检测技术课后习题参考.docx

二次离子质谱：1.工作原理：一定能量的离子轰击固体表面引起表面原子、分子或原子团的二次发射，即离子溅射。溅射的粒子一般以中性为主，其中有一部分带有正、负电荷，这就是二次离子。利用量分析器接收分析二次离子就得到二次离子质谱。2.主要特点：1. 具有很高的检测极限对杂质检测限通常为ppm，甚至达ppb量级2. 能分析化合物，得到其分子量及分子 结构的信息3. 能检测包括氢在内的所有元素及同位素4. 可以在超高真空条件下获取样品表层信息5. 能进行微区成分的成象及深度剖面分析描述溅射现象的主要参数是溅射阈能和溅射产额。溅射阈能指的是开始出现溅射时， 初级离子所需的能量。溅射产额决定接收到的二次离子的多少， 它与入射离子能量、 入射角度、 原子序数均有一定的关系，并与靶原子的原子序数、 晶格取向有关。3.什么是SIMS基体效应？由于其他成分的存在，同一元素的二次离子产额会发生变化，这就是SIMS的“基体效应”。清洁表面元素的正二次离子产额在10-510-2范围内。表面覆氧后，离子产额增加23个量级。4.二次离子质谱仪组成至少包括主真空室、样品架及送样系统、离子枪、二次离子分析器和离子流计数及数据处理系统等五部分。5.主要工作模式（1）静态SIMS 获得真正表面单层信息（2）动态SIMS痕量元素的体分析 成分-深度剖析6.贺电效应和解决方法在用 SIMS 分析绝缘样品时，由于入射离子的作用，会使表面局部带电，从而改变二次离子发射的产额及能量分布等。因此，在对绝缘样品进行分析时，一般用电子中和枪中和表面的荷电效应。7. SIMS优缺点优点：- 可分析周期表中的包括硼、磷、氧、碳、铁和氮在内的所有元素- 可以得到浓度vs.深度信息（纵向分布）- 可以分析晶圆、硅块、颗粒、片状、和粉末等等-对大多数元素探测极限在8-11N的范围- 对所有元素具有良好的准确度（所有元素分析源于标样）和精确度（小于 10%）缺点： 对样品有破坏性（选定的区域只能分析一次） 定量分析需要和样品匹配的标样 必须是已知元素（在探测未知元素方面较差，难以发现未知的沾污）8. 总结v基本原理： 离子溅射v基本组成： 真空室、离子源、质谱仪v辅助组成： 电子中和枪v主要功能： 成分分析、化合态分析v分析方法： 静态、动态、深度剖面、面分布v应用范围：固体材料四探针：1. 四探针法测量电阻率的原理？四根等距探针竖直的排成一排，同时施加适当的压力使其与被测样品表面形成欧姆连接，用恒流源给两个外探针通以小电流I，精准电压表测量内侧两探针间电压V，根据相应理论公式计算出样品的薄膜电阻率2. 影响四探针法测量电阻率的因素有哪些？测试环境、探针问题、设备的校准以及被测对象本身问题。主要是温度、样品厚度和接触电阻。3. 半导体材料主要有哪两种导电型号？它们各自有什么特点？p型： 半导体单晶中掺入了受主杂质 (B/Mg等II族或III族元素）；空穴是多数载流子，即半导体主要依靠空穴来导电；n型： 半导体单晶中掺入了施主杂质(P/S等VI或VII族元素） ；电子是多数载流子，即半导体主要依靠电子来导电。4. 什么是半导体温差电效应？由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应。5. 画出冷热探针法测量导电型号的原理示意图，并简述判别原理与方法。6. 什么是整流接触？什么是欧姆接触？各自有什么特点？(1) 整流接触： 在这种接触中，只有当金属-半导体两端施加一定方向的电压时，金属-半导体才能导电；是一种单向导电。也叫肖特基接触。这种接触可以等效为一个具有整流特性的肖特基二极管。(2) 欧姆接触： 在这种接触中，金属-半导体两端施加正负两个方向的电压均可导电，是一种接触电阻很小的双向导电。这种接触可以等效为一个阻值较低的电阻。7. 简述单探针点接触法测量导电型号的原理。将金属探针与半导体进行点接触，利用金属探针与半导体接触时的整流特性进行半导体型号的判断。8. 样品在进行电学参数测量时，为什么要进行电磁屏蔽和光屏蔽？样品进行电学测量时，由于光和电磁场会对样品中载流子浓度及分布产生影响，从而影响测试结果的准确性，因此要进行光屏蔽和电磁屏蔽。少子寿命：1.少子寿命的概念？当产生非平衡载流子的外部作用撤销后，非平衡载流子并不是立刻消失，而是有一定的生存时间，其平均生存时间称为非平衡载流子的寿命，记为则1/ 表示单位时间内非平衡载流子的复合概率2.为什么测试少子寿命？寿命标记着非平衡载流子衰减的快慢，寿命越短衰减越快。寿命值的大小很大程度上反映了晶格的完整性，它是衡量材料质量的一个重要指标。3.当样品中含有重金属杂质且存在缺陷时，它们对少子寿命有何影响？寿命减少 都复合掉了- -这么明显4.微波光电导衰减法测试少子寿命的原理，以及能否用可见光做光源？ 低注入水平下，一定的频率下，发射和反射微波信号差正比于非平衡载流子浓度n。 信号呈指数衰减，即呈现出非平衡载流子衰减的规律。 通过拟合指数衰减信号得到少子寿命的值。 对样品表面连续点扫描可以得到少子寿命分布图。不能，可见光做光源会产生额外过剩载流子，使测试结果出现偏差。补充：5. 少子寿命测试方法1）光电导衰退 2）微波光电导衰退法（ m-PCD) 3）准稳态光电导法（ QSSPC） 4）表面光电压法（ SPV） 5）电子束诱生电流（ EBIC）6. 影响少子寿命的因素杂质（尤其深能级杂质）、电阻率、温度、表面状态、硅片厚度等。光伏器件性能测试：1、什么是太阳能电池的暗特性与光特性？为什么太阳能电池在光照下的光电流总是反向的？暗特性：如果没有光照，太阳能电池等价于一个pn结。通常把无光照情况下太阳能电池的电流电压特性叫做暗特性。光电流在负载上产生电压降，这个电压降可以使PN结正偏。正偏电压产生正偏电流。随着二极管正偏，空间电荷区的电场变弱，但是不可能变为零或者反偏。光电流总是反向电流，因此太阳能电池的电流总是反向的。2、太阳电池I-V曲线有哪些主要参数？各自含义是什么？开路电压 在一定的温度和辐照度条件下，太阳能电池在空载（开路）情况下的端电压短路电流 在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流最大功率点 通常太阳电池所标明的功率，是指在标准工作条件下最大功率点所对应的功率。填充因子 表征太阳电池性能优劣的一个重要参数，定义为太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流的乘积之比，转换效率 太阳电池受到光照时，输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电池的效率，也称为光电转换效率。3、叙述太阳能电池反射率测量的基本原理与方法。光学膜反射率的测量采用比较测量的方法。即把镀有薄膜的元件与已知反射率的标准样品进行比较，来确定待测样品的反射率的大小。其测量原理示意图如图所示。假设标准样品的反射率为R0，待测样品的反射率为R，则4、什么是相对光谱响应与绝对光谱响应？测量光谱响应的意义是什么？各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳电池上，将产生不同的短路电流，按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光谱响应。如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳电池上，所产生的短路电流与其中最大短路电流比较，按波长的分布求得其比值变化曲线，这就是该太阳电池的相对光谱响应。无论是绝对还是相对光谱响应，光谱响应曲线峰值越高，越平坦，对应电池的短路电流密度就越大，效率就越高5、分别叙述内量子效率与外量子效率的定义。外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。内量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比。6、半导体载流子复合机制有哪些基本类型？它们是：（1）自由载流子复合 导带底电子与价带顶空穴的复合；（2）自由激子复合 晶体中原子的中性激发态被称为激子，激子复合也就是原子从中性激发态向基态的跃迁，而自由激子指的是可以在晶体中自由运动的激子，这种运动显然不传输电荷；（3）束缚激子复合 指被施主、受主或其他陷阱中心(带电的或不带电的)束缚住的激子的辐射复合，其发光强度随着杂质或缺陷中心的增加而增加；（4） 浅能级与本征带间的载流子复合即导带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合；（5）施主-受主对复合专指被施主-受主杂质对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施主-受主对复合；（6）电子-空穴对通过深能级的复合指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的复合，这种过程中的辐射复合几率很小。7.光致发光与电致发光测量太阳能电池缺陷的基本原理是什么？光致发光：外部光源如紫外光、可见光甚至激光照射到光致发光材料时，发光材料就会发射出特征光如可见光、紫外光。电池中某区域的发光强度与本位置的非平衡少数载流子的浓度成正比，而缺陷将是少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子浓度变小会导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，可通过观察光致发光成像，来判断电池是否存在缺陷，杂质等等最终影响电池效率的因素。电致发光：由电流或电场激发载流子，将电能直接转变成光能的过程。太阳能电池的电致发光亮度正比于少子扩散长度：对太阳能电池加载电压后，使之发光，再利用红外成像仪摄取其发光影像，因电致发光亮度正比于少子扩散长度，缺陷处因具有较低的少子扩散长度而发出较弱的光，从而形成较暗的影像。 (3)紫外可见吸收吸收曲线有哪些特点？ 同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max; 不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，max不变。 而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max不同;(4)紫外可见吸收光谱定性与定量分析的依据各是什么？定性：比较吸收光谱曲线法：可以将在相同条件下测得的未知物的吸收光谱与标准谱图进行比较来作定性分析。如果吸收光谱的形状，包括吸收光谱的max、 min、吸收峰的数目、位置、拐点以及等完全一致，则可以初步认为是同一化合物。定量：标准曲线法将待测未知样品处理成溶液，取相同体积的试样溶液两份，分别移入两个等容积的容量瓶，于其中一个加入一定量的标准溶液，将两份溶液稀释至刻度，分别测定它们的吸光度。设试样溶液中待测元素浓度为Cx，吸光度为Ax。加有浓度为Co的标准溶液，吸光度为Ao，根据比耳定律，可得Ax=KCxAo=K(Co+Cx)比较上两式，可得Cx=AxCo/(AoAx)1. 考点：什么是电致发光？(Electroluminescent,简称EL)半导体的电致发光，也称场致发光，是由电流或电场激发载流子，将电能直接转变成光能的过程。按照原理可分为低场电致发光和高场电致发光。2. 考点：EL检测太阳能电池缺陷电致发光检测方法，可有效地检测出了太阳电池中可能存在的缺陷，是一种有效的检测电池、组件的方法。（答案有待参考，见