專利名稱：完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，具體是一種完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，用于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體光學性質(zhì)的研究無論對材料性質(zhì)的分析，還是在新型光電器件的設(shè)計方面，其重要性日益顯著。其廣泛的應(yīng)用實例可見諸相關(guān)文獻和各種教科書，其中，吸收光譜的測量是一種十分常用的研究手段，特點是簡單易行且有較大的普適性，能從具體的物理模型中得出不同波長下的吸收系數(shù)。在直接帶隙半導(dǎo)體中，完整的帶間吸收系數(shù)是由本征吸收范圍內(nèi)的平方根吸收和躍遷到烏爾巴赫(Urbach)帶尾的指數(shù)式吸收銜接而成。所謂帶尾，是一種由于晶格無序與聲子相互作用引起的從拋物型能帶向外延伸的一種結(jié)構(gòu)，反映了與晶格缺陷、雜質(zhì)、位錯、應(yīng)力及晶粒界面影響等有關(guān)的結(jié)構(gòu)無序度方面的信息。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)檢索和分析，發(fā)現(xiàn)在間接帶隙半導(dǎo)體中，直接帶隙半導(dǎo)體中的處理模式。如J.H.Sun，W.Z.Shen，and F.Y.Meng在《美國應(yīng)用物理雜志(J.Appl.Phys.)》(第93卷，第9615-9619頁，2003年)上發(fā)表的“多晶硅帶尾特性(Band-tailCharacteristics in Polysilicon)”，該文在考慮聲子的參與下，直接將表征本征吸收與帶尾吸收的兩個公式銜接。事實上，正是這種簡單的、不完整的處理導(dǎo)致在大量間接半導(dǎo)體吸收光譜的擬合中，在吸收邊附近存在較大偏差的根本原因。這在要求較高精度的參數(shù)擬合計算中是不能令人滿意的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于從根本上克服了傳統(tǒng)間接帶隙半導(dǎo)體透射率及相關(guān)參數(shù)擬合計算中的不足，提供一種完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，使其具有完整、準確度更高、提供信息更全面且簡單易行的特點，可以廣泛用于各種間接半導(dǎo)體性質(zhì)的分析研究中，也將對相關(guān)的器件設(shè)計起到指導(dǎo)性作用。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的用紅外光譜儀以垂直入射的方式測得間接帶隙半導(dǎo)體材料的透射光譜，采用完整吸收系數(shù)公式，使得電子本征躍遷和向Urbach帶尾的躍遷很好地銜接，并結(jié)合透射率公式，對實驗結(jié)果進行擬合，可獲得透射率、吸收系數(shù)、帶尾參數(shù)、躍遷幾率各參數(shù)的值。
本發(fā)明所述的完整吸收系數(shù)公式是改進了的間接帶隙半導(dǎo)體吸收邊附近吸收系數(shù)公式，通過與電子本征躍遷和向Urbach帶尾躍遷很好地銜接來大幅提高擬合的精度。對于一般的p型材料，不同能量 下的吸收系數(shù)擬合公式表達如下 其中Eg，Ep，E0分別為帶隙，平均聲子能量和帶尾參數(shù)；ΔE是為表征這樣一個事實帶尾是從Eg+ΔE延伸出去的，而非直接接在導(dǎo)帶底Eg上。在兩個銜接條件下，六個參數(shù)B，D，B’，D’，E0和ΔE中有四個是獨立的擬合參數(shù)。
傳統(tǒng)的擬合方法中僅將(1)和(3)式簡單連接(這在直接帶隙半導(dǎo)體中是可行的)，雖然也引入了聲子的吸收和發(fā)射過程，但卻忽略了一種重要的躍遷模式一個具有一定能量的受激電子可以通過吸收一個聲子躍遷到導(dǎo)帶而通過發(fā)射一個聲子躍遷到帶尾。本發(fā)明(2)式即是考慮到這種模式后插入的一個銜接項，并考慮了合理的銜接條件，使此擬合方法趨于完整?；谏鲜龈倪M公式，就可結(jié)合透射率公式做擬合計算。
本發(fā)明得到的擬合結(jié)果能大大減小誤差，且曲線較為平滑。這些特點已在對用于制造太陽能電池的多晶硅的紅外光譜擬合中得到充分驗證擬合曲線與實驗曲線的偏差減小到原來的50％以下。用本發(fā)明中的完整吸收系數(shù)公式得到的各參數(shù)將更接近于材料的真實參數(shù)值。這為確定間接半導(dǎo)體材料微結(jié)構(gòu)性質(zhì)提供了一種更為準確的手段。
具體實施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明方法所內(nèi)容提供以下以多晶硅樣品為例具體實施例1、用傅立葉變換紅外光譜儀以垂直入射的方式測得一塊多晶硅樣品的透射光譜，測量波段可取為7000cm-1～11000cm-1。
2、采用本發(fā)明中提出的吸收系數(shù)公式(1)～(3)，并結(jié)合透射率公式，對實驗結(jié)果進行擬合，可獲得透射率、吸收系數(shù)、帶尾參數(shù)、躍遷幾率各參數(shù)的計算值。對于厚度為d的硅晶片，采用這樣的透射率(TR)公式TR=(1-R1)(1-R2)(1-L1)(1-L2)a1-R1R2(1-L1(1-L2)a2,]]>其中 R1(L1)和R2(L2)分別為光線在空氣/硅晶片正面和硅晶片背面/空氣兩界面的反射率(損失率)。
在7000cm-1～11000cm-1波段范圍內(nèi)用美國Nicolet公司生產(chǎn)的Nexus 870傅立葉變換紅外光譜儀測量比利時IMEC公司的五塊多晶硅太陽能電池樣品常溫透射光譜后，用Mathmatiea軟件對上述擬合方法進行編程，運算結(jié)果顯示平均總偏差減小到傳統(tǒng)方案的36.4％，且各重要參數(shù)均符合多晶硅材料的物理特性。
由此可見，所獲得的擬合結(jié)果有顯著改善，計算出的透射率曲線總偏差減小到傳統(tǒng)方案的50％以下，為諸如Si、Ge等間接帶隙半導(dǎo)體材料研究提供了更為可靠的數(shù)據(jù)，進而對各種半導(dǎo)體器件的設(shè)計和工藝改進具有重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，其特征在于，用紅外光譜儀以垂直入射的方式測得間接帶隙半導(dǎo)體材料的透射光譜，采用完整吸收系數(shù)公式，使得電子本征躍遷和向Urbach帶尾躍遷很好地銜接，并結(jié)合透射率公式，對實驗結(jié)果進行擬合，從而獲得透射率、吸收系數(shù)、帶尾參數(shù)、躍遷幾率各參數(shù)的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，其特征是，所述的完整吸收系數(shù)公式，是改進了的間接帶隙半導(dǎo)體吸收邊附近吸收系數(shù)公式，對于p型材料，各種能量 下的吸收系數(shù)擬合公式表達如下 其中Eg，Ep，E0分別為帶隙，平均聲子能量和帶尾參數(shù)，ΔE是為表征這樣一個事實帶尾是從Eg+ΔE延伸出去的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，其特征是，在兩個銜接條件下，六個參數(shù)B，D，B’，D’，E0和ΔE中有四個是獨立的擬合參數(shù)。
全文摘要
一種完整的間接帶隙半導(dǎo)體材料參數(shù)擬合方法，用于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域。本發(fā)明用紅外光譜儀以垂直入射的方式測得間接帶隙半導(dǎo)體材料的透射光譜，采用完整吸收系數(shù)公式，使得電子本征躍遷和向Urbach帶尾的躍遷很好地銜接，并結(jié)合透射率公式，對實驗結(jié)果進行擬合，從而獲得透射率、吸收系數(shù)、帶尾參數(shù)、躍遷幾率各參數(shù)的值。本發(fā)明從根本上改善了傳統(tǒng)的間接半導(dǎo)體吸收光譜的擬合在吸收邊附近存在較大偏差的根源，使得計算出的透射率曲線總偏差減小到傳統(tǒng)方案的50％以下。其優(yōu)越性已在對具體實驗結(jié)果的擬合中得到充分體現(xiàn)。本發(fā)明可以廣泛用于各種間接半導(dǎo)體材料的分析研究，并將對相關(guān)的器件設(shè)計起到指導(dǎo)性作用。
文檔編號G01N21/35GK1563949SQ20041001719
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者沈文忠, 蔡蔚然 申請人:上海交通大學