專利名稱：微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于載流子復合壽命測試儀設計領域，特別涉及一種微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀。
背景技術：
重金屬玷污是半導體材料及器件行業既嚴重又普通存在的問題，載流子復合壽命大小可以靈敏地反映出重金屬玷污的程度，因此國內外有多種壽命儀生產。我國傳統使用的高頻光電導衰退壽命測試儀是ー種優異的測量塊狀硅晶體壽命的儀器，但測量時存在著電極接觸弓I起表面沾污的問題。微波反射法是利用硅晶體在脈沖光照下引起電導率的變化，而電導率的増加引起微波反射率的増大，兩者存在的線性關系使得可以在對測試面不加任何接觸的情況下，利 用微波反射功率的變化測量出硅晶體的載流子壽命。目前我國光伏行業普遍使用的是匈牙利Semilab公司的WT-1000和WT-2000微波反射光電導衰退壽命測試儀，這種測試儀存在采購費用高及維護成本(維修時間及費用)高的問題。專利號為200310108310.7的發明專利曾公開了ー種太陽電池少數載流子壽命分析儀，隨后上海赫爽太陽能科技有限公司生產了 HS-Ll少子壽命分析儀，該儀器采用尺寸為60X60(mm)的正方形面天線，微波源通過BJ-100型微波波導與波導型隔離器相接，該發明微波源、隔離器、衰減器、魔T、檢波器之間用波導管連接，整個微波源體積為465 X 230 X 470 (mm);激光電源體積為380X415X 150 (mm);電源要求220V AC, 20A, 50Hz単相。這種分析儀存在以下問題(I)尺寸太大，占用空間較大；(2)在使用時，激光和微波的照射分別從上下兩個方向照射到魔T上，因此微波發射機構和激光發射機構不能很好的集成在一個部件內，需要分別對其控制；(3)因為此分析儀體積較大，功耗消耗較大，成本較聞。故需要提供一種體積小、重量輕、功耗小并且成本更低的載流子復合壽命測試儀。
實用新型內容本實用新型的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，該測試儀體積小、重量輕、功耗小，且相對于現有產品成本更低。本實用新型的目的通過以下的技術方案實現微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，包括箱體、立臂、探頭、樣品臺。所述立臂、探頭、樣品臺均設置在箱體上，探頭安裝在立臂的ー個端面上，探頭中心與樣品臺中心對準，探頭內包括微波源、環形器、檢波器、脈沖光源驅動器、脈沖激光器和微帶天線。所述寬帶放大器位于箱體內，待測硅晶體樣品放置在樣品臺上，所述微帶天線在樣品的正上方，微波源與環行器、微帶天線、檢波器之間通過同軸線連接；檢波器、寬帶放大器、數字示波器通過高頻電纜依次連接。所述脈沖激光器傾斜放置，脈沖激光器發射的激光傾斜照射在硅晶體樣品上，微帶天線用于發射微波信號并接收從樣品表面反射回來的微波信號，然后接收的微波信號被檢波器檢出并輸入到寬帶放大器輸入端，寬帶放大器與數字示波器輸入通道相連，數字示波器動態顯示光電導信號并通過其光標自動跟蹤測量功能測量出待測樣品的載流子復合壽命值。優選的，所述微帶天線采用聚四氟こ烯雙面覆銅板，具體包括底層銅板、聚四氟こ烯板、上層銅板。底層銅板經腐蝕去掉周邊一圈覆銅區域，在中部形成ー個長方形的覆銅區域作為微波信號的傳輸面，同軸線的中心銅線作為內導體從上方穿過上層銅板及聚四氟こ烯板的中間小孔與底層銅板的傳輸面相連，通過焊接形成一同軸饋線連接點，同軸線外圈屏蔽層作為外導體與上層銅板相連。采用這種微帶天線能很好地滿足微波信號的輻射和傳輸要求，滿足載流子復合壽命測試儀對天線性能的需求。更進ー步的，所述聚四氟こ烯雙面覆銅板的尺寸為長20-30mm,寬12_16mm,高2-6mm,雙面分別是厚度為0. 01 0. Imm的覆銅面。優選的，所述脈沖激光器從微帶天線與探頭底端之間的間隙斜射入脈沖光線，照 射在與微帶天線正對區域的樣品表面上。這里所述樣品具體是指放置在樣品臺上的待測硅晶體樣品。優選的，所述脈沖光源驅動器包括脈沖發生電路、脈寬調節電路、緩沖電路、電流調節電路、末級開關驅動電路，由脈沖發生電路產生一固定頻率的方波信號，經脈寬調節電路對方波信號的脈沖寬度進行調節，然后經過緩沖電路増加其電流驅動能力，接著經過電流調節電路后進行第一級放大輸出，最后輸入末級開關驅動電路，推動開關電路，從而驅動脈沖激光器工作。這種光源驅動器可將激光器的脈沖寬度調節在200nS-240i! s之間，脈沖下降時間可達25ns以下。具體的，所述脈沖發生電路產生的方波信號的頻率為20Hz。作為優選方案，所述數字示波器按照選定的衰退比例，動態顯示光電導衰退波形，且光標自動跟蹤測量、讀出衰退曲線不同區間的各種壽命值。該示波器硅晶體測量范圍達到國際標準的要求脈沖光源采用波長904nm的激光二極管，下降時間< 25ns。本實用新型的工作過程微波源采用固體信號源，微波源與環行器、天線、檢波器之間通過同軸線連接，微波能量通過長方形微帶天線發射到樣品臺上的硅晶體測試表面，同時接收反射波，并將反射波傳輸至環行器，由環行器分配至檢波器、寬帶放大器，最終反映硅晶體表面光電導衰退過程的信號由安裝有專用軟件的數字示波器進行采集、處理，并以全動態形式顯示光電導指數衰減波形，且直接以數字形式顯示出載流子復合壽命值，此時直接讀取的載流子壽命值既包括少數載流子也包括多數載流子的壽命，根據紅外激光在硅晶體中產生的注入水平而定。本實用新型中的數字示波器可以按國際標準通過光標自動跟蹤，選擇在指數衰減曲線的各個時間段讀取特定含意的壽命值。本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果I、本實用新型整機設計緊湊、實用、功耗小，微波源尺寸為65X65X 18 (mm)，脈沖激光源尺寸為135X40X80 (mm)，整機尺寸為365X415X410 (mm)，重量彡15Kg ；電源要求220V AC，0. 5A，50Hz 單相，實際功耗< IOOff02、本實用新型中采用了同軸線，由于同軸線中的電磁能量被限制在內外導體之間，從而消除了輻射損耗。[0019]3、本實用新型中采用的脈沖光源驅動器可將脈沖激光器的脈沖寬度調節在200ns-240ii s之間，脈沖下降時間可達25ns以下。
圖I為本實用新型裝置的整體結構示意圖；圖2為本實用新型中探頭部分的結構原理圖；圖3為本實用新型中探頭部分的工作示意圖；圖4為本實用新型中微帶天線的結構示意圖；圖5為本實用新型中脈沖光源驅動器的結構原理示意圖；圖6為本實施例中脈沖光源驅動器的電路圖； 圖7為本實施例中數字示波器顯示的示意圖。其中圖1-5中1_同軸饋線連接點；2_傳輸面；3_聚四氟こ烯板；4_上層銅板；5-脈沖激光器；6_同軸線；7_微帶天線；8_硅晶體樣品；9_樣品臺；10_探頭；11_立臂；12-上蓋板；13_箱體；14_下蓋板；15_支撐腳。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進ー步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。實施例I如圖I所示，微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，包括箱體13、立臂
11、探頭10、樣品臺9，立臂11為“C”字型結構，箱體13包括上蓋板12和下蓋板14，下蓋板14上設置有支撐腳15，使箱體13與支撐面有一定空隙。立臂11與樣品臺9同安裝在箱體上蓋板12上，探頭10安裝在立臂11的另一端面上，探頭10的中心與樣品臺9的中心對準。如圖2和3所示，探頭10內包括微波源、環形器、檢波器、脈沖光源驅動器、脈沖激光器5和微帶天線7。所述寬帶放大器位于箱體13內，通過高頻電纜與外部數字示波器相連，待測硅晶體樣品8放置在樣品臺9上，所述微帶天線7在硅晶體樣品8的正上方，微波源與環行器、微帶天線7、檢波器之間通過同軸線6連接；檢波器、寬帶放大器、數字示波器通過高頻電纜依次連接。所述脈沖激光器5發射的激光傾斜照射在硅晶體樣品8上，微帶天線7用于發射微波信號并接收經激光照射后的微波信號，然后接收的微波信號被檢波器檢出并輸入到寬帶放大器輸入端，寬帶放大器與數字示波器輸入通道相連，數字示波器用于動態顯示光電導信號并通過其光標自動跟蹤測量功能測量出待測樣品的載流子復合壽命值。如圖3所示，所述脈沖激光器5從微帶天線7與探頭10底端之間的間隙斜射入脈沖光線，照射在與微帶天線7正對區域的樣品表面上。這里所述樣品具體是指放置在樣品臺9上的娃晶體樣品。如圖4所示，所述微帶天線7采用聚四氟こ烯雙面覆銅板，具體包括底層銅板、聚四氟こ烯板3、上層銅板4，底層銅板經腐蝕去掉周邊一小圈覆銅區域，在中部形成ー個長方形的覆銅區域作為微波信號的傳輸面2，同軸線6內導體(中心銅線)從上方穿過上層銅板4及聚四氟こ烯板3中間小孔與底層銅板的傳輸面2相連，通過焊接形成一同軸饋線連接點，同軸線6外導體(外圈屏蔽層)與上層銅板4相連。工作時，傳輸面2正對樣品，上層銅板4背對樣品。采用這種微帶天線能很好地滿足微波信號的輻射和傳輸要求，滿足載流子復合壽命測試儀對天線性能的需求。本實施例中聚四氟こ烯雙面覆銅板的尺寸為長25mm,寬為14mm,高為4mm,雙面分別是厚度為0. 05mm的覆銅面。如圖5所示，所述脈沖光源驅動器包括脈沖發生電路、脈寬調節電路、緩沖電路、電流調節電路、末級開關驅動電路，由脈沖發生電路產生一固定頻率為20Hz的方波信號，經脈寬調節電路對方波信號的脈沖寬度進行調節，然后經過緩沖電路増加其電流驅動能力，接著經過電流調節電路后進行第一級放大輸出，最后輸入末級開關驅動電路，推動開關電路，從而驅動脈沖激光器5工作。這種光源驅動器可將激光器的脈沖寬度調節在200ns-240ii s之間，脈沖下降時間可達25ns以下。本實施例中具體采用如圖6所示的電路結構圖來實現，所有電路均在印刷電路板上相連，脈沖發生電路由Ul (555定時器)組成一多諧振蕩器，此振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響小，脈沖信號的頻率及占空比由電阻R2、R3、R4及電容C2決定，頻率設定為20Hz，脈沖信號輸入到由U2 (⑶4528) 構成的單穩態觸發器進行脈寬調節，輸出的脈沖寬度W = (R8+R9) (C5a+C5b)，其中R8、C5a、C5b為固定值，通過調節Rpl令脈寬在200ns 600ns之間變化。經調節后的脈沖信號輸入到U3(CD4041)構成的真/補碼緩沖電路，取出真值信號，輸出后的脈沖電流驅動能力增強，通過Rp2可調節輸出脈沖信號的電流，經甚高頻功率三極管BLVll進行進一步放大，放大后的脈沖信號推動射頻功率晶體管MRF899，信號電壓達26V時工作頻率范圍能過800 960MHz，保證了脈沖信號具有極速的下降時間(く 25ns)。如圖7所示，所述數字示波器依據國際及國家標準中硅晶體載流子壽命的兩種定義(體壽命和1/e壽命)，在原有的功能基礎上增添了其光標自動跟蹤測量模式，可按照選定的衰退比例，得到光電導指數衰減曲線上各種特定范圍的時間讀數，即可得出兩種不同定義的壽命值并直接顯示在屏幕上。例如在圖7中，將光標移動到A點所在區域，即可直接在屏幕上顯示出衰退時間和衰退比例。實施例2本實施例除下述特征外其他結構同實施例I :本實施例中聚四氟こ烯雙面覆銅板的尺寸為長20mm，寬為12mm，高為2mm，雙面分別是厚度為0. Olmm的覆銅面。實施例3本實施例除下述特征外其他結構同實施例I :本實施例中聚四氟こ烯雙面覆銅板的尺寸為長30mm,寬為16mm,高為6mm,雙面分別是厚度為0. Imm的覆銅面。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，其特征在于，包括箱體、立臂、探頭、樣品臺，所述立臂、探頭、樣品臺均設置在箱體上，探頭安裝在立臂的ー個端面上，探頭中心與樣品臺中心對準，探頭內包括微波源、環形器、檢波器、脈沖光源驅動器、脈沖激光器和微帶天線，所述寬帶放大器位于箱體內，待測硅晶體樣品放置在樣品臺上，所述微帶天線在樣品的正上方，微波源與環行器、微帶天線、檢波器之間通過同軸線連接；檢波器、寬帶放大器、數字示波器通過高頻電纜依次連接，所述脈沖激光器傾斜放置。
2.根據權利要求I所述的微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，其特征在于，所述微帶天線采用聚四氟こ烯雙面覆銅板，具體包括底層銅板、聚四氟こ烯板、上層銅板，所述底層銅板經腐蝕去掉周邊ー圈覆銅區域，在中部形成ー個長方形的覆銅區域作為微波信號的傳輸面，同軸線的中心銅線作為內導體從上方穿過上層銅板及聚四氟こ烯板的中間小孔與底層銅板的傳輸面相連，通過焊接形成一同軸饋線連接點，同軸線外圈屏蔽層作為外導體與上層銅板相連。
3.根據權利要求2所述的微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，其特征在于，所述聚四氟こ烯雙面覆銅板的尺寸為長20-30mm,寬12_16mm,高2_6mm,雙面分別是厚度為0. OfO. Imm的覆銅面。
4.根據權利要求I所述的微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，其特征在于，所述脈沖激光器從微帶天線與探頭底端之間的間隙斜射入脈沖光線，照射在與微帶天線正對區域的樣品表面上。
5.根據權利要求I所述的微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，其特征在于，所述脈沖光源驅動器包括脈沖發生電路、脈寬調節電路、緩沖電路、電流調節電路、末級開關驅動電路，由脈沖發生電路產生一固定頻率的方波信號，經脈寬調節電路對方波信號的脈沖寬度進行調節，然后經過緩沖電路増加其電流驅動能力，接著經過電流調節電路后進行第一級放大輸出，最后輸入末級開關驅動電路，推動開關電路，從而驅動脈沖激光器エ作。
6.根據權利要求5所述的微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，其特征在于，所述脈沖發生電路產生的方波信號的頻率為20Hz，，脈沖下降時間< 25ns，脈沖寬度可調節范圍為200ns 240 ii S。
專利摘要本實用新型公開了一種微波反射無接觸硅晶體載流子復合壽命測試儀，包括箱體、立臂、探頭、樣品臺。探頭內包括微波源、環形器、檢波器、寬帶放大器、脈沖光源驅動器、脈沖激光器和微帶天線。寬帶放大器位于箱體內，待測硅晶體放置在樣品臺上，微帶天線在硅晶體的正上方，微波源與環行器、微帶天線、檢波器之間通過同軸線連接，檢波器、寬帶放大器、數字示波器通過高頻電纜依次連接。所述脈沖激光器發射的激光傾斜照射在樣品上，微帶天線發射并接收微波信號，然后接收的微波信號被檢波器檢出并輸入到寬帶放大器輸入端，數字示波器動態測量出待測樣品的載流子復合壽命值。本實用新型具有體積小、重量輕、功耗小、成本低的優點。
文檔編號G01R31/26GK202433489SQ201120545038
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者馮小明, 李俊生, 王昕 , 田蕾, 鐘雄 申請人:廣州市昆德科技有限公司