纳室14与圆柱形空腔11之间的夹角设置为0°~90°，有利于两侧激光的聚焦。

进一步地，所述圆柱形空腔11左右两侧的激光照射通道15之间的交点与两探针24之间的中间位置重合，使激光照射的焦点落在两个探针24之间，提高检测半导体的电压值变化的准确性。

进一步地，所述导线容纳段21和探针夹持段22以螺旋连接方式相连，探针夹持段22内卡接有扁平的固定夹持件23，固定夹持件23包括夹持架231，夹持架231上端设置有导线焊接部232，夹持架231内部设置有弹形部件233，弹形部件233下端与探针24接触，弹性部件233对两个探针24的位置起到缓冲平衡的作用，使两根探针24独立带有弹性，保证可以测量不平整表面。

进一步地，所述夹持架231下部对称设置有向内弯折的夹持支脚234，使夹持更稳定。

进一步地，所述导线容纳段21外部设置有防滑纹，使外壳体1和探测体2之间配合更牢固。

如附图5、附图6、附图7、附图8所示，一种包括所述探头的少子寿命测试仪，还包括主机3，其特征在于：所述探头与主机3电连接，所述主机3设置为长方体，其长度设置为118mm~122mm，宽度设置为86mm~88mm，高度设置为36mm~38mm，主机3整体尺寸减小，提高了测试仪移动的灵活性，主机3包括控制模块4以及与控制模块4电连接的供电模块5、AD采集模块6和计数模块7。

进一步地，所述供电模块5包括恒流源电路51、稳压驱动电路52、开关频率控制电路53，恒流源电路51的输出端与探测体2电连接，稳压驱动电路52的输出端与开关频率控制电路53的输入端连接，开关频率控制电路53与控制模块4电连接，开关频率控制电路53的输出端与激光器16电连接；所述AD采集模块6与探测体2电连接，包括模拟输入端口61和供电端口62，模拟输入端口61与控制模块4电连接，供电端口62与稳压驱动电路51的输入端相连。

进一步地，所述恒流源电路51包括相互并联的LM358双运算放大器511、MOS管512、第一电阻513、第二电阻514、第三电阻515、第四电阻516以及分别与第一电阻513、第二电阻514、第三电阻515、第四电阻516串联的光电耦合开关517，光电耦合开关517分别与控制模块4电连接，通过控制模块4控制光电耦合开关517的通断实现不同阻值的四个电阻之间的切换，来改变恒流源电路的恒流大小，所述电路可恒流1A到100mA的稳定电流；

进一步地，所述稳压驱动电路52包括电压输入端521、电压输出端522和含5个引脚的可调稳压芯片523，所述电压输入端521与可调稳压芯片523的VIN引脚连接，可调稳压芯片523的SWITCH引脚与电压输出端522相连，电压输出端522与开关频率控制电路53的输入端电连接，稳压驱动电路52通过可调稳压芯片523对输入的电压起到稳压升压的作用，使电压达到驱动激光器16所需的额定电压；

进一步地，所述开关频率控制电路53包括三极管531，三极管531的一端与控制模块4相连，三极管531另一端设置与之并联的场效应管532，场效应管532与激光器16串联，通过控制模块4驱动三极管531的基极，导通开关频率控制电路53，驱动激光器16工作。

实施例：运用本发明测量半导体材料的过程是，首先对待测的半导体材料进行表面清洁处理，去掉表面的污染物和油渍；然后移动主机3到合适的位置，手持探头使探测体2内的两个探针24与被测半导体材料接触，主机3内的AD采集模块6通过模拟输入端口61实时监测两个探针24之间的电压值是否稳定，把信号传输给控制模块4，当所测的电压值不稳定时，控制模块4提示重新接触，直到电压检测值稳定，控制模块4驱动供电模块5内的恒流源电路51根据样品的电阻率选择合适的恒流源档位，对半导体材料表面不平整情况实时直观监测，提高了测试的准确性，减小了测量误差；同时控制模块4控制开关频率控制电路53驱动外壳体1两侧的激光器16工作，光源照射到两个探针24与半导体材料接触的中间位置，使激光注入产生的电子-空穴更均匀，进一步提高了检测半导体材料电压值变化的准确性；控制模块4控制激光器16的照射频率，关闭激光器16的同时驱动计数模块7，测量探针24两端电压衰减到原来的1/e时所需要的时间即为少子寿命。整体测试过程简单方便，自动化水平高，提高了测试的准确性，减小了测量误差。

综上，所述少子寿命测试仪探头整体结构稳定、布置紧凑合理，所述测试仪便携性更强，测试的准确性更高，适于推广应用。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (8)

1.一种少子寿命测试仪探头，包括探头本体，探头本体包括外壳体(1)和探测体(2)，其特征在于，所述外壳体(1)中部设置圆柱形空腔(11)，圆柱形空腔(11)与探测体(2)相配合，圆柱形空腔(11)的左右两侧对称设置有与之相通的导线管路(12)，导线管路(12)与圆柱形空腔(11)之间设置有手持部(13)，导线管路(12)下端设置与之相通的激光器容纳室(14)，激光器容纳室(14)内安装有激光器(16)，激光器容纳室(14)内侧端部设置激光照射通道(15)，激光照射通道(15)与圆柱形空腔(11)底部相通；所述探测体(2)设置为圆柱形，由上到下设置有导线容纳段(21)和探针夹持段(22)，探针夹持段(22)内部前后对称设置有固定夹持件(23)，固定夹持件(23)内夹持有探针(24)；所述圆柱形空腔11左右两侧的激光照射通道15之间的交点与两探针24之间的中间位置重合，使激光照射的焦点落在两个探针24之间。

2.根据权利要求1所述的少子寿命测试仪探头，其特征在于：所述外壳体(1)设置为左右对称的扁平塑料壳体，外壳体(1)上的手持部(13)设置为半圆形空腔，所述外壳体(1)内部的激光器容纳室(14)与圆柱形空腔(11)之间的夹角设置为0°～90°。

3.根据权利要求1所述的少子寿命测试仪探头，其特征在于：所述导线容纳段(21)和探针夹持段(22)以螺旋连接方式相连，探针夹持段(22)内卡接有扁平的固定夹持件(23)，固定夹持件(23)包括夹持架(231)，夹持架(231)上端设置有导线焊接部(232)，夹持架(231)内部设置有弹形部件(233)，弹形部件(233)下端与探针(24)接触。

4.根据权利要求3所述的少子寿命测试仪探头，其特征在于：所述夹持架(231)下部对称设置有向内弯折的夹持支脚(234)。

5.根据权利要求1所述的少子寿命测试仪探头，其特征在于：所述导线容纳段(21)外部设置有防滑纹。

6.一种包括权利要求1～5任意一项所述探头的少子寿命测试仪，还包括主机(3)，其特征在于：所述探头与主机(3)电连接，所述主机(3)设置为长方体，其长度设置为118mm～122mm，宽度设置为86mm～88mm，高度设置为36mm～38mm，包括控制模块(4)以及与控制模块(4)电连接的供电模块(5)、AD采集模块(6)和计数模块(7)。

7.根据权利要求6所述的少子寿命测试仪，其特征在于：所述供电模块(5)包括恒流源电路(51)、稳压驱动电路(52)、开关频率控制电路(53)，恒流源电路(51)的输出端与探测体(2)电连接，稳压驱动电路(52)的输出端与开关频率控制电路(53)的输入端连接，开关频率控制电路(53)与控制模块(4)电连接，开关频率控制电路(53)的输出端与激光器(16)电连接；所述AD采集模块(6)与探测体(2)电连接，包括模拟输入端口(61)和供电端口(62)，模拟输入端口(61)与控制模块(4)电连接，供电端口(62)与稳压驱动电路(51)的输入端相连。

8.根据权利要求7所述的少子寿命测试仪，其特征在于：所述恒流源电路(51)包括相互并联的LM358双运算放大器(511)、MOS管(512)、第一电阻(513)、第二电阻(514)、第三电阻(515)、第四电阻(516)以及分别与第一电阻(513)、第二电阻(514)、第三电阻(515)、第四电阻(516)串联的光电耦合开关(517)，光电耦合开关(517)分别与控制模块(4)电连接；所述稳压驱动电路(52)包括电压输入端(521)、电压输出端(522)和含5个引脚的可调稳压芯片(523)，所述电压输入端(521)与可调稳压芯片(523)的VIN引脚连接，可调稳压芯片(523)的SWITCH引脚与电压输出端(522)相连，电压输出端(522)与开关频率控制电路(53)的输入端电连接；所述开关频率控制电路(53)包括三极管(531)，三极管(531)的一端与控制模块(4)相连，三极管(531)另一端设置与之并联的场效应管(532)，场效应管(532)与激光器(16)串联。