少子寿命对双极型器件的电流增益、正向压降、 开关速度等参数起着决定性的作用。
太阳能电池的转换效率，发光二极管的发光效率等也与少子寿命有关。 因此，少子寿命的
测量一直受到极大的重视。
少子寿命的测量有许多种方法，一般可以分为两大类。第一类为瞬态法(直接法)。 这
类方法利用脉冲电或闪光在半导体中激发出非平衡载流子来调制半导体的体电阻，通过测
量体电阻的变化规律直接观察半导体材料中非平衡载流子的衰退过程，因而测量它的寿命。
双脉冲法和光电导衰退法属于这一类。第二类为稳态法( 间接法)，它是利用稳定的光照，
使非平衡少子分布达到稳定状态，然后测量半导体中某些与寿命值有关的物理参数从而推
算出少子寿命; 这类方法包括扩散长度法和光磁法。这类方法的优点是可以测量很短寿命
的材料，但必须知道半导体材料的其他一些参数，而这些参数往往会随样品所处的条件不
同而异，因此精度稍差。
高频光电导衰退法是国际通用方法。 本实验采用这种方法来测量非平衡少子的寿命，
它的优点是样品无须切割为一定的几何形状，对样品的几何尺寸要求不太严格，测量时不
必制作欧姆电极，因此样品较少受到污染，测试方法也较为简单，缺点是仪器线路比较复
杂，受干拢也大些。
本实验的目的在于熟悉高频光电导衰退法的测量原理，熟悉测量设备， 掌握测量方法。
一、实验原理
实验的原理框图见12-1，从图看出， 高频源提供的高频电流流经被测样品。
当氙光源或红外光
源的脉冲光照射被测样
品时，单晶硅光照表面以
及光贯穿深度范围内将
产生非平衡光生载流子，
这将使得样品产生附加
光电导，使样品的总电阻
下降。当高频信号源为恒
压输出时，流过样品的高
频电流幅度增加△I 。由
于光源是脉冲光源，因此
光照消失后，△I 将逐渐衰退，衰退速度将取决于光生非平衡少数载流子在晶体内存在的平均
时间(即寿命τ)。
图12-1 试验原理图
在小注入的条件下，当光照区内复合是主要因素时，△I 的衰减将是指数形式的。
这时在取样电路上产生的电压变化△V 正比于△I ，也就是说△V 亦按同样的指数规律变化，
假定光照时电压变化△V 的峰值为△V ，则光照消失后：
△v=△v 。exp(-t/τ) 此调幅，高频信号经过检波器解调和高频滤波再由宽带放大器放大，输入到脉冲示波器， 在
示波器荧屏上就会显示出一条按指数规律衰减的曲线，衰退的时间常数τ就是欲测的寿命
值。实测结果表明：△v 的衰减并不是理想的指数衰减曲线，往往在光照消失后的最初阶
段偏离理想曲线，通过观察可知，当信号衰减了40-50%以后，实际曲线就与理想曲线(指
数衰退曲线)完全吻合，如图12-2所示。
t
V 0
图12-2 实际衰减曲线在起始段
与理想曲线不符合
使得实际曲线与指数衰退曲线在起始段偏
离的原因在于：(1)光照太强，破坏了小注入
的条件。(2)表面高次模非指数衰减的干扰，
衰减到大约50% 以后基本上进入单一指数。
(3)表面吸收，表面复合的影响。这种影响在使用红外光源时更为严重， 因为红外光波长主要集中于9300Å，波长太短表面光吸收严重，不易透入样品内部，当信号衰减了40-50%后实际曲线与理想曲线相吻合，恰好反映了体内非平衡少数载流子的寿命的真正数值。
为了避免测量偏差，使不同的实验者以及不同的仪器之间的测量结果趋于一致。现在
一般的测量方法是：
预先在示波器上按规定坐标画出标准的指数曲线。当示波器屏幕上出现样品的实际衰
减曲线后，调节高频源输出幅度，示波器Y 轴衰减以及光强使△V e 改变，再配合调节脉冲
示波器X 轴扫描速度，使实际曲线与标准曲线在可能大的范围内互相吻合，此时即可在规
定的X 轴τ的范围并用读时标点子数的方法读出样品的非平衡少子寿命值，见图12-3所示。
二、实验内容
淄实验任务是用不同的光源(氙灯或红外灯) 测量3个不同电阻率样品的非平衡少子寿命τ。
每个样品测定2－3次，求出平均值并分析。
三、实验步骤
本实验使用单晶寿命仪及SBT-5同步示波器。另需高频信号源一台。单晶寿命仪配
备有双光源：氙灯光源，红外光源，具有较宽的测量范围。
将测试样品置耦合电极板上，对于低阻被测样品， 为降低样品与电极的接触噪声。
应在样品与电极接触处涂以自来水，注意切勿涂到光照面上。 用弹力橡皮与样
品接触，旋紧螺丝，使样品紧压
在电板上。
根据被测样品的寿命值范围
选择光源：τ<10μS；选用红外光
源：τ>10μS 选用氙灯光源。
根据被测样品的电阻率选
择电表量程开关ρ>100Ώcm 选
择“高阻”挡，ρ<100Ώ cm 选用
“低阻”挡。
打开示波器电源，再起动单
晶仪，如选用氙灯光源，这时应
听见每秒一次的触发电离声氙灯
一般工作在4KV 左右，此时应出现闪光。如选用红外光源， 则要开启红外光源电源，并
将电压调至适当位置，使曲线符合标准曲线。
图12-3 实际直读寿命τ的方法的示意图
e —1
预先规定的坐标原点
调节同步示波器的y 轴衰减以及扫描速率使仪器输出的波形与屏墓上的标准曲线尽
量吻合。此时即可根据时标打点。数读出该样品的寿命值。
每组对三块不同的寿命，不同电阻率的单晶样品进行测试。测试条件及测试结果填入
数据表内。
四、实验数据处理和分析
将实验数据填写下表中:
氙 灯
红外灯 样品
编号 电阻率
（Ωcm ）型号
（N 或P ）
高压
KV 滤光片
输出电压 输出电压 输出电压 寿命值 τ
四、思考题
试分析表面对于测试结果的影响，讨论实验测准的条件？
五、注意事项
认真预习本实验讲义，各仪器操作要严格按该仪器的操作步骤，以避免仪器的损坏。
六、参考资料
1. 孙以材著，半导体测试技术，国防工业出版社。
2.半导体物理实验指示书，清华大学无线电系半导体教研组。
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