具体测试对象:
高阻或半绝缘半导体体单晶及外延片(Si、GaAs、InP等)
有机半导体薄膜、钙钛矿半导体薄膜、非晶硅及多晶硅薄膜
金属氧化物半导体薄膜(IGZO、ZnO等)、二维半导体材料、量子点固体薄膜等
原理:在暗场条件下,对夹于两个电极之间的半导体薄膜施加正向偏压,注入载流子浓度随偏压升高逐渐超过热平衡载流子浓度,注入电荷在薄膜内形成空间电荷区,其对电流的限域效应取代欧姆传导成为主导传输机制。电流-电压曲线由低偏压欧姆区过渡至高偏压空间电荷限制电流区。
作用:由空间电荷限制区的电流-电压曲线拟合Mott-Gurney方程,提取半导体薄膜的载流子迁移率。从欧姆区至空间电荷限制区的过渡电压可估算陷阱填充极限电压,进而计算陷阱态密度。为半导体材料载流子传输效率评价、缺陷密度定量诊断及器件暗电流抑制策略提供输运参数。
半导体薄膜须夹于两个电极之间构成类平行板电容器结构,至少一侧电极为欧姆接触以提供无势垒载流子注入,另一电极通常选用高功函数或低功函数金属以阻挡相反极性载流子注入,确保器件运行于单载流子传输模式。薄膜厚度须均匀且精确已知,厚度值直接代入迁移率计算。薄膜针孔密度须极低,避免电极间局部短路形成低阻通路。器件有效面积须通过掩膜或光刻精确限定,边缘电场效应须予以抑制。
3.1陷阱填充与迁移率效应的耦合。
半导体薄膜中陷阱态在偏压扫描过程中被逐步填充,电流-电压曲线呈现从欧姆区经陷阱填充限制区至无陷阱空间电荷限制区的多段演变。若简单以单一段Mott-Gurney方程拟合全段数据,所得迁移率偏低且呈现显著的偏压依赖性。须分段识别各传输区间,分别提取陷阱填充电压、陷阱态密度及无陷阱区迁移率,并以温度依赖测量验证陷阱填充过程的热激活特征。

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