载流子迁移率测试TOF-411

光生载流子迁移率测试系统TOF-411

软件界面（左图）设备技术指标:

迁移度：10-7～10-1 cm2/V?sec

样品厚度：0.1μm～十几个μm

迁移时间：大于10 nsec

样品温度范围：-100～200℃

N2激光，波长：337.1 nm，激光能量：150μJ，脉冲宽度：0.6 nsec，可拓展至357～710nm

光导玻璃纤维，长度：2.5 m，直径：800μm 偏转电压：0～500V、0～10V可选

真空排气装置，真空度: 6.7 Pa (5 x 10-2 Torr )

样品池：Cu体，温度控制范围：-100～200℃，一对电极探针

保温体：材料: SUS，内径：250 mm

电源：110V 50Hz

示波器

非分散型传导的载流子分散型传导的载流子

北京中环恒泰

测迁移率的方法

测量方法 (1)渡越时间(TOP)法 适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。 在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。设薄层状况不变，则运动速度为μE。如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。在t 时刻有：若式中L 为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。则在t0 时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有式中L、V 和t0 皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。 (2)霍尔效应法 主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。将一块通有电流I 的半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势U，这称为霍尔效应。由于空穴、电子电荷符号相反，霍尔效应可直接区分载流子的导电类型，测量到的电场可以表示为式中R 为霍尔系数，由霍尔效应可以计算得出电流密度、电场垂直漂移速度分量等，以求的R，进而确定μ。 3)电压衰减法 通过监控电晕充电试样的表面电压衰减来测量载流子的迁移率。 充电试样存积的电荷从顶面向接地的底电极泄漏，最初向下流动的电荷具有良好的前沿，可以确定通过厚度为L 的样品的时间，进而可确定材料的μ值。 (4)辐射诱发导电率(SIC)法 导电机理为空间电荷限制导电性材料。 在此方法中，研究样品上面一半经受连续的电子束激发辐照，产生稳态SIC，下面一半材料起着注入接触作用。然后再把此空间电荷限制电流(SCLC)流向下方电极。根据理论分析SCLC 电导电流与迁移率的关系为J=pμε1ε0V2/εDd3 (7) 测量电子束电流、辐照能量和施加电压函数的信号电流，即可推算出μ值。 (5)表面波传输法 被测量的半导体薄膜放在有压电晶体产生的场表面波场范围内，则与场表面波相联系的电场耦合到半导体薄膜中并且驱动载流子沿着声表面波传输方向移动，设置在样品上两个分开的电极检测到声一电流或电压，表达式为Iae=μP／Lv．(8) 式中P 为声功率，L 为待测样品两极间距离，v 为表面声波速。有此式便可推出μ值。(6)外加电场极性反转法(6)外加电场极性反转法 在极性完全封闭时加外电场，离子将在电极附近聚集呈薄板状，引起空间电荷效应。当将外电场极性反转时，载流子将以板状向另一电极迁移。由于加在载流子薄层前、后沿的电场影响，因而在极性反转后t 时间时，电流达到最大值。t 相当于载流子薄层在样品中行走的时间，结合样品的厚度、电场等情况，即可确定μ值。 (7)电流一电压特性法本方法主要适用于工作于常温下的MOSFET 反型层载流子迁移率的测量。对于一般的MOSFET 工作于高温时，漏源电流Ids 等于沟道电流Ich 与泄漏电流Ir 两者之和，但当其工作于常温时，泄漏电流Ir 急剧减小，近似为零，使得漏源电流Ids 即为沟道电流Ich。因此，对于一般的MOSFET 反型层载流子迁移率，可以根据测量线性区I—V 特性求的。总结综上所述，本文共指出了七中载流子迁移率的测量方法，除此之外，还可采用漂移实验、分析离子扩散、分析热释电流极化电荷瞬态响应等方法进行载流子迁移率的测量

迁移率

引言 迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数，它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。本文对载流子测量方法进行了小结。 1 迁移率μ的相关概念 在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，导体内部的载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定。在电场下，载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比为： 式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是m2／V·s 或cm2／V·s。 迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。它对半导体器件的工作速度有直接的影响。 在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值，这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的。事实上，载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，即发生了散射。无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态，所以存在着晶格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。 2 测量方法 (1)渡越时间(TOP)法 渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。 在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。设薄层状况不变，则运动速度为μE。如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。在t时刻有： 若式中L为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。则 在t0时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有 式中L、V和t0皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。 (2)霍尔效应法 霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。

载流子迁移率测量方法总结

载流子迁移率测量方法总结 引言 迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数，它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。本文对载流子测量方法进行了小结。 迁移率μ的相关概念 在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，导体内部的载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定。在电场下，载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比为： 式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是m2／V·s 或cm2／V·s。 迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。它对半导体器件的工作速度有直接的影响。 在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值，这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的。事实上，载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，即发生了散射。无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态，所以存在着晶格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。 测量方法 (1)渡越时间(TOP)法 渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。 在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。设薄层状况不变，则运动速度为μE。如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。在t时刻有：

载流子迁移率计算方法(VASP,ORIGIN)

载流子迁移率计算方法(V A S P,O R I G I N) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

计算公式： 半导体物理书上也有载流子迁移率的公式，但是上面的是带有平均自由时间的公式，经过变换推倒，就成了上面的那个公式，因此要用vasp计算的参数有，S l,m e,m d,E l这四个参数，其他的都是常数，可以查询出来带入公式。 参数：S l ,就是需要我们先用vasp计算出声子谱，我们要对声子谱求导，取导带底处的值，对应的就是电子迁移率的S l 所以需要学会怎么使用phonopy m e :就是电子的有效质量，要用origin对能带图求二次导，取导带底对应的值。 m d: mx就是布里渊区X方向的有效质量，my就是y方向的有效质量，先用笔算出G 到K,M向量，然后分别作这两个向量的垂直向量，在这两个向量方向上取20个权重为0的点，放到KPOINTS中，按照以前的方法，算出来的能带就是x方向上的和y方向上的，然后就可以算出x,y方向上的有效质量。 E l :把公式变形一下，E l，放在一边，其他的放在另一边，δV就是原来晶胞的体积改变量，δE就是对应能量的该变量，V0就是晶胞原来的体积，也就是说，我要把原来的晶胞任意改变一下大小，算出导带底能量的变化量，进而就算出了E l这个量。 以上这四个量算出来之后，带入公式计算就可以得出电子的迁移率公式。 电子迁移率主要受到：声学支波散射，光学支波散射，电离杂质杂质散射的影响，因为后二者没有第一个影响大，所以我们计算的迁移率包含的就是在声学支波散射作用下的迁移率。（半导体物理书上都很仔细的介绍。） 2

有机半导体中载流子迁移率的测定

有机半导体中载流子迁移率的各种方法的测试原理。主要有如下JV) ,飞行2(CW) 直流电流2电压特性法( steady2state DC 几种:稳态时间法(time of flight , TOF) ,瞬态电致发光法(transientelectroluminescence , transient EL) ,瞬态电致发 光法的修正方法即双脉冲方波法和线性增压载流子瞬态法(carrier extraction by linearly increasing voltage ,CELIV) ,暗注入空间电荷限制电流(dark injection space charge limited current , DI SCLC) ,场效应晶体管方法(field2effect transistor , FET) ,时间分辨微波传导技术(time2resolved microwave conductivity technique , TRMC) ,电压调制毫米波谱(voltage2modulated millimeter2wave spectroscopy , VMS) 光诱导瞬态斯塔克谱方法(photoinducedtransient Stark spectroscopy) ,阻抗(导纳) 谱法(impedance (admittance) spectroscopy) 。 实验测定方法 一些传统无机半导体迁移率的测量方法是比较 成熟的,如利用霍耳效应[11 ] (根据定义,电流密度等 于载流电荷密度乘以平均漂移速率。电流密度可以 通过测量电流强度和样品尺寸而求得,载流电荷密 度可以通过在弱磁场下测量经典霍耳系数而求得。 因此,迁移率是一个可以通过直接测量而求得的 近来开发的拉曼散射技术[12 ] (通过微观拉曼