半導體材料是微電子器件和光伏器件的基礎材料，其雜質和缺陷特性嚴重影響器件性能。隨著微電子器件集成度和光伏器件轉換效率的提高，對半導體原材料的要求越來越高。為了滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，相應地要求材料檢測方法具有更高的靈敏度和更快的測量速度，同時避免對材料產(chǎn)生損傷。載流子是半導體材料的功能載體，其輸運特性決定了各種光電器件的性能，包括載流子壽命、擴散系數(shù)和表面復合速率等。光載流子輻射技術是實現(xiàn)對載流子輸運參數(shù)進行同時測量的一種全光無損檢測方法，但該方法在載流子輸運參數(shù)的測量表征中仍然存在一些局限，如理論模型的適用性、參數(shù)的測量精度和測量速度等。
在國家自然科學基金項目支持下，中國科學院光電技術研究所針對上述問題，以傳統(tǒng)半導體硅材料為研究對象，建立非線性光載流子輻射模型，并在此基礎上分別提出了多光斑光載流子輻射技術和穩(wěn)態(tài)光載流子輻射成像技術，通過仿真計算和實驗測量證實了上述技術的有效性。多光斑光載流子輻射技術可以完全消除測量系統(tǒng)儀器頻率響應對測量結果的影響，提高載流子輸運參數(shù)的測量精度，以電阻率為0.1-0.2Ω？cm的P型單晶硅為例，提出的多光斑光載流子輻射技術將載流子壽命、擴散系數(shù)和表面復合速率的測量不確定度從傳統(tǒng)的±15.9%、±29.1%和>±50%降低到±10.7%, ±8.6%和±35.4%。另外，穩(wěn)態(tài)光載流子輻射成像技術由于簡化了理論模型和測量裝置，測量速率大大提高，具有較大的工業(yè)化應用潛力。
實驗測量結果比較