TRMC 测量原理

TRMC 测量主要包括两个过程：1.激光照射样品产生电子-空穴对;2.微波探测材 料电导率的变化并转化为载流子浓度和迁移率的变化。由光电效应可知，当使用光子 能量大于带隙的光照射半导体材料时，材料将吸收光能量，产生非平衡载流子，也称 为光生载流子。停止光照后光生载流子浓度随时间指数衰减最大值的 1/e 处所经历的时 间称为少数载流子寿命。TRMC 测量示意图如图1所示：

图1 TRMC 测量原理图

光生载流子与微波电磁场相互作用，使微波电磁场发生变化，通过监测反射回来 的微波，探测出材料电导率或载流子浓度的变化过程，进而获得载流子动力学信息。

假设材料是有耗材料，其介电常数为复介电常数，可以表示如下：

ε′和 ε″分别是复介电常数的实部和虚部，ε0 是真空中介电常数，εr 是相对介电常数， σ 是材料的电导率，ω 是微波的角频率。入射微波功率为 Pi ，反射微波功率为 Pr ，光照后样品的电导率发生变化从而引起微波损耗，假设光照前后材料的电导率变化了∆σ , 样品吸收的微波即为反射微波功率与入射微波功率之差 ，则有：

R 是微波穿过样品的反射系数，是电导率 σ 的函数，式 3.4 可改写为：

即反射微波的变化量与材料电导率变化成正比[34] ，在微扰条件下，即电导率的变 化∆σ 很小很小时，式 3.5 可改写为：

激光照射样品引起材料电导率变化可以表示为：

Δσ = ne (t ) μe + nh (t )μh

电导率的变化和载流子浓度与迁移率的乘积成正比，光照的瞬间产生非平衡载流 子，当光照停止时，非平衡载流子不会立即消失，而是通过各种复合或扩散或迁移逐 渐减小，直至消失。在本文中，微波信号由检波二极管转化为电压信号，在示波器上 即可看到光照射样品时载流子从产生到复合的过程，示波器的输出电压与输入微波功 率有以下关系：

当∆P 变化很小时微波功率与输出电压成正比，因此输出电压信号可代表载流子浓 度与迁移率的变化趋势，通过拟合曲线即可得到载流子的衰减寿命和其他参数。

审核编辑 黄宇