檢測技術(shù)課后習(xí)題參考.docx

二次離子質(zhì)譜：1.工作原理：一定能量的離子轟擊固體表面引起表面原子、分子或原子團(tuán)的二次發(fā)射，即離子濺射。濺射的粒子一般以中性為主，其中有一部分帶有正、負(fù)電荷，這就是二次離子。利用量分析器接收分析二次離子就得到二次離子質(zhì)譜。2.主要特點(diǎn)：1. 具有很高的檢測極限對雜質(zhì)檢測限通常為ppm，甚至達(dá)ppb量級2. 能分析化合物，得到其分子量及分子 結(jié)構(gòu)的信息3. 能檢測包括氫在內(nèi)的所有元素及同位素4. 可以在超高真空條件下獲取樣品表層信息5. 能進(jìn)行微區(qū)成分的成象及深度剖面分析描述濺射現(xiàn)象的主要參數(shù)是濺射閾能和濺射產(chǎn)額。濺射閾能指的是開始出現(xiàn)濺射時， 初級離子所需的能量。濺射產(chǎn)額決定接收到的二次離子的多少， 它與入射離子能量、 入射角度、 原子序數(shù)均有一定的關(guān)系，并與靶原子的原子序數(shù)、 晶格取向有關(guān)。3.什么是SIMS基體效應(yīng)？由于其他成分的存在，同一元素的二次離子產(chǎn)額會發(fā)生變化，這就是SIMS的“基體效應(yīng)”。清潔表面元素的正二次離子產(chǎn)額在10-510-2范圍內(nèi)。表面覆氧后，離子產(chǎn)額增加23個量級。4.二次離子質(zhì)譜儀組成至少包括主真空室、樣品架及送樣系統(tǒng)、離子槍、二次離子分析器和離子流計數(shù)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等五部分。5.主要工作模式（1）靜態(tài)SIMS 獲得真正表面單層信息（2）動態(tài)SIMS痕量元素的體分析 成分-深度剖析6.賀電效應(yīng)和解決方法在用 SIMS 分析絕緣樣品時，由于入射離子的作用，會使表面局部帶電，從而改變二次離子發(fā)射的產(chǎn)額及能量分布等。因此，在對絕緣樣品進(jìn)行分析時，一般用電子中和槍中和表面的荷電效應(yīng)。7. SIMS優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：- 可分析周期表中的包括硼、磷、氧、碳、鐵和氮在內(nèi)的所有元素- 可以得到濃度vs.深度信息（縱向分布）- 可以分析晶圓、硅塊、顆粒、片狀、和粉末等等-對大多數(shù)元素探測極限在8-11N的范圍- 對所有元素具有良好的準(zhǔn)確度（所有元素分析源于標(biāo)樣）和精確度（小于 10%）缺點(diǎn)： 對樣品有破壞性（選定的區(qū)域只能分析一次） 定量分析需要和樣品匹配的標(biāo)樣 必須是已知元素（在探測未知元素方面較差，難以發(fā)現(xiàn)未知的沾污）8. 總結(jié)v基本原理： 離子濺射v基本組成： 真空室、離子源、質(zhì)譜儀v輔助組成： 電子中和槍v主要功能： 成分分析、化合態(tài)分析v分析方法： 靜態(tài)、動態(tài)、深度剖面、面分布v應(yīng)用范圍：固體材料四探針：1. 四探針法測量電阻率的原理？四根等距探針豎直的排成一排，同時施加適當(dāng)?shù)膲毫κ蛊渑c被測樣品表面形成歐姆連接，用恒流源給兩個外探針通以小電流I，精準(zhǔn)電壓表測量內(nèi)側(cè)兩探針間電壓V，根據(jù)相應(yīng)理論公式計算出樣品的薄膜電阻率2. 影響四探針法測量電阻率的因素有哪些？測試環(huán)境、探針問題、設(shè)備的校準(zhǔn)以及被測對象本身問題。主要是溫度、樣品厚度和接觸電阻。3. 半導(dǎo)體材料主要有哪兩種導(dǎo)電型號？它們各自有什么特點(diǎn)？p型： 半導(dǎo)體單晶中摻入了受主雜質(zhì) (B/Mg等II族或III族元素）；空穴是多數(shù)載流子，即半導(dǎo)體主要依靠空穴來導(dǎo)電；n型： 半導(dǎo)體單晶中摻入了施主雜質(zhì)(P/S等VI或VII族元素） ；電子是多數(shù)載流子，即半導(dǎo)體主要依靠電子來導(dǎo)電。4. 什么是半導(dǎo)體溫差電效應(yīng)？由兩種不同材料制成的結(jié)點(diǎn)由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應(yīng)。5. 畫出冷熱探針法測量導(dǎo)電型號的原理示意圖，并簡述判別原理與方法。6. 什么是整流接觸？什么是歐姆接觸？各自有什么特點(diǎn)？(1) 整流接觸： 在這種接觸中，只有當(dāng)金屬-半導(dǎo)體兩端施加一定方向的電壓時，金屬-半導(dǎo)體才能導(dǎo)電；是一種單向?qū)щ?。也叫肖特基接觸。這種接觸可以等效為一個具有整流特性的肖特基二極管。(2) 歐姆接觸： 在這種接觸中，金屬-半導(dǎo)體兩端施加正負(fù)兩個方向的電壓均可導(dǎo)電，是一種接觸電阻很小的雙向?qū)щ?。這種接觸可以等效為一個阻值較低的電阻。7. 簡述單探針點(diǎn)接觸法測量導(dǎo)電型號的原理。將金屬探針與半導(dǎo)體進(jìn)行點(diǎn)接觸，利用金屬探針與半導(dǎo)體接觸時的整流特性進(jìn)行半導(dǎo)體型號的判斷。8. 樣品在進(jìn)行電學(xué)參數(shù)測量時，為什么要進(jìn)行電磁屏蔽和光屏蔽？樣品進(jìn)行電學(xué)測量時，由于光和電磁場會對樣品中載流子濃度及分布產(chǎn)生影響，從而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此要進(jìn)行光屏蔽和電磁屏蔽。少子壽命：1.少子壽命的概念？當(dāng)產(chǎn)生非平衡載流子的外部作用撤銷后，非平衡載流子并不是立刻消失，而是有一定的生存時間，其平均生存時間稱為非平衡載流子的壽命，記為則1/ 表示單位時間內(nèi)非平衡載流子的復(fù)合概率2.為什么測試少子壽命？壽命標(biāo)記著非平衡載流子衰減的快慢，壽命越短衰減越快。壽命值的大小很大程度上反映了晶格的完整性，它是衡量材料質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。3.當(dāng)樣品中含有重金屬雜質(zhì)且存在缺陷時，它們對少子壽命有何影響？壽命減少 都復(fù)合掉了- -這么明顯4.微波光電導(dǎo)衰減法測試少子壽命的原理，以及能否用可見光做光源？ 低注入水平下，一定的頻率下，發(fā)射和反射微波信號差正比于非平衡載流子濃度n。 信號呈指數(shù)衰減，即呈現(xiàn)出非平衡載流子衰減的規(guī)律。 通過擬合指數(shù)衰減信號得到少子壽命的值。 對樣品表面連續(xù)點(diǎn)掃描可以得到少子壽命分布圖。不能，可見光做光源會產(chǎn)生額外過剩載流子，使測試結(jié)果出現(xiàn)偏差。補(bǔ)充：5. 少子壽命測試方法1）光電導(dǎo)衰退 2）微波光電導(dǎo)衰退法（ m-PCD) 3）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法（ QSSPC） 4）表面光電壓法（ SPV） 5）電子束誘生電流（ EBIC）6. 影響少子壽命的因素雜質(zhì)（尤其深能級雜質(zhì)）、電阻率、溫度、表面狀態(tài)、硅片厚度等。光伏器件性能測試：1、什么是太陽能電池的暗特性與光特性？為什么太陽能電池在光照下的光電流總是反向的？暗特性：如果沒有光照，太陽能電池等價于一個pn結(jié)。通常把無光照情況下太陽能電池的電流電壓特性叫做暗特性。光電流在負(fù)載上產(chǎn)生電壓降，這個電壓降可以使PN結(jié)正偏。正偏電壓產(chǎn)生正偏電流。隨著二極管正偏，空間電荷區(qū)的電場變?nèi)?，但是不可能變?yōu)榱慊蛘叻雌?。光電流總是反向電流，因此太陽能電池的電流總是反向的?、太陽電池I-V曲線有哪些主要參數(shù)？各自含義是什么？開路電壓 在一定的溫度和輻照度條件下，太陽能電池在空載（開路）情況下的端電壓短路電流 在一定的溫度和輻照度條件下，太陽電池在端電壓為零時的輸出電流最大功率點(diǎn) 通常太陽電池所標(biāo)明的功率，是指在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下最大功率點(diǎn)所對應(yīng)的功率。填充因子 表征太陽電池性能優(yōu)劣的一個重要參數(shù)，定義為太陽電池的最大功率與開路電壓和短路電流的乘積之比，轉(zhuǎn)換效率 太陽電池受到光照時，輸出電功率和入射光功率之比就稱為太陽電池的效率，也稱為光電轉(zhuǎn)換效率。3、敘述太陽能電池反射率測量的基本原理與方法。光學(xué)膜反射率的測量采用比較測量的方法。即把鍍有薄膜的元件與已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比較，來確定待測樣品的反射率的大小。其測量原理示意圖如圖所示。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣品的反射率為R0，待測樣品的反射率為R，則4、什么是相對光譜響應(yīng)與絕對光譜響應(yīng)？測量光譜響應(yīng)的意義是什么？各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到太陽電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長的分布求得其對應(yīng)的短路電流變化曲線稱為太陽電池的絕對光譜響應(yīng)。如果每一波長以一定等量的輻射光能或等光子數(shù)入射到太陽電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流比較，按波長的分布求得其比值變化曲線，這就是該太陽電池的相對光譜響應(yīng)。無論是絕對還是相對光譜響應(yīng)，光譜響應(yīng)曲線峰值越高，越平坦，對應(yīng)電池的短路電流密度就越大，效率就越高5、分別敘述內(nèi)量子效率與外量子效率的定義。外量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)，太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽能電池表面的一定能量的光子數(shù)目之比。內(nèi)量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE)，太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽能電池表面的沒有被太陽能電池反射回去的，沒有透射過太陽能電池的，一定能量的光子數(shù)目之比。6、半導(dǎo)體載流子復(fù)合機(jī)制有哪些基本類型？它們是：（1）自由載流子復(fù)合 導(dǎo)帶底電子與價帶頂空穴的復(fù)合；（2）自由激子復(fù)合 晶體中原子的中性激發(fā)態(tài)被稱為激子，激子復(fù)合也就是原子從中性激發(fā)態(tài)向基態(tài)的躍遷，而自由激子指的是可以在晶體中自由運(yùn)動的激子，這種運(yùn)動顯然不傳輸電荷；（3）束縛激子復(fù)合 指被施主、受主或其他陷阱中心(帶電的或不帶電的)束縛住的激子的輻射復(fù)合，其發(fā)光強(qiáng)度隨著雜質(zhì)或缺陷中心的增加而增加；（4） 淺能級與本征帶間的載流子復(fù)合即導(dǎo)帶電子通過淺施主能級與價帶空穴的復(fù)合，或價帶空穴通過淺受主能級與導(dǎo)帶電子的復(fù)合；（5）施主-受主對復(fù)合專指被施主-受主雜質(zhì)對束縛著的電子-空穴對的復(fù)合，因而亦稱為施主-受主對復(fù)合；（6）電子-空穴對通過深能級的復(fù)合指導(dǎo)帶底電子和價帶頂空穴通過深能級的復(fù)合，這種過程中的輻射復(fù)合幾率很小。7.光致發(fā)光與電致發(fā)光測量太陽能電池缺陷的基本原理是什么？光致發(fā)光：外部光源如紫外光、可見光甚至激光照射到光致發(fā)光材料時，發(fā)光材料就會發(fā)射出特征光如可見光、紫外光。電池中某區(qū)域的發(fā)光強(qiáng)度與本位置的非平衡少數(shù)載流子的濃度成正比，而缺陷將是少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，因此該區(qū)域的少數(shù)載流子濃度變小會導(dǎo)致熒光效應(yīng)減弱，在圖像上表現(xiàn)出來就成為暗色的點(diǎn)、線，或一定的區(qū)域，而在電池內(nèi)復(fù)合較少的區(qū)域則表現(xiàn)為比較亮的區(qū)域。因此，可通過觀察光致發(fā)光成像，來判斷電池是否存在缺陷，雜質(zhì)等等最終影響電池效率的因素。電致發(fā)光：由電流或電場激發(fā)載流子，將電能直接轉(zhuǎn)變成光能的過程。太陽能電池的電致發(fā)光亮度正比于少子擴(kuò)散長度：對太陽能電池加載電壓后，使之發(fā)光，再利用紅外成像儀攝取其發(fā)光影像，因電致發(fā)光亮度正比于少子擴(kuò)散長度，缺陷處因具有較低的少子擴(kuò)散長度而發(fā)出較弱的光，從而形成較暗的影像。 (3)紫外可見吸收吸收曲線有哪些特點(diǎn)？ 同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長max; 不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似，max不變。 而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和max不同;(4)紫外可見吸收光譜定性與定量分析的依據(jù)各是什么？定性：比較吸收光譜曲線法：可以將在相同條件下測得的未知物的吸收光譜與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較來作定性分析。如果吸收光譜的形狀，包括吸收光譜的max、 min、吸收峰的數(shù)目、位置、拐點(diǎn)以及等完全一致，則可以初步認(rèn)為是同一化合物。定量：標(biāo)準(zhǔn)曲線法將待測未知樣品處理成溶液，取相同體積的試樣溶液兩份，分別移入兩個等容積的容量瓶，于其中一個加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，將兩份溶液稀釋至刻度，分別測定它們的吸光度。設(shè)試樣溶液中待測元素濃度為Cx，吸光度為Ax。加有濃度為Co的標(biāo)準(zhǔn)溶液，吸光度為Ao，根據(jù)比耳定律，可得Ax=KCxAo=K(Co+Cx)比較上兩式，可得Cx=AxCo/(AoAx)1. 考點(diǎn)：什么是電致發(fā)光？(Electroluminescent,簡稱EL)半導(dǎo)體的電致發(fā)光，也稱場致發(fā)光，是由電流或電場激發(fā)載流子，將電能直接轉(zhuǎn)變成光能的過程。按照原理可分為低場電致發(fā)光和高場電致發(fā)光。2. 考點(diǎn)：EL檢測太陽能電池缺陷電致發(fā)光檢測方法，可有效地檢測出了太陽電池中可能存在的缺陷，是一種有效的檢測電池、組件的方法。（答案有待參考，見