JPS6060538A - 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
タである電子捕獲面面精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／または正札トラップは、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
たは正孔トラッ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。具
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ふし
、形状としては大きな単結晶半導体から１ｇｍ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膜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」−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ＩｐＬｍ
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ハ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１［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ハロゲン
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
導測定装置の試料ギヤ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）付近にまで、一旦冷却しその後前記デユア−
内の液体窒素を排出し、自然放置による温度上昇を行な
わせている。ところでこの測定試料の温度変化は、最低
温度が前記窒素温度付近であり、最高温度が試料ギヤビ
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、測定試料中に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ップ及び／または
正孔トラップ等の数、熱エネルギー深さ及びこれらのト
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断面積に大
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、この測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１隻変化での前記
最高温度の上限及び前記変化時間に」−眼が実質的に存
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
間の制約や、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／または正孔トラップの定
性的かつ定量的な検出が可能で、しかも測定信号を波形
処理装置で波形処理し計算機に入力することにより得ら
れた測定情報が簡単かつ確実に高速処理できる試料評価
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、このマイクロ波
光伝導測定装置からの過渡光伝導現象に関する時系列電
気信号を波形処理する波形処理装置と、この波形処理装
置からの出力信号を入力しデータ処理する計算機とから
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ｉ３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、連続温度部用可能な温度制御部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ｌＯ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。例えば、１９８３年版ＹＨＦ　ｒ電子応用測定器」
カタログに記載されているウェーブフオームレコーダ、
シグナルアナライザ、Ａ／Ｄコンバータ等がある。

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ｆ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ｌ
ｌ７Ａ３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袋ｍＡの温度
制御部６により測定試料２のｊｕ１１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かも出力する。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第２図に上げる。

Ｘ１１１定試料はゼラチン中に分散された約１７ｐｍ八
面体のＡｇＢｒ写真乳剤微結晶をＴＡＣフィルム上に公
知の方法によって塗布したもを用いている。従来の測定
方式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
しかプロットできず、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ップの深さに相当する活性化工ネル
キーが得られ、ｌ’ｌ１１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／または正孔トラップの定性的かつ定量的な検出が
可能となる。そして測定信号を波形処理装置で波形処理
し計算機に入力することにより得られた測定情報が簡単
かつ確実に高速処理でき、迅速な処理と測定値の信頼性
が一層向上する。

【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　６・・・温度制
御部時　語　出　願　人　小西六写真工業株式会社第１
囚 第２図 （ｓｅｃ−１） １　、・ １０００／Ｔ　＜　ｃｌ＞

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、こ
   のマイクロ波光伝導測定装置からの過渡光伝導現象に関
   する時系列電気信号を波形処理する波形処理装置と、こ
   の波形処理装置からの出力信号を入力しデータ処理する
   計算機とからなることを特徴とする材料評価装置。