JPS6060536A - 材料評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は材料評価装置に関するものであり、詳しくは
半導体素子材料、蛍光体、ハロゲン化銀写真乳剤微結晶
、太陽電池材料、透明導電膜の導電層等の電子材料の物
性物理特性値の評価装置に関するものである。更に詳し
くは、半導体または絶縁体材料中の電子トラップ及び正
孔トラップの数、熱エネルギー深さ、これらのトラップ
の電子または正孔を捕獲する確率に関連のあるパラメー
タである電子捕獲断面積及び正孔捕獲断面積を検出する
評価装置に関するものである。

従来技術 このような電子材料において、その材料中の電子トラッ
プ及び／または正孔トラップは、これらの材料が用いら
れる最終製品の性能に大きな影響を与えることが良く知
られている。このため、これらの製品に関連する産業分
野においては、前記電子材料中の電子トラップ及び／ま
たは正孔トランプの検出する評価装置が開発されている
。

しかしこれらの電子材料は、その使用用途からの要求に
応じて極めて種々雑多の性質、形状及び形態をとる。几
体的には、評価すべき材料の物性物理的性質及び三次元
空間での形状及び均一または不均一という形態が異なる
。すなわち、評価すべき材料の物性物理的性質としては
絶縁体から半導体、更には金属までに至る領域に及ぶし
、形状としては大きな単結晶半導体からＩＪＬｍ以下の
ハロゲン化銀写真乳剤微結晶にまで至る領域に及ぶ。更
には評価すべき材料の形態に関し、半導体素子の材料で
ある半導体単結晶基盤材料は、実質的に均一な大面積を
有しているし、ダイオード、トランジスタや太陽電池等
の半導体素子は、ｎ型半導体やＰ型半導体や絶縁体が組
み合わされた不均一系の材料である。また透明導電膜は
多くの場合絶縁体である有機ポリマーから成る膜状の支
持体の上に酸化物半導体の薄■りが積層されている不均
一系であるし、ハロゲン化銀写真乳剤微結晶を用いた多
くの写真フィルムは、多くの透明導電膜の場合と同様に
有機ポリマーから成る膜状の支持体に上に、写真乳剤層
が塗布により積層されている。更にこの写真乳剤層は、
感光材料の基本となる電子材料であるところの１ｇｍ前
後の大きさのハロゲン化銀写真乳剤微結晶が実質的に絶
縁体であるゼラチンバインダー中に分散されている不均
一系である。

従って、これら一般に電子材料とよばれる材料の全てを
対称とする材料評価装置が開発が要望されている。

そこでこの発明者等は／Ｘロゲン化銀写真乳剤のような
絶縁体中に分散された微結晶に適用できる電子トラップ
検出の材料評価装置を開発した。これはバンド間励起に
より結晶内に自由電子及び自由正孔を発生させ、また自
由電子をマイクロ波吸収により検出するもので／＼ロゲ
ン化銀写真乳剤微結晶のみならず、自由電子及び／また
は自由正孔の評価すべき材料の直接注入及び読み出しが
実質的に不可能な多くの系に適用できる。

しかしながら、測定に当って測定試料をマイクロ波光伝
導測定装置の試料キャビティー内の液体窒素用デユア−
内に入れ、液体窒素を注入することにより液体窒素温度
（７７Ｋ）伺近にまで、一旦冷却しその後前記デユア−
内の１「置体窒素を排出し、自然放置による温度上昇を
行なわせる。したがって、この測定試料の温度変化は、
最低温度が前記窒素温度刊近であり、最高温度が試料キ
ャビティーの温度付近であって温度変化範囲が限定され
ており、かつ最低温度から最高温度までの温度変化に要
する時間は、一般に使用される前記デユア−等によりほ
ぼ一義的に決定される。このように、温度変化での変化
領域及び変化時間の大きな制約が必然的にある。

一方、測定試料中１こ誘起される過渡光伝導現象の減衰
時間は、この試料の主たる構成要素である材料の木質的
物性物理特性及びこの材料中の電子トランプ及び／また
は正孔トラップ等の数、熱エネルギー源さ及びこれらの
トラップの電子または正孔を捕獲する確率に関連のある
パラメータである電子捕獲断面積及び正孔捕獲器［Ｔｆ
ｉ積に大きく依存する。具体的には、前記種々の電子材
料それぞれの被測定試料により、このＪｌｌ＋定試料の
前記過渡光伝導現象の減衰時間は、数桁の範囲に渡って
変化する。更には、この減衰時間は大きな温度依存性を
一般的に原理的に持っている。

従って、このような装置において、温度変化での前記最
高温度の上限及び前記変化時間に上限が実質的に存在す
ることにより、前記種々の電子材料金てにわたり、材料
の前記種々の評価を行なうことは原理的に困難である。

発明の目的 この発明はこのような実情を背景にしてなされたもので
、測定試料を光源によりパルス光励起し、この測定試料
を連続温度掃引可能な温度制御部を備えたマイクロ波光
伝導測定装置により過渡光伝導現象を測定することによ
り、材料評価において温度変化での変化領域及び変化時
間の制約がなくなり、しかも温度変化での最高温度の上
限及び変化時間の上限に制約がなくなり、種々の全ての
電子材料についてそれらの使用用途からの要求に起因す
る極めて種々雑多の性質、形状及び形態の違いに無関係
に、それら全ての材料中の電子トラップ及び／または止
孔トラップの定性的かつ定量的な検出が可能である試料
評価装置を提供することを目的としている。

発明の構成　′ この発明は前記の目的を達成するために、測定試料中に
誘起される過渡光伝導現象から材料の評価を行なう材料
評価装置において、前記測定試料をパルス光励起する光
源と、前記測定試料の測定温度を連続的に変化させる温
度制御部を備え過渡光伝導現象に関する情報を連続的に
出力するマイクロ波光伝導測定装置とからなることを特
徴としている。

実施例 以下、この発明の一実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図はこの発明の材料評価装置のブロック図であり、
試料キャビティーｌ内の測定試料２を光源３によりパル
ス光励起する。この光源３は測定試料２にパルス状の光
を照射可能であれば光源そのものは制限されず、各種ラ
ンプ、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザー等
のレーザー及びＬＥＤ等の固体発光素子等を用いること
ができる。そして好ましく用いられる光源３として、例
えばパルス光源の例にキセノンフラッシュランプ等のフ
ラッシュランプ、窒素レーザー及び窒素レーザー励起の
色素レーザー等があり、また定常光源の例にキセノンラ
ンプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ等やＬＥＤ、半導体
レーザー等がある。

前記パルス光励起に起因する過渡光伝導現象を、マイク
ロ波光伝導測定装置Ａにより検出する。このマイクロ波
光伝導測定装置Ａは測定試料２の温度を測定する温度測
定部４と、測定温度情報を電気信号とし出力可能な測定
温度情報出力部５と、連続温度掃引可能な温度制御部６
と、マイクロ波光伝導測定部７、マイクロ波光伝導シグ
ナル出力部８とから構成されている。

前記測定試料２は一旦冷却後連続温度掃引可能な温度制
御部６により温度制御されつつ連続的な温度上昇により
、リアルタイムで過渡光伝導現象が測定される。

そしてマイクロ波光伝導シグナル出力部８から出力され
る前記過渡伝導現象に関する時系列電気信号は波形処理
装置Ｂの波形入力部９に入力される。この波形処理装置
Ｂは波形入力部９、波形処理部１０及び波形処理出力部
１１とから構成されている。そしてこの波形処理装置Ｂ
は時系列電気信号を入力し、この入力時系列電気信号の
各時刻での入力電気シグナルに対応する時系列電気信号
を電気的処理を加えることによって出力する。波形処理
装置Ｂはこのような機能を有していれば特に限定されな
い。

前記波形処理装置Ｂからの出力とマイクロ波光伝導測定
装置Ａの測定温度情報出力部５からの出力は計算機Ｃの
データ入力部１２に入力される。この計算機Ｃはデータ
入力部１２と、データ処理部１３、データ出力部１４を
有するデータ処理系り及びシステム制御部１５、システ
ム制御データ出力部１６を有するシステム制御系Ｅを備
えている。そしてデータ処理、系りにおいて、波形処理
装置Ｂから電気信号として出力された過渡光伝導現象に
関する情報と、マイクロ波光伝導測定装置Ａの測定温度
情報出力部５より電気信号として出力される温度情報を
関連づけてデータ処理される。

一方システム制御系Ｅは所定のプログラムによって光源
３とマイクロ波光伝導測定装置Ａの温度制御部６及び波
形処理装置Ｂをシステム制御するようになっている。こ
のようにしてマイクロ波光伝導測定装置Ａの温度制御部
６により測定試料２の測定温度を連続的に変化させつつ
前記光源３の操作によりパルス光励起を繰返し、複数の
温度での過渡光伝導現象に関する情報を前記波形処理装
置Ｂから出力する。これにより、前記のように計算機Ｃ
でデータ処理される。

この発明によるパルス光励起による電子の熱放出確率の
温度依存性を示す測定結果の一例をｆｆＪｚ図に例示す
る。

測定試料はゼラチン中に分散された約１ｇｍへ面体のＡ
ｇＢｒ写真乳剤微結晶をＴＡＣフイルム上に公知の方法
によって塗布したもを用いている。従来の測定装置によ
る測定結果を黒点で示し、この発明による測定結果を白
点で示している。

ところで従来の測定装置では、１回の温度掃引では１点
しかプロントできず、この測定値は４回の温度掃引によ
って得た。また測定値もバラツキがありそのものの信頼
性も低く再現性も悪い。この発明は１回の温度掃引で４
点の測定値が得られ大幅な測定時間の短縮が達成できる
。そしてアレニウスプロットにより電子トランプの深さ
に相当する活性化エネルギーが得られ、測定値にバラツ
キがなく温度変化に対して直線性があり信頼性と、測定
値の再現性が向上した。

発明の効果 この発明は前記のように、測定試料を光源でパルス光励
起し、これに起因する過渡光伝導現象を温度制御部によ
り、試料の測定温度を連続的に変化させつつ検出するよ
うになしたから、材料の評価において温度変化での変化
領域及び変化時間の制約や、温度変化での最高温度の」
二限及び変化時間の上限に制約がなくなり、種々の全て
の電子材料についてそれらの使用用途からの要求に起因
する極めて種々雑多の性質、形状及び形態の違いに無関
係に、それら全ての材料中の電子トラップ及び／または
正孔トラップの定性的かつ定量的な検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は電子の熱放出確率の温度依存性を示す図である。 Ａ・・・マイクロ波光伝導測定装置　Ｂ・・・波形処理
装置　Ｃ・・・計算機　Ｄ・・・データ処理系　Ｅ・・
・システム制御系　２・・・測定試料　３・・・光源　
６・・・温度制御部 第１図 ］ 第２図 （ｓｅｃｌ） １０００／Ｔ　（に）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定試料中に誘起される過渡光伝導現象から材料の評価
   を行なう材料評価装置において、前記測定試料をパルス
   光励起する光源と、前記測定試料の測定温度を連続的に
   変化させる温度制御部を備え過渡光伝導現象に関する情
   報を連続的に出力するマイクロ波光伝導測定装置とから
   なることを特徴とする材料評価装置。