CN117650755A - 一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体器件检测技术领域，公开了一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统。本发明将锁相放大器的参考输出信号作为激发光光源的调制驱动信号，并将校准后的激发光光束聚焦于光电器件表面，将光电器件与负载电阻并联形成回路，利用背景光光源提供稳态偏置的背景光并照射光电器件；选定扫描区域并逐点扫描，得到光强度调制测试信息和反射光强度信息；完成全部轮次的扫描后，得到光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像，进而计算得到光电器件的载流子动力学信息。本发明能获得处于工作状态下的光电器件的载流子迁移率与寿命信息，同时具有空间分辨能力。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件检测技术领域，更具体地，涉及一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统。
背景技术
太阳能发电是当今发展最迅速的清洁能源开发形式，并且也是未来能源结构的主流。太阳能电池转化太阳能的过程可以大致分为光吸收、电荷产生、电荷传输、电荷收集四个步骤。太阳能电池中参与导电的粒子是载流子，因此载流子的动力学特性如迁移率、寿命可以直接影响电荷传输过程，从而影响太阳能电池的能量转化。由不同材料制成的太阳能电池，其最大的差异也在于电荷传输过程。所以，研究光电器件中的载流子动力学，对于我们理解太阳能电池的能量转化机理、优化太阳能电池的能量转化效率具有重要意义。
对于半导体材料，目前已经发展出许多成熟的载流子动力学测试方法，如霍尔效应法(Hall Effect)、飞行时间法(TOF)、空间电荷限制电流法(SCLC)、光电导衰减法(PCD)、时间分辨光致发光法(TRPL)、时间分辨微波光电导法(TRMC)等。但是其中大多数方法无法应用于半导体器件上，各种不同的材料组成器件后，由于不同物质之间的相互作用和杂质的存在，器件的载流子动力学特性可能有别于本征半导体材料，因此有必要开发出适用于光电器件的测试技术。目前适用于光电器件的载流子动力学测试方法有光电导衰减法、时间分辨光致发光法、阻抗谱法(IS)等。其中光电导衰减法与时间分辨光致发光法只能测试载流子寿命，无法测试载流子迁移率，并且光致发光现象只在直接带隙半导体中才较为显著，而光电器件最常用的材料晶体硅是间接带隙半导体；阻抗谱法可以同时确定光电器件的载流子迁移率与寿命，然而由于其施加的激励信号为电信号，电信号直接传导在整个电极区域内，无法实现空间扫描。特别是如今新型有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等正处于发展阶段，不成熟的制备工艺可能导致器件不同区域的载流子动力学特性表现出空间异质性，所以有必要提出一种适用于光电器件的具有空间分辨能力的载流子动力学测试技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统，实现对处于功率输出状态的光电器件进行具有空间分辨率的载流子动力学测试，获取光电器件不同区域的载流子迁移率与载流子寿命信息。
本发明提供一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法，包括以下步骤：
步骤1、将锁相放大器的参考输出信号作为激发光光源的调制驱动信号，利用校准设备对所述激发光光源的光强进行测量；通过调整所述锁相放大器的参考输出信号，使所述激发光光源的光强中的正弦分量的幅值小于稳态分量的10％；
步骤2、将光电器件与负载电阻并联形成回路，同时打开背景光光源以提供稳态偏置的背景光并照射所述光电器件，以填充所述光电器件的缺陷态，模拟所述光电器件的正常运行情况；使所述激发光光源发出的激发光光束聚焦在所述光电器件表面，利用图像单元获得显微摄影图像；将所述锁相放大器与所述回路连接，以进行强度调制光电流/光电压测试；
步骤3、选定扫描区域，选取当前轮次下所述锁相放大器的参考频率；基于设定的步长对所述光电器件进行该轮次的扫描，得到光强度调制测试信息和反射光强度信息；所述光强度调制测试信息为所述光电器件的光电流/光电压正弦分量的幅值与相位的二维扫描图像；
步骤4、选取一系列的所述锁相放大器的参考频率，在每一个选取的参考频率下均重复执行一次步骤3；完成全部轮次的扫描后，得到所述光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像；
步骤5、基于所述光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像，得到所述光电器件的载流子动力学信息。
优选的，所述步骤1中，所述正弦分量的调制频率对应所述锁相放大器的参考频率。
优选的，所述步骤1中，所述校准设备包括光电探测器以及与所述光电探测器连接的源测量单元；所述光电探测器水平固定在位移装置上，所述激发光光源发出的激发光光束照射在所述光电探测器的活性区域内。
优选的，所述步骤2中，所述图像单元包括物镜、分束镜、平凸透镜和相机；所述光电器件表面的反射光依次经过所述物镜、所述分束镜、所述平凸透镜后在所述相机的图像传感器上成像。
优选的，所述步骤2中，所述背景光光源能够根据测试要求提供不同强度的稳态偏置光强，所述负载电阻的阻值能够根据测试要求进行调节。
优选的，所述步骤3中，利用所述图像单元得到所述反射光强度信息，所述反射光强度信息为所述光电器件表面反射光强度的二维扫描图像。
优选的，将所述光电器件水平固定在位移装置上，所述光电器件表面与所述激发光光束垂直；基于所述光电器件表面反射光强度的二维扫描图像判断所述光电器件的放置是否存在倾斜；通过在Z轴方向调节所述位移装置，将所述光电器件表面调整至所述激发光光束的聚焦处；所述位移装置的扫描步长精度不低于所述激发光光束的衍射半径。
优选的，所述步骤4中，选取的一系列的所述锁相放大器的参考频率覆盖0～5MHz的低、中、高频段。
优选的，所述步骤5中，得到的所述光电器件的载流子动力学信息包括载流子迁移率二维图像和载流子寿命二维图像。
另一方面，本发明提供一种应用于光电器件的载流子动力学测试系统，包括：
背景光光源，用于提供稳态偏置的背景光并照射光电器件；
激发光光源，用于发出稳态分量与正弦分量叠加的激发光光束；
校准设备，用于对激发光光源的光强进行测量校准；
负载电阻，用于与所述光电器件并联形成回路；
图像单元，用于获得显微摄影图像和反射光强度信息；
位移装置，用于承载光电器件以进行空间扫描；
锁相放大器，用于调制激发光光源的光强，用于与所述回路连接以进行强度调制光电流/光电压测试，以及用于将所述光电器件输出的电流/电压信号传递至计算机；
计算机，用于控制所述锁相放大器、所述图像单元和所述位移装置，得到光强度调制测试信息、光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像、光电器件的载流子动力学信息；
所述应用于光电器件的载流子动力学测试系统用于执行上述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法中的步骤。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明将锁相放大器的参考输出信号作为激发光光源的调制驱动信号，并将校准后的激发光光束聚焦于光电器件表面；将光电器件与负载电阻并联形成回路，同时打开背景光光源以提供稳态偏置的背景光并照射光电器件，以填充光电器件的缺陷态，模拟光电器件的正常运行情况；选定扫描区域，令位移装置逐点扫描，利用锁相放大器的电流或电压输入端口检测光电器件电信号的幅值与相位信息，得到强度调制光电流/光电压二维扫描图像，从而计算得到光电器件的载流子动力学信息。该测试技术能获取处于工作状态下(即正常运行时)的光电器件的载流子迁移率与寿命信息，同时具有空间分辨能力。
(2)由于本发明采用频域测试方法，抗噪声能力强，较稳态测试技术与时域测试技术具有更高的测试精度。
(3)本发明中激发光光源的光强调制方法是通过直接调制光源的驱动信号从而调制光源发出的光强，相比于使用光学斩波器进行调制的最高调制频率20kHz，本发明采用的调制方法可以将光强波形调制到100MHz以上，可覆盖的频率范围更广。
(4)本发明使用光信号作为激励信号，激发光光束可以被聚焦至衍射极限，从而实现具有高空间分辨率的空间扫描。
(5)本发明通过改变背景光偏置光强与负载电阻阻值可以改变光电器件的工作点，使测试条件更加灵活多变。
(6)本发明利用图像单元对光电器件进行显微摄影，同时在扫描时作为光电探测器获得光电器件的反射光强度图像，便于与其它扫描图像对照查看；此外还可以借助光学系统的高灵敏度，从反射光图像判断光电器件的放置是否存在微小倾斜。
(7)本发明使用位移装置进行空间扫描，使扫描过程中激发光光束始终垂直入射光电器件；相比于使用振镜进行空间扫描的方式，本发明避免了斜入射造成的误差，具有更高的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种应用于光电器件的载流子动力学测试系统的结构示意图；
图2为本发明对激发光光源的光强进行测量时的示意图；
图3为调制频率为1kHz时得到的强度调制光电流幅值与相位二维扫描图像；
图4为调制频率为1kHz时得到的强度调制光电压幅值与相位二维扫描图像；
图5为光电器件表面反射光强度的二维扫描图像；
图6为某个扫描点位的强度调制光电流频谱奈奎斯特图像；
图7为载流子迁移率二维图像；
图8为载流子寿命二维图像。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
实施例1提供一种应用于光电器件的载流子动力学测试系统，参见图1、图2，主要包括：图像单元(包括相机1、平凸透镜2、分束镜3和物镜4)、背景光光源5、位移装置(包括位移台7、位移台控制器8)、负载电阻9、锁相放大器11、计算机12、激发光光源13、光电探测器16、源测量单元18。
其中，所述负载电阻9用于与所述光电器件6并联形成回路，所述背景光光源5用于提供稳态偏置的背景光并照射光电器件6。具体的，所述背景光光源5用于向所述光电器件6提供不同光强的稳态偏置背景光，以填充所述光电器件6的缺陷态，模拟正常运行情况；所述背景光光源5的照射范围覆盖整个所述光电器件6，而且其光强在所述光电器件6所在的区域内应当相同。所述负载电阻9的阻值可以按照需求任意改变，以使所述光电器件6的端电压可以处于0V至开路电压之间的任意值，使得本发明能够将所述光电器件6设定于任意工作点进行测试，获取器件正常运行时的载流子动力学特性。
所述激发光光源13用于发出稳态分量与正弦分量叠加的激发光光束14，所述激发光光源13的光路上还可以设置准直平凸透镜15。
所述图像单元用于获得显微摄影图像和反射光强度信息。其中，所述相机1既可以在测试前对所述光电器件6表面进行显微摄影，又可以在扫描测试时作为光电探测器检测所述光电器件6表面当前扫描点位的反射光强度；最终得到光电器件显微摄影图像和光电器件表面反射光强度图像，便于与强度调制光电流/光电压的幅值与相位图像对照查看分析；同时可以借助光学系统的高灵敏度，通过反射光强度图像判断所述光电器件6的放置是否存在倾斜，检验测试的有效性。
所述位移装置主要用于承载所述光电器件6以进行空间扫描。具体的，所述位移装置采用二维电动位移系统，所述位移台7的位移平面与地面平行；所述位移装置的扫描步长精度应不低于测试光束的衍射极限半径，以达到最优空间分辨率；例如，可采用ALIO整体式XY位移台，最小位移步长为20nm，满足测试精度要求。
所述锁相放大器11既用于输出正弦参考信号调制所述激发光光源13的光强，也用于通过同轴电缆测试线10与所述回路连接以进行强度调制光电流/光电压测试，还用于将所述光电器件6输出的电流/电压信号传递至计算机12。所述计算机12用于控制所述锁相放大器、所述图像单元和所述位移装置，得到光强度调制测试信息、光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像、光电器件的载流子动力学信息。具体的，所述锁相放大器11向所述计算机12传递所述光电器件6的电信号正弦分量(即电信号正弦微扰分量)的幅值，以及电信号正弦微扰分量与正弦参考信号之间的相位差信息；完成二维扫描后，即得到电信号幅值与相位的二维图像。具体地，可采用Zurich MFLI锁相放大器，测试频率覆盖0～5MHz，同时具有低噪声功率密度，可以精准探测光电器件的电流电压响应；可采用TO-18封装的激光二极管作为激发光光源，其可以被调制到100MHz以上，远高于最高的测试频率5MHz，使相位测量的系统误差极小。
所述光电探测器16通过源测量单元测试线17与所述源测量单元18连接，构成校准设备以对所述激发光光源13的光强进行测量校准。具体的，所述光电探测器16与所述源测量单元18搭配使用，所述源测量单元18用于测量所述光电探测器16的电流，从而计算得到光强。光强与光电探测器电流的关系为P＝IPD/R(λ)，其中，P为光强，IPD为光电探测器电流，R(λ)为光电探测器在波长λ处的响应度。具体地，可采用校准的Thorlabs FDS1010-CAL硅光电探测器与Keithley 2450源测量单元，硅光电探测器工作于光伏模式，使暗电流最小。
本发明近似认为待测的光电器件的频率响应为一阶惯性系统的频率响应，只有单个时间常数，传递函数为：待测的光电器件的强度调制光电流/光电压频谱均满足此形式。其中，A为频率响应的幅度；ω为外界正弦激励信号的角频率；τ0为一阶惯性系统的时间常数，对于强度调制光电流频谱，其时间常数称为传输时间τt，对于强度调制光电压频谱，其时间常数称为载流子寿命τr；i为虚数单位。
对某一个调制频率ω下的强度调制光电流/光电压幅值与相位数据(R，θ)，可以按照τ0＝-tanθ/ω求取时间常数，其中，R、θ分别为当前测试点位电信号的幅值、相位信息，ω为调制角频率；或对一系列调制频率下的强度调制光电流/光电压频谱数据(R(ω)，θ(ω))进行参数拟合，同样可以求取时间常数τ0，其中，测试得到的传递函数计算式为H'(ω)＝R(ω)eiθ(ω)，拟合的目标函数为按照上述方法求取各点位强度调制光电流与强度调制光电压响应的时间常数，分别称为传输时间τt与载流子寿命τr。结合光电器件活性层厚度d，可以求得光电器件活性层载流子扩散系数为D＝d2/4τt(不区分电子与空穴)，载流子迁移率可由爱因斯坦关系式/>求出，其中μ为载流子迁移率，kB为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度，q为元电荷量。
本发明二维扫描的空间分辨率定义为激发光光束衍射极限分辨率、位移装置扫描步长、载流子扩散距离三者中的最大值。激发光光束瑞利衍射极限分辨率为0.61λ/NA，其中，λ为激发光波长，NA为物镜的数值孔径；载流子扩散距离为其中D为载流子扩散系数，τr为载流子寿命。
利用实施例1提供的系统能够实现应用于光电器件的载流子动力学测试方法，下面通过实施例2对测试方法进行具体说明，实施例1提供的系统中各器件的功能也可以参见实施例2的描述进行理解。
实施例2：
实施例2提供一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法，包含以下步骤：
步骤1、将锁相放大器的参考输出信号作为激发光光源的调制驱动信号，利用校准设备对所述激发光光源的光强进行测量；通过调整所述锁相放大器的参考输出信号，使所述激发光光源的光强中的正弦分量的幅值小于稳态分量的10％。
具体的，所述激发光光源的光强经过调制，其光强的时域波形为稳态分量与正弦分量的叠加，所述正弦分量的调制频率对应所述锁相放大器的参考频率。参见图2，所述校准设备包括光电探测器以及与所述光电探测器连接的源测量单元，校准时，将所述光电探测器水平固定在位移装置上，所述光电探测器的两电极与所述源测量单元的两测试线连接，调整光学系统使所述激发光光源发出的激发光光束照射在所述光电探测器的活性区域内，测量光强波形，通过调整所述锁相放大器的驱动信号使光强正弦分量的幅值小于光强稳态分量的10％，满足线性化条件，从而使激发光光强时域波形的谐波含量较小。
步骤2、将光电器件与负载电阻并联形成回路，同时打开背景光光源以提供稳态偏置的背景光并照射所述光电器件，以填充所述光电器件的缺陷态，模拟所述光电器件的正常运行情况；使所述激发光光源发出的激发光光束聚焦在所述光电器件表面，利用图像单元获得显微摄影图像；将所述锁相放大器与所述回路连接，以进行强度调制光电流/光电压测试。
具体的，步骤2中，首先移出步骤1中固定在所述位移装置上的所述光电探测器，根据所述光电器件的几何形状，选取合适的夹具夹持所述光电器件，将所述光电器件固定在所述位移装置上，所述光电器件表面与激发光光束垂直，夹具可以在Z轴方向位移。然后将所述光电器件与所述负载电阻并联形成回路，所述负载电阻的阻值能够根据测试要求进行调节，此时将所述负载电阻的阻值设定为所需要的值。所述背景光光源能够根据测试要求提供不同强度的稳态偏置光强，照射区域覆盖整个所述光电器件，以填充所述光电器件的缺陷态，模拟正常运行情况，此步骤中打开所述背景光光源并将其光强设定为所需要的值，照射整个所述光电器件，参见图1。
利用所述锁相放大器的电流输入端口经同轴电缆测试线与所述回路串联以进行强度调制光电流测试，或者，将所述锁相放大器的电压输入端口经同轴电缆测试线与所述回路中的负载电阻并联以进行强度调制光电压测试。所述图像单元包括物镜、分束镜、平凸透镜和相机，所述位移装置具有Z轴位移能力，通过调节Z轴方向的位置，能够使激发光光束聚焦在所述光电器件表面，并且使所述光电器件表面的反射光经过所述物镜、所述分束镜、所述平凸透镜后在所述相机的图像传感器上成像。
完成步骤2即为执行步骤3的扫描做好了测试准备。
步骤3、选定扫描区域，选取当前轮次下所述锁相放大器的参考频率；基于设定的步长对所述光电器件进行该轮次的扫描，得到光强度调制测试信息和反射光强度信息；所述光强度调制测试信息为所述光电器件的光电流/光电压正弦分量的幅值与相位的二维扫描图像。
具体的，选定即将扫描的区域，调整位移装置令聚焦光斑停留在待扫描区域的一角，将锁相放大器的参考频率设定为某一频率不变，合理选定锁相放大器的解调参数，获取所述光电器件光电流正弦分量或光电压正弦分量的幅值与相位信息以及反射光强度信息；按照设定的步长移动位移装置，使聚焦光斑扫描待测区域的每一个测试点位，获取所述光电器件光电流正弦分量或光电压正弦分量的幅值与相位以及反射光强度的二维扫描图像。
其中，利用所述图像单元得到所述反射光强度信息，所述反射光强度信息为所述光电器件表面反射光强度的二维扫描图像。将所述光电器件水平固定在位移装置上，所述位移装置采用二维电动位移系统，保证扫描过程中，所述光电器件表面与所述激发光光束始终垂直。通过在Z轴方向调节所述位移装置，将所述光电器件表面调整至所述激发光光束的聚焦处；所述位移装置的扫描步长精度不低于所述激发光光束的衍射半径。
此外，还可以基于所述光电器件表面反射光强度的二维扫描图像判断所述光电器件的放置是否存在倾斜。
步骤4、选取一系列的所述锁相放大器的参考频率，在每一个选取的参考频率下均重复执行一次步骤3；完成全部轮次的扫描后，得到所述光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像。
其中，选取的一系列的所述锁相放大器的参考频率覆盖0～5MHz的低、中、高频段，从而获取更全面的光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像。
步骤5、基于所述光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像，得到所述光电器件的载流子动力学信息。
其中，得到的所述光电器件的载流子动力学信息包括载流子迁移率二维图像和载流子寿命二维图像。
下面结合参数对本发明做进一步的说明。
本发明主要包括以下几个方面：
校准激发光光强：如图2所示，将光电探测器水平固定于位移装置上方，将源测量单元设定为电流测量模式，将源测量单元的两条测试线分别与光电探测器的两电极连接，令光电探测器工作于光伏模式；打开660nm激光二极管光源，将锁相放大器的参考输出信号作为光源的调制驱动信号，使光源输出的光强时域波形为稳态分量与正弦分量的叠加；调整光学机械元件使光斑完全位于光电探测器的活性区域内，测量光电探测器输出电流波形，通过调整锁相放大器的参考输出信号使光强正弦分量的幅值小于稳态分量的10％。
安装光电器件：待测的光电器件为PM6:Y6有机太阳能电池，器件面积为2×2mm2，将其水平固定于位移装置上，器件表面与激发光光束垂直；打开背景光光源并将其光强设定为15mW/cm2，照射整个光电器件；调节测试系统中的光学机械元件使激发光光束聚焦在光电器件表面，并且使光电器件表面的反射光经过物镜、分束镜、平凸透镜后最终在相机的图像传感器上成像；将光电器件的正负电极与50Ω负载电阻并联形成回路；将锁相放大器的电流输入端口经同轴电缆线与回路串联以进行强度调制光电流测试，或将锁相放大器的电压输入端口经同轴电缆线与回路中的负载电阻并联以进行强度调制光电压测试。
设定锁相放大器参数：选定一个2.6×2.6mm2的矩形扫描区域，覆盖整个光电器件，调整位移装置令聚焦光斑停留在待扫描区域的一角，将锁相放大器的参考频率设定为5MHz不变；设定锁相放大器解调器的截止频率为100Hz，阶数为4阶，获取待测光电器件光电流或光电压响应的幅值与相位信息以及反射光强度信息。
位移装置执行扫描：通过某一个调制频率下的测试数据，按照设定的步长10um移动位移装置，使聚焦光斑扫描每一个测试点位，获取待测光电器件光电流或光电压响应的幅值与相位二维扫描图像和反射光强度扫描图像。按照对数等间隔取样在0.01Hz～5MHz之间选取一系列调制频率，合理选定锁相放大器解调参数，重复执行扫描的步骤；图3中的(a)、(b)所示分别为待测的光电器件在1kHz调制频率下的空间扫描强度调制光电流幅值与相位图像，图4中的(a)、(b)所示分别为待测的光电器件在1kHz调制频率下的空间扫描强度调制光电压幅值与相位图像；图5为反射光强度相对值二维扫描图像，图5左下方的反射光强度相对较高表明光电器件尚存在微小的倾斜，光电器件边缘的条纹图样是由于激发光光强的正弦调制周期与相机曝光时间相近而产生的；图6为单个测试点位的强度调制光电流频谱奈奎斯特图像。
分析测试数据：可由单个参考频率下的扫描测试数据计算得出各点位载流子传输时间τt与载流子寿命τr(即采用一个数据点计算)，也可以对一系列参考频率下的扫描数据进行拟合，得出各点位载流子传输时间τt与载流子寿命τr，进而得到载流子迁移率与寿命的二维扫描图像，分别如图7、图8所示。即本发明可以由某一个调制频率下的强度调制光电流和光电压扫描测试数据直接计算得出载流子迁移率与寿命图像，也可以利用一系列调制频率下的扫描测试数据通过参数拟合得出载流子迁移率与寿命图像。
由于上述实例中扫描区域面积大于光电器件面积，因此器件区域之外的点位虽然有计算数据，但并不代表实际物理意义，应将其作为噪声忽略掉。上述实例中采用的激发光波长为660nm，物镜数值孔径为0.20，因此聚焦光束的瑞利衍射极限分辨率为2.013um；位移装置的扫描步长为10um；根据载流子迁移率与寿命计算的载流子扩散距离均不超过70nm；因此上述实例中的空间分辨率为10um。若使位移装置的扫描步长小于衍射极限分辨率，上述实例可以达到的最大空间分辨率约为2um。
综上，本发明实现了对处于功率输出状态的光电器件进行具有空间分辨率的载流子动力学测试，能够获取光电器件不同区域的载流子迁移率与载流子寿命信息。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将锁相放大器的参考输出信号作为激发光光源的调制驱动信号，利用校准设备对所述激发光光源的光强进行测量；通过调整所述锁相放大器的参考输出信号，使所述激发光光源的光强中的正弦分量的幅值小于稳态分量的10％；
步骤2、将光电器件与负载电阻并联形成回路，同时打开背景光光源以提供稳态偏置的背景光并照射所述光电器件，以填充所述光电器件的缺陷态，模拟所述光电器件的正常运行情况；使所述激发光光源发出的激发光光束聚焦在所述光电器件表面，利用图像单元获得显微摄影图像；将所述锁相放大器与所述回路连接，以进行强度调制光电流/光电压测试；
步骤3、选定扫描区域，选取当前轮次下所述锁相放大器的参考频率；基于设定的步长对所述光电器件进行该轮次的扫描，得到光强度调制测试信息和反射光强度信息；所述光强度调制测试信息为所述光电器件的光电流/光电压正弦分量的幅值与相位的二维扫描图像；
步骤4、选取一系列的所述锁相放大器的参考频率，在每一个选取的参考频率下均重复执行一次步骤3；完成全部轮次的扫描后，得到所述光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像；
步骤5、基于所述光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像，得到所述光电器件的载流子动力学信息。
2.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤1中，所述正弦分量的调制频率对应所述锁相放大器的参考频率。
3.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤1中，所述校准设备包括光电探测器以及与所述光电探测器连接的源测量单元；所述光电探测器水平固定在位移装置上，所述激发光光源发出的激发光光束照射在所述光电探测器的活性区域内。
4.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤2中，所述图像单元包括物镜、分束镜、平凸透镜和相机；所述光电器件表面的反射光依次经过所述物镜、所述分束镜、所述平凸透镜后在所述相机的图像传感器上成像。
5.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤2中，所述背景光光源能够根据测试要求提供不同强度的稳态偏置光强，所述负载电阻的阻值能够根据测试要求进行调节。
6.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤3中，利用所述图像单元得到所述反射光强度信息，所述反射光强度信息为所述光电器件表面反射光强度的二维扫描图像。
7.根据权利要求6所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，将所述光电器件水平固定在位移装置上，所述光电器件表面与所述激发光光束垂直；基于所述光电器件表面反射光强度的二维扫描图像判断所述光电器件的放置是否存在倾斜；通过在Z轴方向调节所述位移装置，将所述光电器件表面调整至所述激发光光束的聚焦处；所述位移装置的扫描步长精度不低于所述激发光光束的衍射半径。
8.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤4中，选取的一系列的所述锁相放大器的参考频率覆盖0～5MHz的低、中、高频段。
9.根据权利要求1所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法，其特征在于，所述步骤5中，得到的所述光电器件的载流子动力学信息包括载流子迁移率二维图像和载流子寿命二维图像。
10.一种应用于光电器件的载流子动力学测试系统，其特征在于，包括：
背景光光源，用于提供稳态偏置的背景光并照射光电器件；
激发光光源，用于发出稳态分量与正弦分量叠加的激发光光束；
校准设备，用于对激发光光源的光强进行测量校准；
负载电阻，用于与所述光电器件并联形成回路；
图像单元，用于获得显微摄影图像和反射光强度信息；
位移装置，用于承载光电器件以进行空间扫描；
锁相放大器，用于调制激发光光源的光强，用于与所述回路连接以进行强度调制光电流/光电压测试，以及用于将所述光电器件输出的电流/电压信号传递至计算机；
计算机，用于控制所述锁相放大器、所述图像单元和所述位移装置，得到光强度调制测试信息、光电器件表面的强度调制光电流/光电压二维扫描频谱图像、光电器件的载流子动力学信息；
所述应用于光电器件的载流子动力学测试系统用于执行如权利要求1-9中任一项所述的应用于光电器件的载流子动力学测试方法中的步骤。
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|---|---|---|---|
| CN202311477493.3A CN117650755A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311477493.3A CN117650755A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN117650755A true CN117650755A (zh) | 2024-03-05 |
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ID=90045772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202311477493.3A Pending CN117650755A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种应用于光电器件的载流子动力学测试方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117650755A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115728250A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-03 | 武汉大学 | 一种半导体载流子动力学测试仪器及测试方法 |
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2023
- 2023-11-07 CN CN202311477493.3A patent/CN117650755A/zh active Pending
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