ICS 77.040 CCS H 21 中华人民共和国国家标准 GB/T 1553—2023 代替GB/T1553—2009 硅和锗体内少数载流子寿命的测定 光电导衰减法 Test methods for minority carrier lifetime in bulk silicon and germanium- Photoconductivity decay method 2023-08-06发布 2024-03-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T1553—2023 前言 起草。 本文件代替GB/T1553—2009《硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰减法》，与GB/T1553- 2009相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下： a）更改了范围（见第1章，2009年版的第1章）； b) 增加了术语和定义中直观寿命、少数载流子寿命、载流子复合寿命、注入水平的定义（见第3 章），删除了表观寿命的定义（见2009年版的3.1），更改了体寿命的定义（见3.2，2009年版的 3.2); 更改了干扰因素中陷阱效应、光生伏特效应、温度、电导率调幅效应、扫出效应、光源的波长和 关断特性、滤光片的影响（见4.1、4.4、4.5、4.10~4.132009年版的5.1、5.4、5.7、5.3、5.6、5.5、 5.9），增加了注入比、电阻率、样品表面、样品尺寸、载流子浓度变化、加水的影响、不同寿命测 试方法间的关系（见4.2、4.3、4.7、4.8、4.14~4.16）； (P 更改了方法原理（见5.1，2009年版的第4章）； e) 更改了研磨材料（见5.2.2，2009年版的7.1.2）； 温器、研磨设备、清洗和干燥设备（见2009年版的6.4、7.6、7.7），增加了计算机及软件系统（见 5.3.2.6); g) 增加了试验条件（见5.3.4）； h) 更改了试验步骤中温度的要求（见5.3.5.1，2009年版的8.1）； i) j) 更改了高频光电导测试系统示意图（见6.2.1，2009年版的A.3.1）； k) 更改了光脉冲发生装置、光学系统、高频电源、检波器的要求（见6.2.2.1～6.2.2.4，2009年版的 A.3.2~A.3.5），增加了宽频放大器、取样器、示波器或计算机及软件系统测试装置（见6.2.2.5~ 6.2.2.7); 1) 增加了样品要求（见6.3）； m）增加了试验条件中相对湿度的要求（见6.4)； 增加了仪器的校准（见6.5.2）； n) o) 增加了快速测试方法（见6.5.4）； p) 增加了注入水平的计算（见6.6.1）； 更改了高频光电导衰减方法的精密度（见6.7，2009年版的第11章）； (b r）增加了不同测试方法得到的寿命值之间的关系（见附录B）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分技术委员会（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口。 本文件起草单位：有研半导体硅材料股份公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、广州昆德 半导体测试技术有限公司、青海芯测科技有限公司、陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司、浙江海纳 半导体股份有限公司、洛阳中硅高科技有限公司、江苏中能硅业科技发展有限公司、宜昌南玻硅材料有 限公司、江苏鑫华半导体科技股份有限公司、亚州硅业（青海）股份有限公司、云南临沧鑫圆锗业股份有 GB/T1553—2023 限公司、云南驰宏国际锗业有限公司。 本文件主要起草人：孙燕、宁永铎、李素青、朱晓彤、贺东江、王昕、薛心禄、徐岩、潘金平、严大洲、 王彬、蔡云鹏、田新、赵培芝、冉胜国、韩成福、普世坤、蔡丽艳、高源、赵晶、崔丁方。 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为： 1979年首次发布为GB/T1553一1979，1985年第一次修订； ——1997年第二次修订时并人了GB5257—1985的内容，同时代替了GB5257—1985；2009年 第三次修订； 一本次为第四次修订。 GB/T 1553—2023 硅和锗体内少数载流子寿命的测定 光电导衰减法 1范围 本文件规定了非本征硅单晶和储单晶体内载流子复合过程中非平衡少数载流子寿命的光电导衰减 测试方法。 本文件适用于非本征硅单晶和锗单晶中非平衡少数载流子寿命的测试。直流光电导衰减-脉冲光 法可测试具有特殊尺寸的长方体或圆柱体样品，测试硅单晶的最短寿命值为50μs，测试锗单晶最短寿 命值为10us。高频光电导衰减法可测试棒状或块状样品，测试硅单晶和锗单晶的最短寿命值为10μs。 注：直流光电导衰减方法有两种：直流光电导衰减-脉冲光法和直流光电导衰减-斩波光法（见附录A）。 2规范性引用文件 2 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于 本文件。 GB/T1550 非本征半导体材料导电类型测试方法 GB/T1551硅单晶电阻率的测定直排四探针法和直流两探针法 GB/T14264半导体材料术语 GB/T26074锗单晶电阻率直流四探针测量方法 3术语和定义 GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。 3.1 直观寿命 filamentlifetime 1/e寿命 在示波器上直观显示的从脉冲注人结束到衰减信号降至初始信号的1/e时的持续时间。 注1：衰减曲线的初始部分往往不符合指数衰减，因此从衰减曲线的初始部分确定的直观寿命无法确定少数载流子 寿命或载流子复合寿命；寿命的测量报告值可对直观寿命进行修正，即由衰减曲线后一段时间出现的指数部 分确定。 注2：在直流光电导衰减方法中，直观寿命的确定指光电导电压的峰值或饱和电压衰减到等于初始电压的1/e 时间。 3.2 体寿命bulklifetime 体复合寿命bulkrecombinationlifetime 在空穴-电子对的表面复合可以忽略不计的情况下，仅由晶体内杂质和缺陷的复合作用所决定的 寿命。 注：体寿命可以是少数载流子寿命也可以是载流子复合寿命，区别于以表面复合为主的表面寿命。通常寿命测试 1 GB/T1553—2023 中是为了得到体寿命。 3.3 少数载流子寿命minoritycarrierlifetime 均匀半导体中非平衡少数载流子由产生到复合存在的平均时间间隔 3.4 载流子复合寿命 carrier recombination lifetime 在均匀半导体内非平衡空穴-电子对由产生到复合存在的平均时间间隔。 3.5 注入水平injectionlevel 在非本征半导体晶体或晶片内，由光子或其他手段产生的过剩载流子浓度与多数载流子的平衡浓 度之比。 注：注人水平与激发脉冲停止后立即产生的初始过剩载流子浓度有关。 4干扰因素 4.1陷阱效应的影响 对于室温下的硅和低温下的，载流子陷阱会对载流子复合产生影响。如果样品中存在陷阱效应， 脉冲光停止后，非平衡少数载流子将保持较高浓度并维持相当长一段时间，光电导衰减曲线会出现拖尾 现象。在这段减曲线上进行测试将导致少数载流子寿命值增大 样品是否存在陷阱效应可由直观寿命值的变化来确定，通常由寿命值从小于衰减曲线光导电压峰 值（△V。）25%的曲线部分来确定。若寿命值在沿曲线更低处测试时增加，则存在陷阱。此外，把硅样品 加热到50℃～70℃或用一稳定的本底光照射样品，可消除陷阱效应。若陷阱的影响超过曲线总幅度 的5%，则该样品不适合用直流光电导衰减法测试。 4.2注入比的影响 少数载流子寿命测试应在小注人条件下进行。不同电阻率时符合小注人的条件不同，可通过改变 光强观察寿命值的变化来初步判断，当寿命值不随注入比改变时，可天致判断测试结果为少数载流子 寿命。 4.3电阻率的影响 测试时样品的电阻率应在测试方法及测试设备要求的范围内。当电阻率较低时，干扰因素比较大， 若增大注入比，可能得到的是载流子复合寿命。 4.4光生伏特效应的影响 对于电阻率不均匀的样品，光照可能会引发光生伏特效应，产生使衰减信号扭曲的光电压。为了消 除此影响，测试时需要评估光照的影响，特别对电阻率较高和寿命较长的样品，当光照对寿命测试值有 影响时宜避免光照。在没有电流通过时就呈现光电压的样品不适合用本方法测试。 4.5温度的影响 样品中杂质的复合特性会受温度的较大影响，测试时控制温度相当重要。对于接近本征的高电阻 率样品或对温度要求较高的样品，应在（27土1）℃范围内进行测试。 2 GB/T1553—2023 4.6杂质复合中心的影响 不同的杂质中心具有不同的复合特性，当样品中存在一种以上类型的复合中心时，观察到的衰减曲 线可能包含两个或多个具有不同时间常数的指数曲线，诸曲线合成结果也不呈指数规律，测试不能得出 单一寿命值。 4.7 样品表面的影响 样品应具有研磨表面。使用的研磨材料可能影响样品的表面复合，进而影响得到少数载流子的体 复合寿命，应选择适宜的研磨材料以制备样品的研磨表面。在测试条件下，呈非指数规律变化信号的样 品及表面为抛光面的样品都不适合用直流光电导衰减法和高频光电导衰减法测试。 4.8样品尺寸的影响 样品的尺寸大小对测试结果有直接影响，直流光电导衰减法和高频光电导衰减法的最长寿命值主 要由样品尺寸和测试设备决定。直流光电导衰减-脉冲光法的推荐样品类型尺寸见表1；直流光电导衰 减-脉冲光法测试推荐样品的最大可测试寿命值见表2；高频光电导