少子寿命测量实验
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- 2020年2月6日版本:
1、科学素养
随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强,清洁能源的推广应用已成必然趋势,在众多新能源中,光伏发电是一种极具优势的清洁能源技术,目前已经在全球范围内得到广泛的推广,在中国,光伏产业更是得到各类政策的大力支持,推动了光伏产业的发展。
少子寿命是反映半导体材料性能和质量的一个重要参数,它与半导体材料中的杂质缺陷,特别是过渡金属等引入的深能级、晶体结构的完整性等有直接的关系,对半导体器件的性能、尤其是太阳能电池的光电转换效率有很重要的影响。少子寿命不仅可以表征材料质量,还可以评价半导体器件制造过程中的质量控制。
通过本实验,让学生在学习能带理论,半导体材料的导电机制,少数载流子寿命对半导体材料质量影响等基本理论的基础上,掌握半导体材料相关的知识和技术,学会科学的思维能力和方法,进一步拓展了解半导体产业、光伏发电在国家发展战略中的地位和方向,建立科技发展与环境保护和谐发展的使命感和责任感。
2、分层次实验教学内容
a)基础内容
- 了解半导体能带理论的基本知识
- 了解微波信号在半导体表面的反射规律,掌握微波反射法测量半导体电导率变化的基本原理和方法
- 了解半导体导电的基本理论,少数载流子和多数载流子的基本概念
- 掌握激光注入产生少数载流子和采用微波测量少数载流子符合寿命的方法
- 测量不同电阻率硅材料样品的少子寿命,分析少子寿命受影响的因素
b)提升内容
- 改变激光注入功率,测量不同注入水平下的少子寿命,分析注入水平对少子寿命的影响
- 掌握对硅材料表面的钝化处理技术,了解半导体材料表面处理对少子寿命的影响
c)进阶内容
- 对硅片表面进行扫描测量,得到硅片表面的少子寿命平面分布
- 增加背景光激发,采用准稳态微波反射光电导方法测量少子寿命
d)高阶内容
- 硅材料少子寿命的数值计算与分析
- 采用表面光电压(SPV)方法测量扩散长度,3.进一步得到材料的少子体寿命
- 其他材料少子寿命的测量分析
3、能力培养
a)实验能力:
- 根据测量要求选择合适的仪器以及仪器测量参数;
- 组织和优化实验方案;
b)分析能力:
- 从观察、分析实验现象及其规律至现象背后的物理过程
- 分析测量方法和测量仪器对测量结果的影响
c)探究能力:
探究其他实验方法,分析不同实验方法对测量结果的影响,通过理论计算分析来验证实验结果,掌握基本的科学研究思维方法和培养学生的实验研究能力与科学素
4、知识点
半导体能带理论、半导体导电机制和载流子概念、非平衡载流子复合机制、少子寿命、S-R-H模型、微波
5、学科关联
- 半导体物理
- 光学
- 微波
- 量子力学
6、延伸实验
半导体电阻率测量、半导体导电类型测量、太阳能电池特性分析、……