散文網(wǎng) » 科技 »自然 » 客戶之聲：George Nelson 博士——看阻抗分析儀的DLTS應(yīng)用

客戶之聲：George Nelson 博士——看阻抗分析儀的DLTS應(yīng)用

2022-07-28 15:43 作者:瑞士蘇黎世儀器 0人讀過 | 我要投稿

George Nelson 博士是羅徹斯特理工學(xué)院 (RIT) 的博士后研究員。他主要研究用于衛(wèi)星行業(yè)的 III-V 太陽能電池。

蘇黎世儀器對(duì)其進(jìn)行了專訪，讓我們看看阻抗分析儀是如何幫助 DLTS 的應(yīng)用。

1.?能否介紹下自己的研究工作？

我是羅徹斯特理工學(xué)院的博士后研究員，在微功耗研究實(shí)驗(yàn)室的 Seth Hubbard 教授的手下工作。我于 2019 年在 Hubbard 教授的團(tuán)隊(duì)中獲得了博士學(xué)位，我的博士后工作則是我讀博期間研究的延續(xù)。

我們的團(tuán)隊(duì)專門研究用于衛(wèi)星行業(yè)的 III-V 太陽能電池。在為太空設(shè)計(jì)電池時(shí)，很重要的一點(diǎn)無疑是太空環(huán)境對(duì)電池性能的影響。

在衛(wèi)星執(zhí)行任務(wù)的過程中，高能粒子會(huì)不斷轟擊電池的晶體結(jié)構(gòu)并置換原子，隨著這些晶格的缺陷越來越多，電池的功率輸出也將越來越低。會(huì)導(dǎo)致這種性能損失的特定缺陷正是我們所要關(guān)注的重點(diǎn)，而我經(jīng)常用于研究這些缺陷的技術(shù)則是深能級(jí)瞬態(tài)譜 (DLTS)。

2.?DLTS 的原理是什么？潛在的應(yīng)用有哪些？

DLTS 是一種非破壞性技術(shù)，可用于檢測半導(dǎo)體器件中的特定晶體缺陷，并表征這些缺陷的電子特性，例如能帶隙內(nèi)的能級(jí)及其濃度。在適合的情況下，DLTS 能夠相當(dāng)有效地識(shí)別半導(dǎo)體材料中存在的已知缺陷以及此前從未被發(fā)現(xiàn)的缺陷。

一般而言，DLTS 需要一種可以通過施加偏壓來調(diào)制內(nèi)部電場的器件，例如 PN 結(jié)或肖特基二極管。這類缺陷通常比較微小且數(shù)量眾多，密度至少為 108 cm-3，通常會(huì)更高，而且還必須是電活性缺陷。

LabOne數(shù)據(jù)采集模塊顯示了瞬態(tài)電容測量在平均20次下的變化。圖中的標(biāo)記顯示了10 μs內(nèi)就能測到6 fF的電容差。

也許，歷史上最著名的 DLTS 成果就是金污染硅檢測或 n-型砷化鋁鎵中供體配合物的檢測，DLTS 在其中發(fā)揮了重要作用，幫助解釋了這些材料所制成的器件性能不佳的原因。而在 2019 年，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)宣布他們的 DLTS 結(jié)果可以解釋硅太陽能電池中的光致衰退效應(yīng)的原因，這個(gè)問題曾困擾整個(gè)行業(yè)長達(dá)四十年。

3.?蘇黎世儀器的 MFIA 阻抗分析儀在您的?DLTS 系統(tǒng)中發(fā)揮了怎樣的作用？

我們的 DLTS 系統(tǒng)包含溫度控制器、一款專為 DLTS 設(shè)計(jì)的低溫恒溫器、一臺(tái)電腦以及 MFIA。MFIA 取代了傳統(tǒng) DLTS 系統(tǒng)中的三個(gè)組成部分，因?yàn)樗饕梢杂米麟娙萦?jì)，又可以充當(dāng)脈沖發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這種系統(tǒng)非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

MFIA 支持參數(shù)精細(xì)調(diào)節(jié)，例如頻率和幅度，而這類參數(shù)在其他儀表中通常是固定不變的，因此這個(gè)功能非常實(shí)用。由于 DLTS 中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些極端情況，在這類情況下，這種“通用”參數(shù)并不理想。MFIA體積小巧，這也非常實(shí)用。由于這種帶有筆記本電腦的 DLTS 系統(tǒng)外形緊湊小巧、方便攜帶，還能承擔(dān)很多工作，特別是在我們需要將其帶到空間有限的粒子加速器設(shè)施中時(shí)，這些特點(diǎn)就很有幫助。

我們此前的商用 DLTS 系統(tǒng)有數(shù)十個(gè)物理旋鈕和開關(guān)，很容易出錯(cuò)，而且開始或停止實(shí)驗(yàn)時(shí)還必須有人在場。有了新系統(tǒng)和 MFIA 之后，我可以通過 MATLAB??軟件控制一切；實(shí)驗(yàn)甚至可以遠(yuǎn)程實(shí)施或加入隊(duì)列。

得益于它的方便的 API，我甚至可以輕松地編寫個(gè)性化軟件來控制 MFIA。我一直在收集各種有用的數(shù)據(jù)。到目前為止，在數(shù)據(jù)收集量方面，我的效率已經(jīng)比使用舊商用 DLTS 系統(tǒng)時(shí)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

4.?是什么促使您對(duì) DLTS 系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)？

之前，我學(xué)會(huì)了如何在舊版商業(yè)系統(tǒng)上執(zhí)行 DLTS。舊版系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)生和處理都是在模擬電路中實(shí)現(xiàn)的，瞬態(tài)處理就在這一模擬電路中進(jìn)行。這嚴(yán)重限制了數(shù)據(jù)分析的種類，因?yàn)橐坏┮獙?duì)信號(hào)處理進(jìn)行更改，我就必須修改電路。

借助 MFIA，我可以將瞬態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)字化。我可以在軟件中處理衰減分量。我可以按照自己的意愿自由地執(zhí)行任意類型的處理或擬合，并且我可以不斷使用新技術(shù)更新軟件。

5.?請(qǐng)?jiān)敿?xì)介紹一下您編寫的用于控制 DLTS系統(tǒng)的軟件？

一開始，我完全不敢想象編寫自己的一套 DLTS 軟件。而一旦投身其中后，我發(fā)現(xiàn)這并沒有想象的那么難。當(dāng)時(shí)，我已經(jīng)對(duì)物理原理以及接線等許多實(shí)際因素有所了解。

得益于 MFIA 的文檔詳盡的 API開發(fā)包和示例腳本，MFIA 的編程非常簡單。LabOne? Web 服務(wù)器上的指令日志具有重要價(jià)值，它讓我知道我在 LabOne 用戶界面中的單擊操作對(duì)應(yīng)的代碼，便于我快速將 LabOne 交互操作轉(zhuǎn)換成我自己的代碼。