42907-2023 硅锭、硅块和硅片中非平衡载流子复合寿命的测试 非接触涡流感应法
1 范围
本文件描述了用非接触式涡流感应法测试太阳能电池用单晶硅锭、硅块和硅片中非平衡载流子复
合寿命的方法。
本文件适用于非平衡载流子复合寿命在0.1μs～10000 μs、电阻率在0.1 Ω
·cm～10000 Ω ·cm
的硅锭、硅块和硅片的测试。其中瞬态光电导衰减法适用于非平衡载流子复合寿命小于100μs
时硅
锭、硅块和硅片的测试，准稳态光电导法适用于非平衡载流子复合寿命大于200 μs
时硅锭、硅块和硅片
的测试，非平衡载流子复合寿命在100μs～200μs 时，两种测试方法均适用。
2 规范性引用文件
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/T 1551 硅单晶电阻率的测定 直排四探针法和直流两探针法
GB/T 6618 硅片厚度和总厚度变化测试方法
GB/T 13389 掺硼掺磷掺砷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程
GB/T 14264 半导体材料术语
3 术语和定义
GB/T 14264 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
陷阱效应 trap effect
在有非平衡载流子时杂质能级积累某一种非平衡载流子的效应。
注：例如重金属杂质在半导体禁带中形成的深能级，俘获非平衡载流子后，经过一段时间释放出来的现象称为陷阱
效应。
3.2
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的平均时间间隔。
4 方法原理
4.1 瞬态光电导衰减法
将样品放置于距离经校准的涡流传感器1 mm～3mm
的固定位置，并且使用随时间变化的光源对
待测样品进行照射。光照突然停止后，用仪器校准的方法将从涡流传感器得到的数据转化为光电导，再
用硅迁移率函数将其转化为载流子浓度。载流子复合寿命与浓度间的函数关系可以通过分析载流子浓
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度衰减过程中的每个数据点得到。对于具有高表面复合率的硅块样品，随着表面载流子的耗尽，所测寿
命会逐渐地接近块体寿命，而载流子浓度的峰值也从表面移至块体内。
4.2 准稳态光电导法
将样品放置于距离经校准的涡流传感器1mm～3mm
的固定位置，并且使用长缓衰型的光源对待
测样品进行照射。样品受到光照时，可同时测得光照强度和涡流传感器的输出电压。用仪器校准的方
法将从涡流传感器得到的数据转化为光电导，再用硅迁移率函数将其转化为载流子浓度。入射到样品
上的光照强度通过光强探测器的校准函数关系转化为样品的光生率。再通过光生率对光照过程中和光
照结束后衰减过程中的非平衡载流子寿命进行计算。
5 干扰因素
5.1
非平衡载流子复合寿命与其浓度有对应的函数关系，应在相同非平衡载流子浓度下测试寿命值。
5.2
室温下硅中可能存在载流子陷阱。如果在样品中发生电子或空穴的陷落，光脉冲停止照射后(瞬
态模式)或在低光强时(准稳态模式),另一种类型载流子的过剩浓度会保持在较高水平。存在陷阱特征
时，不应在低非平衡载流子浓度范围内测试寿命值，按照附录 A
修正除外。对于在1×10¹²cm-³~2× 10¹⁴ cm⁻
范围内的非平衡载流子浓度，指示性陷阱特征是测量寿命随着非平衡载流子浓度的减小而急
剧增加的一种现象。这种在低载流子浓度时明显变高的测量寿命不能真实地反映非平衡载流子寿命。
如果需要校正，应记录未经修正和经过修正的寿命随非平衡载流子浓度变化的曲线。用户在比较数据
时需要明确可能由陷阱效应引起的修正值(按附录 A 的规定进行)。
5.3
如果器件中存在结，则是掺杂扩散结或由表面电荷产生的反转层，不应在有耗尽区调制(DRM)
效
应的低载流子浓度下记录数据，用户在比较数据时需要明确可能由陷阱效应引起的修正值(按附录
A 的规定进行)。
5.4
硅中的载流子迁移率具有负的温度系数。因此，样品受热后伴随着光激发的过程可表现出负的光
电导，最终会返回到暗光电导基线。在薄的重掺杂样品上可看到此效应。在低寿命样品且使用高光强
的情况下此效应更加明显。
5.5
接近本征(未掺杂)的硅样品(薄层电阻大于2000Ω)可能偏离本文件中描述的二次校准曲线。
5.6
测量硅块样品时，由于样品表面激发和表面传感，测量的是由激发深度、扩散长度和感测深度定义
的局部近表面的寿命。探测体积可从表面延伸至硅块内部1 mm～5 mm 的范围。
5.7
在准稳态模式下硅块样品的测量从测量值到体寿命的传递函数应在各用户之间达成一致。
5.8
硅块样品表面的光滑程度对测试结果有影响，表面越光滑测试结果越好。测试相对较低体寿命的
硅片样品时，可以不进行表面钝化处理，具体要求见附录B。
5.9
在硅片样品中扩散长度和光吸收深度远小于硅片样品厚度的情况下，计算非平衡载流子浓度时使
用的有效厚度是扩散长度和吸收深度之和的两倍，不应使用硅片样品的厚度。
5.10
对于迁移率未知的样品，准稳态光电导法测量的寿命值的不确定性与迁移率的不确定性成正比。
5.11 本方法适用于厚度大于10 mm 的硅块样品和厚度小于1 mm
的硅片样品，对于厚度在1 mm~ 10mm
范围内样品，数据分析需要计算机模拟，因此简化假设可能不适用，测试结果是近似的。
5.12 当涡流传感器距离样品边缘足够远(位于传感器平面上的1 mm～3mm)
时，此测试方法最准确。
6 试验条件
温度为20℃~25℃,湿度不大于80%,射频涡流传感器的主电源电压为标称电压的±10%,实验
室宜避免强光。
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7 仪器设备
7.1 射频涡流传感器
射频涡流传感器输出信号为电压，射频涡流传感器固定在一个可调节的机械结构上，该结构可以实
现传感器与样品距离可调。输出电压与样品薄层电阻之间存在函数关系。
7.2 光源
光源是波长在350 nm～1150 nm
范围内的单色光或带有滤光片的宽带光源。光源的光谱可以被
表征。
7.3 基准光强探测器
在样品整个波长范围内，基准光强探测器(以下简称"光强探测器")对光中所有可用的波长均应有
响应。光强探测器的响应时间应比准稳态模式中使用的光源的响应时间快10倍及以上。在准稳态模
式中，光强探测器应具有已知的光谱响应。
7.4 数据采集系统
该系统能够以足够的时间和电压分辨率记录来自光强检测器和仪器的电压。数据采集的时间响应
是瞬态寿命变化或准稳态光强度变化的10倍及以上。非平衡载流子复合寿命测试装置示意图如图1
所示。
标引序号说明：
1——光源；
2——滤光片；
3——光强探测器；
4——射频涡流传感器；
5——硅块和硅片。
图 1 非平衡载流子复合寿命测试装置示意图
8 样品
8.1 硅锭应切割为硅块后进行测试。
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8.2 硅块样品厚度应大于10 mm,
样品面积应大于涡流传感器所感测的面积，单边至少在感测区域范 围 的 5 mm
之外。硅块表面可以是切割面，宜抛光至光滑状态。
8.3 硅片样品厚度应在0.01 mm～1mm,
样品面积应大于涡流传感器所感测的面积。对于钝化后的
硅片样品，测试的寿命值等于实际硅材料的体寿命，与光照的波长无关。
9 仪器校准
9.1 测试硅块的校准方法
9.1.1 测试硅块样品时，使用至少4个厚度不小于15 mm
的均匀掺杂的样品，重复9.2.1和9.2.2并确
定一个二次函数关系来作为电导率的输出函数。按照GB/T1551
测试电阻率，再转化为电导率。
9.1.2 使用四探针法测定的电阻率除以硅块样品的薄层电阻得到传感器探测深度。
9.2 测试硅片的校准方法
9.2.1
测试硅片样品时，由均匀掺杂的单晶硅片制备至少以4个样品为一组的硅片组，按照
GB/T 6618 测试厚度，按照GB/T 1551
测试电阻率。薄层电阻等于电阻率除以样品厚度。
9.2.2
在非照明条件下，将每个样品依次放置在靠近涡流传感器的位置上，利用最小二乘法优化的二
次拟合，确定每个校准样片的电导和输出电压的函数关系，生成的曲线用于将电压测试数据转换为薄层
电导的计算。
9.3 光生比例常数的确定方法
9.3.1
准稳态模式测试时应确定被测样品中光产生的比例常数，作为光强探测器输出信号的函数。瞬
态模式不应进行此校准。
9.3.2
使用与被测试器件具有相同光生作用的样品，如相同的厚度、表面处理、表面粗糙度、电介质(类
型和厚度)以及载流子复合寿命在100μs～1000μs
范围内。使用瞬态模式(不应使用光强探测器)和
准稳态模式测试样品的载流子复合寿命，利用瞬态模式重复测试寿命来确定校准光强探测器。
9.3.3
使用一个已经校准的仪器测试一组样品的寿命，再用已知寿命值的样品对新设备进行校准。
9.3.4
通过构造一个太阳能电池模型，利用光源发光光谱模拟测试样品中光生作用和光强探测器中的
输出信号。在这个模型中，通过光强探测器的已知光谱响应来确定它的输出信号。然后针对真实样品
的模型(具有合适的硅厚度和电介质层),模拟内部的光生效应，将其与相同光照条件下光强探测器的输
出信号作比较，二者的比值就是在同一光源下探测器产生单位信号所对应的样品中的校准光生率。
9.3.5
如果已知样品的透射光谱和反射光谱，光源光谱的光生就等于吸收光子的总和乘以一个电子的
电荷数，光生再除以来自同一光源的光强探测器电压即为比例常数。
10 试验步骤
10.1 硅锭的测试
硅锭应破碎为硅块后进行测试。
10.2 硅块的测试
10.2.1 瞬态模式测试硅块样品
10.2.1.1
测试并记录硅块厚度、电阻率以及样品温度。
10.2.1.2
把样品放在传感器上方，在校准电导期间记录样品与传感器的距离。
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10.2.1.3
使用高强度和高脉冲的光源持续照射硅块，直到光电导达到可用光源的峰值，然后尽可能迅
速地关闭光源使光信号急剧截止，随后光照的1/e
衰减时间小于所记录寿命的1/5。以探测深度作为 有效硅块厚度(W),
可以由光电导推出硅块样品中的平均非平衡载流子浓度。
10.2.1.4 记录非平衡载流子密度为5×10¹ cm⁻³
时的寿命，记录整个曲线，或说明记录寿命的特定载
流子密度，并将传感器深度作为有效宽度。
10.2.2 准稳态模式测试硅块样品
10.2.2.1
测试并记录硅块厚度、电阻率以及样品温度。
10.2.2.2
把样品放在传感器上方，在校准电导期间记录样品与传感器的距离。
10.2.2.3 用一个波长大于950 nm
的长缓衰型脉冲光照射样品，其脉冲持续时间和衰减速率超过材料
中最长的预期体寿命至少3倍。
10.2.2.4
将每个时间点测到的光照强度转换成电子-空穴对的产生率，按照9.3,计算光生比例常数。
10.2.2.5
根据预期的扩散长度，使用硅块样品的有效寿命与有效宽度的计算或按附录 C
中的数值分 析方法，记录寿命的测试结果。
10.2.2.6
对扩散长度进行计算，利用实测寿命和体寿命之间的传递函数，并使用硅块样品的有效寿命
与有效宽度的计算或按照附录 C
中的数值分析方法，迭代有效样品宽度和体寿命直至自洽。
10.2.2.7 如果需要，按照附录A 进行陷阱修正。
10.3 硅片的测试
10.3.1 瞬态模式测试硅片样品
10.3.1.1
测试并记录硅片厚度、电阻率以及样品温度。
10.3.1.2
把样品放在传感器上方，在校准电导期间记录样品与传感器的距离。
10.3.1.3
打开照明光源，照射样品。持续时间超过硅片中预期的复合寿命后，迅速关闭光源，测试光照
结束后电导的变化。
10.3.1.4
将光电导转化为平均注入载流子浓度，在测试允许的载流子浓度范围内，确定有效寿命和非
平衡载流子浓度间的函数关系。
10.3.1.5 按照附录 B
的规定进行，根据测试的有效寿命有选择地计算一些解释性参数，如发射极饱和
电流密度(J。), 表面复合速度(S) 和体寿命(tbulk)。
10.3.2 准稳态模式测试硅片样品
10.3.2.1
测试并记录硅片厚度、电阻率以及样品温度。
10.3.2.2
把样品放在传感器上方，在校准电导期间记录样品与传感器的距离。
10.3.2.3 使用1/e
衰减时间至少比硅片中预期的有效寿命大3倍的照明光源照射样品和校准的光强
探测器，其中波长应为850 nm 或1060 nm。
10.3.2.4
同时测试光强和电导率的变化，将光电导转化为平均注入载流子浓度。
10.3.2.5
将照明光强(探测器输出电压)的变化转化成样品中光生率的变化。
10.3.2.6
在测试允许的载流子浓度范围内，确定有效寿命和非平衡载流子浓度间的函数关系。
10.3.2.7
如果需要，可增加或减弱照明的强度等级来扩大载流子的浓度范围。
10.3.2.8 按照附录 B
的规定进行，根据测试的有效寿命有选择地计算一些解释性参数，如发射极饱和
电流密度(J。), 表面复合速度(S) 和体寿命(tbulk)。
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11 试验数据处理
11.1 平均载流子浓度的计算
11.1.1
通过使用涡流传感器，利用迁移率和载流子浓度之间的关系将光电导转换成平均载流子浓度。
11.1.2 由涡流传感器电压计算电导值，按照公式(1)计算。
……… … ………… (1)
式中：
G — 电导，单位为西门子(S);
Rs — 薄层电阻，单位为欧姆每方块(Ω/□);
a,b,c—— 电导电压函数关系修正常数；
U₁ — 涡流传感器电压，单位为伏(V)。
11.1.3 样品厚度(w) 按 GB/T 6618 的规定进行测试。
11.1.4 迁移率是一个关于非平衡载流子浓度△n 和掺杂浓度N 和 Np
的函数。样品在300 K 下的常
用迁移率模型基于来自高注入硅的数据，并利用多数载流子的近似净浓度 Nmi
与非平衡载流子浓度的
加和进行估算。样品的迁移率按照公式(2)进行计算。其中，多数载流子浓度(Nm)
是将所测的电阻率 按照 GB/T 13389 的转换关系计算。
式中：
…………………
(2)
μn — 电子迁移率，单位为平方厘米每伏秒[cm²/(V · s)];
μ — 空穴迁移率，单位为平方厘米每伏秒[cm²/(V · s)];
△n — 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻³);
Nmj— 多数载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻³)。
注：也能建立一个随温度变化的模型。
11.1.5 样品的非平衡载流子浓度按照公式(3)计算。
(3)
式中：
△n— 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻ 3);
△a—— 电导率，单位为西门子每米(S/m);
μn—— 电子迁移率，单位为平方厘米每伏秒[cm²/(V · s)];
μp— 空穴迁移率，单位为平方厘米每伏秒[cm²/(V · s)];
R 薄层电阻，单位为欧姆每方块(Ω/□);
q — 元电荷；
w — 样品厚度，单位为毫米(mm)。
为了通过电导值计算△n, 且由于△n
依赖于公式(2),应将公式(2)和公式(3)进行迭代计算。
11.1.6
样品的光生作用根据9.3进行计算。光强探测器上测得的电压按公式(4)计算。
(4)
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式 中 ：
U₂— 光强探测器电压，单位为伏(V);
G(t)—— 电子空穴对的光生转化效率；
K, — 比例常数。
11.2 非平衡载流子复合寿命的计算
11.2.1
样品非平衡载流子复合寿命的测试是在载流子浓度平衡的过程中，通过监测作为非平衡载流
子浓度的函数光产生过程得到的。这种载流子浓度是在持续的光照条件下进行监测的(建立
一种非平
衡载流子和光生之间的稳态),光照停止之后(非平衡载流子发生瞬态衰减)或在不同的光照强度下，称
为"准稳态"或"广义"的状态。
11.2.2
在光照完全关闭之后，光生作用被突然终止，瞬态模式下的有效寿命按照公式(5)计算。
………………………… (5)
式 中 ：
Tai( △n)—— 有效寿命，单位为微秒(μs);
△n — 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻ 3)。
11.2.3
对于入射光为稳态或准稳态(缓慢变化)的硅片，在不简化为瞬态或稳态的特殊情况下求解连
续性方程，得到有效寿命，准稳态模式下的有效寿命按照公式(6)计算。
(6)
式 中 ：
tei( △n)—— 有效寿命，单位为微秒(μs);
△n —— 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻ 3);
G(t) —— 电子空穴对的光生转化效率。
11.2.4
对于稳态、单色光照射和无限表面复合，硅块样品的有效寿命按照公式(7)计算。
teif=tbulk/aL+1 (7)
式 中 ：
teit— 有效寿命，单位为微秒(μs);
Tbuk— 体寿命，单位为微秒(μs);
α — 吸光系数；
L - 扩散长度，单位为毫米(mm)。
11.2.5 有效宽度按照公式(8)计算。
weit=2[L+1/a] ………… …………… (8)
式 中 ：
Wef— 有效宽度，单位为毫米(mm);
L — 扩散长度，单位为毫米(mm);
α — 吸光系数。
11.2.6 扩散长度按照公式(9)计算。
L =√Dthuk ………………………… (9)
式 中 ：
L — 扩散长度，单位为毫米(mm);
D — 扩散系数，单位为平方厘米每秒(cm²/s), 按照附录 B 的规定进行；
Tbulk——— 体寿命，单位为微秒(μs)。
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12 精密度
12.1 硅块样品
选取直径298 mm～301 mm、厚度102 mm～152 mm、寿命64μs～2260μs、 电阻率0.1
Ω ·cm~ 1Ω ·cm 范围内的 p 型和 n
型两组各6个硅块样品。同一实验室对同一组样品的同一位置重复测试
20次，相对标准偏差不大于10%。不同实验室对同一组样品的同一位置分别进行测试3次，测试结果
的相对标准偏差不大于15%。
12.2 硅片样品
选取直径223 mm, 厚度155μm, 寿命50 μs～90μs,电阻率0.4 Ω ·cm～0.6 Ω ·cm
范围内的
15个硅片样品。同一实验室对同一组样品的同一位置重复测试20次，相对标准偏差不大于10%。不
同实验室对同一组样品的同一位置分别进行测试15次，测试结果的相对标准偏差不大于20%。
13 试验报告
试验报告应包括以下内容：
a) 试样编号；
b) 试样尺寸；
c) 试样导电类型和电阻率；
d) 试样厚度；
e) 试样温度；
f) 试样掺杂类型、浓度；
g) 试样钝化情况；
h) 测试人员和日期；
i) 本文件编号；
j) 其 他
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附 录 A
(规范性)
低载流子浓度下非平衡载流子寿命的光电导率的修正
A.1 低非平衡载流子浓度下陷阱效应的修正
A.1.1
在太阳能电池用铸锭多晶样品中，在高温处理前，部分样本出现了以下明显的特征：在低非平衡
载流子浓度下，按照公式(5)或公式(6)计算得到的表观寿命急剧增加，如图 A.1
所示。这通常被称为
陷阱效应。这种明显提高的寿命是假象，而不是由于过多的自由电子-空穴对形成的。这种高寿命(在
图 A.1
中超过了80μs)不应被确认为载流子复合寿命，因为这种过量的光电导不对应于硅中自由电子-
空穴对的寿命，也不能显著改善太阳能电池中的电流或电压。
非平衡载流子浓度/cm-3
图 A.1 准稳态模式中数据修正
A.1.2 图 A. 1 说明了准稳态模式中简单的数据修正，图 A.2
中说明了光电导与光照强度之间的函数关
系。低光照强度下，光电导随着光照强度增加而增加，在某一点之上呈现明显的线性关系。这一点被称
为"偏置光强"的点。在1×10¹⁵ cm⁻³
的情况下，那一点寿命是可被读出来，从而可获得光电导和光照强
度之间的斜率。这条线在光电导数轴上的截距是陷阱光电导的近似测试值，总的光电导值减去近似测
试值就可以得到陷阱修正后的值，此时的寿命和载流子浓度是较为准确的。
光照强度/sums
图 A.2 准稳态模式中方法修正
A.1.3
用修正后的光电导率代替公式(3)中的光电导率，修正后的光电导率按照公式(A.1)
计 算 。
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△σ correeted = △d toual △σ tmps ……… … … … … … …(A. 1)
式中：
△σcoreted——修正后的光电导率值，单位为西门子每米(S/m);
△aoal — 总的光电导率值，单位为西门子每米(S/m);
△σps —— 陷阱的光电导率值，单位为西门子每米(S/m)。
A.1.4 如 图 A. 1
中所示已修正过的非平衡载流子寿命，对精确的偏置点强度选择是不敏感的。图
A.2 中可以看到样品中大于14 suns
的任何点都有相同的截距，从而产生相同的修正值，因此所得到的寿命
和非平衡载流子浓度相同。
A.2 耗尽区调制(DRM) 效应的修正
当在带 pn 结的样品中体现出与图 A.1 中相同的特征时，公式(A.1)
中的修正同样适用于 DRM 效
应。在多晶硅及硅块样品中出现低载流子浓度下的过量光电导情况，陷阱效应和
DRM 效 应 不 易 区
分，但是上述修正对以上两种效应都适用。
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附 录 B
(规范性)
硅片寿命数据分析
B.1 钝化后的硅片寿命数据分析
B. 1. 1
公式(5)和公式(6)说明了如何测试一个关键的和真实的物理特性，即硅片中的非平衡载流子复
合寿命。在不考虑硅片中复合机理时，测试结果较为准确。但如果能单独识别体复合、表面复合和发射
极复合的复合机制，测试结果会更准确。
B. 1.2
在特殊情况下，若载流子浓度是均匀的，硅片中的非平衡载流子复合寿命按照公式(B. 1)
和 公 式
(B.2) 计算，以 p 型硅举例。
…… …………… (B.1)
… … … … … … …(B.2)
式 中 ：
teif— 有效寿命，单位为微秒(μs);
Thulk— 体寿命，单位为微秒(μs);
△n ——非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻³);
S — 表面复合速度，单位为厘米每秒(cm/s);
w — 硅片厚度，单位为毫米(mm);
Joe— 发射极饱和电流密度，单位为安每平方米(A/m²);
g 电荷量，单位为库仑©;
n; —— 本征载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻³);
NA—— 受主浓度，单位为摩尔每升(mol/L)。
B. 1.3
如果测试的有效寿命远大于硅片的转化时间，函数关系应满足公式(B.3)。
ter( △n)>w²/2D … … … … … … … … … …(B.3)
式 中 ：
teir( △n)—— 有效寿命，单位为微秒(μs);
w —— 硅片厚度，单位为毫米(mm);
D —— 扩散系数，单位为平方厘米每秒(cm²/s)。
这确定了在非平衡载流子浓度低于平均载流子浓度下，没有复合沉降(表面或体积)受到转化限
制，如果公式(B.3)
是正确的，瞬态模式就会独立于光激发的细节，如波长和持续时间。在脉冲期间使用
非均匀光生作用的情况下，通过在分析数据前等待 一
个转化时间，硅片载流子浓度会分布在整个硅
片上。
B. 1.4 扩散系数决定载流子扩散到表面的速率，扩散系数按公式(B.4) 计算。
… … … … … … … … … …(B.4)
式 中 ：
D — 扩散系数，单位为平方厘米每秒(cm²/s);
n — 电子浓度，单位为摩尔每升(mol/L);
空穴浓度，单位为摩尔每升(mol/L);
D.— 电子的扩散系数，单位为平方厘米每秒(cm²/s);
Dp- 空穴的扩散系数，单位为平方厘米每秒(cm²/s)。
对 p 型材料，在低非平衡载流子浓度的情况下，公式(B.4) 的结果接近于 D
。,扩散系数在9 cm²/s~
30
cm²/s的近似范围内发生变化，这说明硅片型号和掺杂浓度既影响转化时间又影响硅片厚度的依赖
州 过 大 公 ず /D
入由重能体现。如果测试的寿命小工吐上盐化叶间，为了符合及运用公式(B.3),
需 要
钝化的样品。硅块寿命的 的规定进行。对于1Ω ·cm 掺 硼 的
,Dp 是11 cm²/s。
命数据分析
限制下，两种模式被经常
块、或切割后的硅片。
模式测试的都是未钝化的表面，如硅
B.2.2 公 式(B.5) 是光停」
表示的时间，即公式(B.3)
快，确定均匀光生作用下白
用瞬态模式测试寿命，这段时间至少是!
ten( △n)] 的1/5,如果在光脉冲期间使
命按公式(B.5) 计算。
········
第 二 项 所
三作用会更
… …(B.5)
— — 有效寿命，单位为微秒(μs);
)——体寿命，单位为微秒(μs);
— — 扩散系数，单位为平方厘米每秒(c
— — 韭平衡载流子浓度，单位为每立方
W
该 公 式
度，单位为毫
均匀光生成：
精度 。 非平 ；
丘硅片中少数
准确的，因为
第 二 项 变 扩 散 常 数
王强吸收的
B.2.3 对于没有表面钝化的有均匀光生作用的样品的有效寿命按公式(B.6)
计算，与稳态公式相符合。
… … … … … … … … … …(B.6)
式中：
Teff — 有效寿命，单位为微秒(μs);
— 体 丰 单位为微秒(μs);
位 为 毫 米(mm);
位 为 毫 米(mm)。
(B.3) 被广泛应用于表面钝化、发射极饱和体寿命的测试和开发、优
应用不广泛，但是对于切片和清洗后的硅片的载流子寿命数据的分
莫拟用于瞬态或准稳态模式下寿命试验数据的分析。
B.3 掺硼硅中间隙铁的测
本文件中的寿命测试
前和之后的硅片样品的有
硼硅中的间隙铁的浓度。为了确定间隙铁浓度，测试业m
寿命的差异被用来估算硅片的间隙铁浓度。
之
GB/T 42907—2023
附 录 C
(规范性)
硅块寿命数据分析
C. 1 稳态法测试硅块寿命的数据分析
C. 1. 1
硅块样品寿命的测试方法已在第10章中描述，且可推广到高表面复合块体材料中。测试硅块
样品最重要的是明确公式(2)、公式(3)、公式(5)、公式(6)中平均非平衡载流子浓度。除了光致激发在
表面被吸收和扩散长度远远小于硅块厚度的情况外，在大多数情况下，硅块平均非平衡载流子浓度是载
流子除以硅块厚度的积分。在硅块样品中，载流子的激发与传感仅仅在样品表面附近进行。
C. 1.2
硅块样品中的载流子浓度应用加权平均值描述，不能使用单位厚度内载流子数量的算术平均
值。加权平均载流子浓度(△ny) 按照公式(C. 1)
计算。加权平均值仅针对器件中具有过量光诱导的载
流子浓度的部分。
………………… …… (C.1)
式中：
△nayg— 加权平均非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm³);
△n — 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻³)。
C. 1.3 被定义为高浓度区总的非平衡载流子浓度除以公式(C. 1)
中的加权平均非平衡载流子浓度是有
效宽度 war, 按公式(C.2) 计算。
… ……………… … (C.2)
式中：
Wef 有效宽度，单位为毫米(mm);
△n-— 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻ 3)。
C. 1.4 载流子浓度分布的有效宽度是一个非常有用的参数。公式(C. 1)
和公式(C.2) 的内容表示硅块
的测试与标准硅块测试之间的转换是相关的。总的载流子浓度按公式(C.3)
计算。
… … … … … … … … … …(C.3)
式中：
△n— 非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻³);
nayg———加权平均非平衡载流子浓度，单位为每立方厘米(cm⁻);
We— 有效宽度，单位为毫米(mm)。
通常情况下，可以通过计算机模拟载流子浓度分布来评估这些函数。载流子浓度分布取决于材料
的扩散长度以及样品上光的波长分布。寿命和载流子浓度的测试用公式(3)、公式(C.2)
、 公式(5)和公
式(6)进行迭代计算。这个步骤适用于测试一定厚度的硅片、硅块的寿命，当载流子浓度分布超过了样
品中的探测深度时，就会得到寿命数据的下限值，除非数值模拟考虑了传感器的灵敏度与探测深度之间
的关系。
C. 1.5
表面未钝化时，表面复合测得的有效寿命低于体寿命。对于单色光和无限表面的稳态光照的情
况下，表面复合测得的有效寿命按公式(C.4) 计算。
ter=tbulk/aL+1 … … … … … … … … … …(C.4)
式中：
teff— 有效寿命，单位为微秒(μs);
GB/T 42907—2023
Thulk— 体寿命，单位为微秒(μs);
α — — 吸光系数；
L — 扩散长度，单位为毫米(mm)。
C.1.6 有效宽度按公式(C.5) 计算。
we=2(L+1/a) … … … … … … … … … …(C.5)
式中：
Wer—— 有效宽度，单位为毫米(mm);
L — 扩散长度，单位为毫米(mm)。
α 吸光系数。
C.1.7 扩散长度按公式(C.6) 计算。
L =√Dtbuilk ……… … … … … … …(C.6)
式中：
L — 扩散长度，单位为毫米(mm);
D 扩散系数，单位为毫米(mm);
Tbulk——体寿命，单位为微秒(μs)。
公式(C.4)
表明了测试的寿命是体寿命的下限值，只有注入深度大于材料扩散长度时才接近体寿
命。公式(C.4)
也适用于测试在特定波长下的有效寿命来计算厚样品的体寿命。公式(C.5)
提供了一个
传感器的品质因数，用于测试传感器理论上敏感度的范围超过we
光波长的深度和扩散长度。
C.1.8 tef、Tbalk和
wef之间的对应关系也可由宽带光源计算机模拟确定，例如：伴随着红外滤光片的一
个氙气闪光灯下的复合。用公式(C.4) 与公式(C.5)
对多波长进行修正后，得到长波长光激发情况的修
正数值是最小的。此外，某些深度的表面损伤在长波长的光电导下影响很小。计算机模拟应输入一个
前表面复合速率。对于 p 型材料，可被假设为很高的，大多数情况下超过105
cm/s 的复合速率，这简化
和概括了大多数 p 型材料的计算。
C.2 瞬态模式测试硅块寿命的数据分析
对于长时间照明脉冲终止后的瞬态测试，根据公式(5)和公式(C.4),
在近表面区域，因表面复合耗
尽近表面区域和传输受限，稳态模式测试的寿命与实际体寿命是接近的。
延伸阅读
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