專利名稱：載流子壽命的測定方法以及測定裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及能夠取得在對材料提供了激勵時使其發(fā)出的光(冷光(Luminescence)),而測定材料內(nèi)的載流子壽命的測定方法以及測定裝置。
背景技術(shù)：
在半導體、其他材料領域中，測定并分析來自材料的發(fā)光(冷光)，來評價材料中的雜質(zhì)濃度、晶體缺陷的性質(zhì)、其分布，從而進行材料的分析、改善。作為得到冷光的手段，有對材料電氣地注入載流子(電子、空穴)而觀察所注入的電子和空穴再結(jié)合的過程的發(fā)光的電致冷光法、通過來自激光器等的光使電子激勵的光致發(fā)光法。所注入的電子、所激勵的電子在以某概率和時間與空穴結(jié)合時發(fā)光而消滅。將直至該消滅的平均的時間稱為載流子壽命。冷光的特性(發(fā)光波長、發(fā)光強度、載流子壽命等)依賴于結(jié)晶中的晶體缺陷、雜質(zhì)的種類、濃度，能夠通過冷光調(diào)查材料的狀態(tài)。另一方面，在近年來急速普及的使用了硅的太陽能電池中，要求發(fā)電效率等性能的提高、品質(zhì)的穩(wěn)定化、制造成本的降低、大型化等。為了對應于這些要求，以高吞吐量(制造速度)制造高品質(zhì)且大面積的硅晶體變得重要。作為高品質(zhì)的太陽能電池用的結(jié)晶，缺陷少是重要的。由于各種缺陷吸收來自太陽的光能而無法變換為電能。即，特意發(fā)生的電能也被缺陷捕捉而變換為熱或者再發(fā)光，而無法作為電能取出。在半導體中發(fā)生的電能是指，由光激勵的激勵電子(載流子)。如此前說明，通過電致冷光法、光致發(fā)光法得到的信息與激勵電子相關，對太陽能電池的動作機構(gòu)具有很深的關聯(lián)。特別，載流子壽命根據(jù)結(jié)晶中的缺陷、雜質(zhì)的種類、濃度而大幅受到影響。在以下的專利文獻I中，公開了半導體的檢查方法和檢查裝置。該文獻記載的方法雖然實現(xiàn)了高速動作，但未評價載流子壽命而僅簡單地比較了偏置狀態(tài)下的冷光的強度分布。在該方法中，在對晶片上的電極施加偏置的同時進行了冷光評價，所以需要布線并且成為接觸評價，所以無法非接觸地進行檢查，而有可能污染制造中的晶片。另外，作為其他以往例，有如專利文獻2所述通過時間相關單一光子計數(shù)法、超高速照相機法求出材料的載流子壽命的方法。時間相關單一光子計數(shù)法是針對單一光子直接測定衰減的波形的方法，但在直方圖制作中需要長的時間，所以難以測量晶片的多點。另夕卜，超聞速照相機法非常昂貴。專利文獻1:W02007/128060A1 公報專利文獻2 :日本特開2008 - 170257號公報

發(fā)明內(nèi)容
如此前敘述，在以往技術(shù)中，雖然有實現(xiàn)了高速評價冷光的方法的例子，但載流子壽命無法測定，無法評價根據(jù)載流子壽命計算的缺陷的種類、濃度等。另外，在進行以往的載流子壽命評價的方法中，測量裝置非常昂貴，在測定中也需要時間，所以測定成本上升，而且無法進行映射測定等那樣的多點的測定而得到測量數(shù)據(jù)分布。本發(fā)明的目的在于提供一種載流子壽命的測定方法以及測定裝置，無需接觸材料，通過研究觀察從材料發(fā)出的光的方法，能夠低成本、高速地得到與能量載流子的壽命相關的彳目息。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠求出半導體等材料內(nèi)的載流子壽命的分布的載流子壽命的測定方法以及測定裝置。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，對材料提供激勵，探測從材料發(fā)出的光，其特征在于，以隔開間隔而使激勵時間重復的方式，對材料提供激勵，在包括多個激勵時間的長度的測定時間內(nèi)，使從材料在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和接著激勵時間的終結(jié)發(fā)出的衰減光分離，在所述測定時間內(nèi)，積蓄所分離的多個所述衰減光而探測，根據(jù)所積蓄的探測光的強度測定載流子的壽命。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，通過與激勵時間的終結(jié)同時或者在其以后取得從材料發(fā)出的光，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光?；蛘?，通過從激勵時間的途中取得從材料發(fā)出的光，使在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和所述光的一部分以及衰減光分離。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，使從激勵源發(fā)出的激勵通過激勵側(cè)的調(diào)制裝置，以隔開間隔而使激勵時間重復的方式，對材料提供激勵。或者，從激勵源斷續(xù)地發(fā)生激勵，以隔開間隔而使激勵時間重復的方式，對材料提供激勵。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，使從材料發(fā)出的光通過受光側(cè)的調(diào)制裝置，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光，通過具有與測定時間相當?shù)钠毓鈺r間的受光裝置，積蓄多個衰減光而探測?；蛘?，使用能夠間歇地受光從材料發(fā)出的光的受光裝置，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光，并且在測定時間內(nèi)積蓄多個衰減光而探測。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，所述受光裝置是排列了多個受光元件的裝置，通過各個受光元件積蓄多個衰減光而探測。例如，使用二維地排列了多個受光元件的受光裝置，通過各個受光元件同時取得從材料的一定的面積的區(qū)域發(fā)出的衰減光，得到所述區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。或者，使用成列地排列了多個受光元件的受光裝置，通過多個受光元件同時取得從材料發(fā)出的衰減光，使該取得行線移動，而得到材料的一定的面積的區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，對材料提供多個頻率的激勵，取得積蓄了在各個頻率的激勵中從材料發(fā)出的衰減光的探測光，能夠根據(jù)伴隨調(diào)制頻率的增加而所述探測光的強度非線性地增加的頻率，對載流子壽命進行定量化而測定。進而，從通過不同的頻率的激勵得到的所述探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化而測定?；蛘?，在以隔開間隔而使激勵時間重復的方式對材料提供了激勵時，從積蓄衰減光而得到的探測光的強度、與連續(xù)檢測從材料發(fā)出的光而得到的檢測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定?；蛘撸ㄟ^不同的波形針對對材料提供的激勵進行調(diào)制，取得積蓄了在各個調(diào)制波形的激勵中從材料發(fā)出的衰減光的探測光，從通過不同的波形的調(diào)制得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。另外，通過相互相異的相位的波形對從材料發(fā)出的光進行調(diào)制，取得積蓄衰減光而探測的探測光，從通過不同的相位的調(diào)制得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。進而，使對材料提供激勵的間隔與激勵時間的占空比、以及從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光時的分離時間與該分離時間的間隔的占空比相異，從在不同的占空比時積蓄衰減光而得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。在本發(fā)明的載流子壽命的測定方法中，對材料提供的激勵是激勵光。或者，對材料提供的激勵是激勵光。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，對材料提供激勵，探測從材料發(fā)出的光，其特征在于，具有激勵裝置，對材料提供隔開間隔而使激勵時間重復的激勵；以及探測裝置，在包括多個激勵時間的長度的測定時間內(nèi)，使從材料在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和接著激勵時間的終結(jié)發(fā)出的衰減光分離，在所述測定時間內(nèi)，積蓄所分離的多個所述衰減光而探測。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，所述激勵裝置具有激勵源、和以隔開間隔使激勵時間重復的方式對從激勵源發(fā)出的激勵進行調(diào)制的激勵側(cè)的調(diào)制裝置?；蛘?，所述激勵裝置具有以隔開間隔使激勵時間重復的方式發(fā)出激勵的激勵源。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，所述激勵源是發(fā)光源?；蛘?，所述激勵源是激勵電力的發(fā)生源。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，所述探測裝置具有調(diào)制裝置，將從所述材料發(fā)出的光分離為在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光和衰減光；以及受光裝置，在與測定時間相當?shù)钠毓鈺r間內(nèi)積蓄多個衰減光而探測?；蛘撸鎏綔y裝置具有受光裝置，間歇地接收從材料發(fā)出的光，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光，并且積蓄多個衰減光而探測。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，所述探測裝置通過與激勵時間的終結(jié)同時或者在其以后取得從材料發(fā)出的光，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光?；蛘?，所述探測裝置通過從激勵時間的途中取得從材料發(fā)出的光，使在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和所述光的一部分以及衰減光分離。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，所述受光裝置是排列了多個受光元件的裝置，各個受光元件積蓄多個衰減光而探測。在該情況下，所述受光裝置具有二維地排列的多個受光元件，通過各個受光元件取得從材料的一定的面積的區(qū)域發(fā)出的衰減光，得到所述區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息?；蛘?，所述受光裝置具有成列地排列的多個受光元件，并具有使所述受光裝置和材料向與所述列交叉的朝向相對移動的移送裝置，通過多個受光元件同時取得從材料發(fā)出的衰減光，并且該取得行線移動，而得到一定的面積的區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。另外，在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，在材料與所述探測裝置之間設置了波長濾色片?；蛘?，在材料與所述探測裝置之間設置了偏振光濾色片。在本發(fā)明的載流子壽命的測定裝置中，設置有使對材料提供的激勵的頻率變化的激勵裝置，設置有從在以不同的頻率激勵時由所述探測裝置取得的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部?；蛘?，設置有對于對材料提供的激勵，隔開間隔使激勵時間重復而提供的激勵裝置，設置有從在以隔開間隔而使激勵時間重復的方式對材料提供了激勵時由所述探測裝置取得的探測光的強度、與由所述探測裝置連續(xù)檢測從材料發(fā)出的光而得到的檢測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部?；蛘?，設置了通過不同的波形針對對材料提供的激勵進行調(diào)制，積蓄在各個調(diào)制波形的激勵中從材料發(fā)出的衰減光而探測的探測裝置，設置了從通過不同的波形的調(diào)制得到的探測強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部。進而，設置有通過相互相異的相位的波形對從材料發(fā)出的光進行調(diào)制，積蓄衰減光而探測的探測裝置，設置有從通過不同的相位的調(diào)制得到的探測強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部。另外，具有激勵裝置，使對材料提供激勵的間隔與激勵時間的占空比相異；以及探測裝置，使將在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光和衰減光分離時的分離時間與該分離時間的間隔的占空比相異，設置有從在不同的占空比時積蓄衰減光而得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部。本發(fā)明能夠得到無需接觸材料而通過觀察從材料發(fā)出的光，得到與材料內(nèi)的載流子的壽命相關的信息。另外，本發(fā)明能夠在材料的規(guī)定的區(qū)域內(nèi)求出載流子壽命的分布。


圖1是示出在激勵期間中從材料發(fā)出的光的強度的線圖。圖2是示出材料內(nèi)的載流子壽命所引起的發(fā)光的衰減曲線的線圖。圖3是示出在對材料提供了矩形波的激勵時從材料發(fā)出的光的強度變化的線圖。圖4是對材料提供所調(diào)制的激勵并以與激勵相逆的相位對從材料發(fā)出的光行調(diào)制而探測的測定方法以及測定裝置的說明圖。圖5是示出使用了圖4所示的測定裝置時的、對材料提供的激勵的調(diào)制、從材料發(fā)出的光的調(diào)制、以及所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖6是示出對材料提供的激勵的調(diào)制頻率的變化、與積蓄了所分離的衰減光的探測輸出的強度的關系的線圖。圖7是示出積蓄了所分離的衰減光的探測輸出成為其最大值的50%時的頻率與載流子壽命的關系的線圖。圖8是示出在不同的頻率下得到的探測光之比、與載流子壽命的關系的線圖。
圖9是示出仿真中使用的材料，并且發(fā)光強度和載流子壽命在X坐標的各個位置變動的材料的特性的線圖。圖10是示出將對材料提供的激勵的調(diào)制頻率和從材料發(fā)出的光的調(diào)制頻率切換了時的、對材料提供的激勵的調(diào)制、從材料發(fā)出的光的調(diào)制、以及所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖11是對比了圖10所示的各個頻率的調(diào)制中得到的探測光的強度的X坐標處的變動特性、和不同的頻率的調(diào)制中得到的探測輸出之比的X坐標處的變動特性的線圖。圖12是示出連續(xù)探測在對材料提供了連續(xù)的激勵時從材料發(fā)出的光而得到的檢測光的強度的線圖。圖13是示出在使激勵側(cè)的調(diào)制和受光側(cè)的調(diào)制成為梯形波形時從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖14是對比了以不同的頻率進行了梯形波形的調(diào)制時的探測光的強度的X坐標處的變動特性、與不同的頻率的調(diào)制中得到的探測輸出之比的X坐標處的變動特性的線圖。圖15是示出在梯形波形的調(diào)制中在不同的頻率下得到的探測光之比、與載流子壽命的關系的線圖。圖16是示出在提供了呈現(xiàn)大致三角函數(shù)的變化的波形的調(diào)制時從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖17是對比了以不同的頻率進行了三角函數(shù)的波形的調(diào)制時的探測光的強度的X坐標處的變動特性、和不同的頻率的調(diào)制中得到的探測輸出之比的X坐標處的變動特性的線圖。圖18是示出在三角函數(shù)波形的調(diào)制中在不同的頻率下得到的探測光之比、與載流子壽命的關系的線圖。圖19是示出在以矩形波進行了調(diào)制時、和以三角函數(shù)波形進行了調(diào)制時的、從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖20是對比了以不同的波形進行了調(diào)制時的探測光的強度的X坐標處的變動特性、和通過不同的波形的調(diào)制得到的探測輸出之比的X坐標處的變動特性的線圖。圖21是示出通過不同的波形的調(diào)制得到的探測光之比、與載流子壽命的關系的線圖。圖22是示出以不同的相位差進行了調(diào)制時的、從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖23是對比了以不同的相位差進行了調(diào)制時的探測光的強度的X坐標處的變動特性、和不同的相位差的調(diào)制中得到的探測輸出之比的X坐標處的變動特性的線圖。圖24是示出不同的相位差的調(diào)制中得到的探測光之比、與載流子壽命的關系的線圖。圖25是示出在以使占空比相異了的波形進行了調(diào)制時從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖26是對比了以使占空比相異了的波形進行了調(diào)制時的探測光的強度的X坐標處的變動特性、和不同的占空比的調(diào)制中得到的探測輸出之比的X坐標處的變動特性的線圖。圖27是示出以使占空比相異了的波形進行調(diào)制而得到的探測光之比、與載流子壽命的關系的線圖。圖28是示出在使頻率和波形這雙方不同而進行了調(diào)制時從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖29是示出在以50%以外的占空比的波形進行了使相位錯開了調(diào)制時從材料發(fā)出的光的強度變化、和所分離的衰減光的強度變化的線圖。圖30是示出理想的結(jié)構(gòu)的測定方法以及測定裝置的第I實施方式的說明圖。圖31是示出理想的結(jié)構(gòu)的測定方法以及測定裝置的第2實施方式的說明圖。(符號說明)1:測定裝置；10:激勵裝置；11:激勵源；12:調(diào)制裝置；13:連續(xù)光；14:激勵光；20:探測裝置；21:調(diào)制裝置；22:濾色片；23:受光裝置；24:冷光；25:分離光；26:衰減光；30:半導體材料；40:測定裝置；41:透鏡；42:聚光透鏡；43:照相機鏡頭；45:移送裝置；46:調(diào)制控制部；47:判別部；51:分束器；52:照相機鏡頭；53:受光裝置。
具體實施例方式本發(fā)明通過探測從半導體等材料發(fā)出的光(冷光)，來評價該材料。在結(jié)晶材料中，存在以電子的能量為基準的傳導帶、非發(fā)光中心、雜質(zhì)能級、缺陷感應能級等各種能級。如果激勵電子以非熱平衡狀態(tài)存在于能級，則在以某概率與空穴再結(jié)合而消滅的過程中發(fā)生載流子壽命。此時，激勵電子的能量被變換為光，成為衍射振動而作為熱被傳遞到材料。此時的發(fā)光特性反映結(jié)晶特有的電子構(gòu)造、各種缺陷，一般，如果晶體缺陷的密度高，則載流子壽命變短。因此，為了得知材料的缺陷狀況、純度，測定載流子壽命是重要的。對于太陽能電池用的結(jié)晶，需要缺陷少。如果缺陷密度高，則通過陽光的照射發(fā)生的激勵電子(電能)被缺陷能級捕獲而變換為熱或者再發(fā)光，而無法作為電能取出。另外，太陽能電池通過在其受光部中發(fā)生的載流子到達電極而引起發(fā)電，但如果在根據(jù)載流子壽命導出的擴散距離以內(nèi)不存在電極，則無法發(fā)電。因此，如果載流子壽命長，則能夠減少電極配置密度，能夠增大受光面積。如果能夠非接觸且高速地測定晶片全面的載流子壽命分布，則即使在太陽能電池的制造工序中，在制造或者加工受光部(發(fā)電部)自身的工序、每個工序的檢查工序等中也能夠依次得知太陽能電池特性。例如，雖然需要以高品質(zhì)形成成為受光部的Pn結(jié)，但針對不能進行離子注入 退火、導電性結(jié)晶的生長等再處理的制造工序，通過在剛剛制造之后在晶片全面測定載流子壽命，能夠在全部工序完成以前評價作為太陽能電池的品質(zhì)。此時，通過用分布影像圖來表現(xiàn)載流子壽命的評價結(jié)果，能夠明確在制造中侵入的不良的原因和其場所而盡可能減少制造損失，進行成品率提高、生產(chǎn)性的改善。本發(fā)明的測定方法以及測定裝置非接觸地測定冷光(來自材料的發(fā)光)，高速、低成本地求出材料的載流子壽命。為此，其特征在于，將激勵中的發(fā)光、和激勵后的發(fā)光區(qū)分或者分離而測量。進而，其特征 在于，反復積蓄分離的發(fā)光并記錄。在以下的實施方式中，通過光致發(fā)光評價了載流子壽命。光致發(fā)光是指，在通過光激勵的激勵電子與空穴再結(jié)合時發(fā)光的過程的概念。但是，本發(fā)明中的激勵以及發(fā)光不限于光致發(fā)光，而通過電致冷光等也能夠?qū)嵤D1示出對硅(Si)等晶片在規(guī)定時間提供了連續(xù)的激勵光時的冷光，橫軸是時間且縱軸是發(fā)光的大小。理想地，通過連續(xù)的光的激勵得到的冷光的大小是A P。此處，Acw是激勵強度，P是發(fā)光概率(頻度)。在圖1中附加陰影的面積相當于將時間Tm作為測定時間，以測定時間對發(fā)光的大小進行積分而得到的值AafPTm。在該積分值中，應該還包含與載流子壽命相關的信息，但無法從積分值單獨抽出載流子壽命的信息。圖2示出對硅等半導體材料提供了激勵光時的發(fā)光與載流子壽命的關系，橫軸是時間，縱軸是發(fā)光的大小。如果在材料內(nèi)吸收了激勵光的I個光子，則在經(jīng)過了由材料的特性決定的特性時間τ之后，以概率P再發(fā)光更低的能量的光子。如果針對材料具有相同的能量的無限的數(shù)量的光子被吸收而在上述工藝中依次再發(fā)光，則發(fā)光的概率分布成為指數(shù)函數(shù)性的衰減曲線。理想地,如果將激勵光設為振幅A δ的德爾塔函數(shù)，則發(fā)光概率的衰減曲線通過APe 一Vt (e是自然數(shù))來表示。所述τ是載流子壽命的參數(shù)。即，能夠?qū)⒅敝脸跏嫉陌l(fā)光的大小減少至Ι/e所需的時間τ評價為載流子壽命的參數(shù)。但是，如果希望測定所述時間τ，則需要使用非常高速且非常良好地同步的高感度檢測器，來測定大量的光子并平均化。進而，所述時間τ是納秒?yún)^(qū)域的非常短的時間，所以為了光子的平均化，需要非常長的測定時間。進而，需要檢測極其弱的光，所以在通常的檢測器的噪聲等級、裝置整體的背景等級下，實質(zhì)上難以測定。圖3示出對材料提供了陡峭的脈沖的激勵光時的來自材料的發(fā)光的大小與時間的關系。在圖3中，用粗實線表示了發(fā)光的大小的變化。呈現(xiàn)如果陡峭的脈沖狀的激勵光上升，則發(fā)光的大小根據(jù)時間而曲線地上升的特性，在激勵光的下降之后，呈現(xiàn)發(fā)光的大小根據(jù)時間而曲線地衰減的特性。對于在時間上對發(fā)光的大小進行積分而得到的積分值即圖3的陰影區(qū)域的面積，如果將激勵光的脈沖的時間寬度設為ΤΡ、將振幅設為ΑΡ，則發(fā)光的積分值成為ΡΤΡΑΡ。此時的發(fā)光是發(fā)光概率(頻度)P、和載流子壽命無法相互區(qū)分地混合存在的狀態(tài)，所述積分值并非僅抽出載流子壽命的信息而得到的。但是，在圖3中，激勵光的脈沖的下降之后的發(fā)光的衰減曲線具有圖2所示的APe^Vx的卷積特性，包含載流子壽命的參數(shù)τ。在本發(fā)明中，通過在圖3中接著激勵脈沖的下降分離并取得衰減的衰減光來進行載流子壽命的評價。但是， 脈沖的下降之后的發(fā)光的衰減時間極其短，所以為了僅取得所分離的衰減光，需要極其高速應答的受光裝置。而且，衰減光微弱，所以為了取得該衰減光，需要使用高速應答的受光裝置，反復多次取得衰減光，需要極其高度的受光技術(shù)。圖4示出能夠?qū)Σ牧咸峁┘畈膹牟牧习l(fā)出的光分離衰減光而取得所分離的多個衰減光的本發(fā)明的基本的實施方式的測定方法和測定裝置。圖4所示的測定裝置I具有激勵裝置10和探測裝置20。激勵裝置10具有激勵源11和激勵側(cè)的調(diào)制裝置12。探測裝置20具有受光側(cè)的調(diào)制裝置21、濾色片22、以及受光裝置23。激勵源11是連續(xù)發(fā)振型的半導體激光器，激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21是音響光學元件。受光裝置23是在規(guī)定的曝光時間內(nèi)積蓄而探測光的積分型的受光裝置，例如是具有多個CCD元件的受光裝置。濾色片22是波長濾色片或者偏振光濾色片。圖5(a)示出從激勵源11連續(xù)發(fā)光的連續(xù)光13被激勵側(cè)的調(diào)制裝置12調(diào)制之后的激勵光14的波形。被用作調(diào)制裝置12的音響光學元件通過超聲波頻率控制衍射常數(shù)，高速切換針對通過的連續(xù)光13的折射率。因此，能夠?qū)⑼ㄟ^了調(diào)制裝置12的激勵光14的大小如圖5 (a)所示，調(diào)制為使上升沿和下降沿接近大致矩形波的特性。圖5 (a)所示的激勵光14的照射(激勵)和周期的占空比是50%。圖5 (b)示出在對硅等半導體材料30提供了激勵光14時從半導體材料30發(fā)出的冷光24的強度變化。如圖3所示，冷光24的大小追蹤激勵光14的陡峭的上升沿根據(jù)時間曲線地增加，接著激勵光14的陡峭的下降沿而曲線地衰減。圖5 (c)示出通過受光側(cè)的調(diào)制裝置21得到的調(diào)制波形。該調(diào)制波形被設定為與圖5 (a)所示的激勵光14的下降沿同步地上升，與激勵光14的上升沿同步地下降。激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21由相同的音響光學元件構(gòu)成，激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21通過相同的頻率且相互逆相位的控制信號而動作。圖5 Cd)示出從半導體材料30發(fā)出的冷光24被受光側(cè)的調(diào)制裝置21調(diào)制之后的分離光25。通過受光側(cè)的調(diào)制裝置21的調(diào)制，圖5 (b)所示的冷光24中的、照射激勵光14的激勵時間中的光無法取得，接著激勵光14的末端(激勵時間的末端)僅取出衰減光26。如圖5 (d)所示,為了從冷光24僅分離并取出衰減光26,通過圖5 (C)所示的受光時的調(diào)制，與激勵光14的末端(激勵時間的末端)同時或者之后取得冷光24即可。另外，圖5 (b)示出從半導體材料30中的某I點的區(qū)域發(fā)出的冷光24的強度變化，圖5 (d)的分離光25是從從該I點的區(qū)域發(fā)出的冷光24分離衰減光26而得到的。該I點的區(qū)域是指，通過受光裝置23探測的I個像素，被對位為作為I個受光元件的CXD元件能夠受光的區(qū)域。針對圖5 Cd)所示的分離光25，通過通過濾色片22而抽出包含衰減光26的光分量，并被受光到受光裝置23。受光裝置23中設置的CCD元件具有在從開始光的受光至將探測輸出轉(zhuǎn)移到存儲器的期間積蓄光的曝光時間，但相對于該曝光時間，圖5 (a) (c)所示的調(diào)制周期被設定為充分短。該曝光時間成為對圖5 (d)所示的多個分離光25進行積蓄(積分)而探測的測定時間。如圖2和圖3所示，接著激勵光14的末端而發(fā)出的衰減光26包含載流子壽命的參數(shù)τ，積蓄了多個衰減光26的探測光包含載流子壽命的信息。接著激勵光14的末端而發(fā)光的衰減光26是微弱的光，但通過將圖5 (a) (c)所示的調(diào)制波形設定為比較高的頻率，能夠在受光裝置23的曝光時間內(nèi)對多個衰減光26進行積蓄(積分)而探測，其結(jié)果，能夠使探測光的強度成為比受光裝置23的探測噪聲、其他噪聲充分高的等級的輸出而取出。圖6示出激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21的調(diào)制頻率、與在受光裝置23的CCD元件中對衰減光26進行積蓄而受光的探測光的強度的關系。橫軸的對數(shù)軸是調(diào)制頻率且縱軸是探測光的強度。圖6是設想在使曝光時間(積分時間)成為一定時載流子壽命如 “ 50nsec ”、“ 70nsec ”、“ IOOnsec ”、“ 150nsec ”、“ 200nsec ”、“ 300nsec ”、“ 500nsec ” 那樣階段性地變化的材料，對探測光的強度變化進行仿真而得到的結(jié)果。如6所示，在調(diào)制頻率低，且調(diào)制周期比作為載流子壽命的參數(shù)的時間τ充分長時，在曝光時間中積蓄的衰減光26的光量是少量，積蓄了衰減光26的探測光的強度成為大致零。如果增加調(diào)制頻率，則與其增加成比例地，在曝光時間中積蓄的衰減光26的數(shù)量增力口，所以積蓄了衰減光26的探測光的強度大致直線地上升。進而，如果調(diào)制頻率變高，圖5 (C)所示的冷光24的取得時間Tl接近時間τ，則伴隨調(diào)制頻率的增加，探測光的強度非線性地增加。進而，如果調(diào)制頻率變高，則在取得時間Tl內(nèi)積蓄的衰減光26的光量飽和，如圖6所示，探測光的強度飽和。在通過激勵側(cè)的調(diào)制裝置12進行的激勵調(diào)制的占空比是50%，通過受光側(cè)的調(diào)制裝置21進行的受光調(diào)制的占空比是50%時，飽和的探測光的強度的理論值是圖1所示的冷光的發(fā)光強度(發(fā)光概率)AcffP的1/4。在圖6中，用虛線的橫線來表示探測光的強度成為飽和值的50%的等級。飽和值成為50%的等級、即各個實線與虛線的交點位于在各個載流子壽命的材料中測定的探測光的強度相對調(diào)制頻率的對數(shù)性的增加而大致直線地變化的區(qū)域。如果根據(jù)圖6的仿真結(jié)果，使用某一個單一的調(diào)制頻率(測定頻率)進行圖5 (a)所示的激勵光的調(diào)制和圖5(c)所示的受光的調(diào)制而取得了探測光的強度，則如果探測光的強度高，則能夠判別為載流子壽命長，如果探測光的強度低，則能夠判別為載流子壽命短。對于此時的調(diào)制頻率(測定頻率)，在圖6中，優(yōu)選使用探測光的強度相對橫軸的對數(shù)性的增加大致直線地上升的區(qū)域。另外，如果將多 個測定點的發(fā)光強度(發(fā)光概率)A P相同的材料作為試樣，使用單一的調(diào)制頻率(測定頻率)，取得來自各個測定點的探測光的強度，則在相同的材料內(nèi)，載流子壽命長的場所的探測光的強度高，載流子壽命短的場所的探測光的強度變低，能夠?qū)碜圆牧系奶綔y光的強度掌握為與載流子壽命的長短對應的濃淡的數(shù)據(jù)。接下來，圖7所示的線圖是根據(jù)圖6所示的仿真，求出標稱載流子壽命與圖5 (a)(c)中的調(diào)制頻率的比例關系而得到的。橫軸是標稱載流子壽命，縱軸是I/調(diào)制頻率、即調(diào)制周期。圖7的圖中的實線的直線相當于將圖6所示的各個載流子壽命的材料的特性曲線(實線)與虛線的交點連接的線。即，圖7的圖中的實線表示探測光的強度成為飽和值的50%時的調(diào)制周期、與該材料的標稱載流子壽命的關系。根據(jù)圖7的仿真結(jié)果，能夠證明探測光的強度成為飽和值的50%時的調(diào)制周期(調(diào)制頻率)相對載流子壽命成比例地變化，其比例常數(shù)K是0.13。即，如果求解探測光的強度成為飽和值的50%的調(diào)制頻率F，則能夠根據(jù)F=0.13/ τ χ求出載流子壽命τ χ。另外，對于圖7所示的比例關系，載流子壽命未必限于50nsec至500nsec的范圍。另外，成為上述載流子壽命的指針的調(diào)制頻率未必是飽和值的50%，只要是探測光的強度相對調(diào)制頻率直線地變化的區(qū)域，則也可以根據(jù)探測光的強度成為飽和值的例如60%,40%時的頻率求出載流子壽命。在使材料激勵了時得到的探測光的強度的變化中，包含該材料的發(fā)光強度(發(fā)光概率)A P所引起的強度分量、和載流子壽命的強度分量這雙方。但是，如根據(jù)圖5以及圖6說明那樣，能夠通過掃描調(diào)制頻率，定量地高精度地求出載流子壽命。進而，如果針對材料的I點求出載流子壽命的定量值，則在其以后，使用2個固定的調(diào)制頻率，測定對衰減光26進行積蓄(積分)而得到的探測光，求出在不同的調(diào)制頻率下得到的2個探測光的強度之比，從而能夠抵消發(fā)光強度(發(fā)光概率)，將載流子壽命的強度分量抽出為絕對的測定值。通過該測定方法，即使不始終掃描調(diào)制頻率，也能夠高速地定量地求出載流子壽命。以下，說明該測定方法。圖9至圖11示出設想根據(jù)材料的場所而發(fā)光強度(發(fā)光概率)和載流子壽命變動的材料，從材料的各個場所單獨抽出載流子壽命的信息的測定方法的仿真結(jié)果。如圖9所示，在該仿真中，設想發(fā)光強度(發(fā)光概率)和載流子壽命根據(jù)場所以相互不同的特性變動的材料。圖9的橫軸表不材料中的X方向的坐標位置。對于該材料,發(fā)光強度(發(fā)光概率)隨著向X坐標的右邊前進逐漸降低，載流子壽命以伴隨X坐標的變化起伏的方式增減。圖10 (A)示出在圖9所示的材料的X坐標上的某I點的區(qū)域中，使激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21的各個調(diào)制特性成為相互相逆的相位并且使調(diào)制頻率成為IMHz時的波形。圖10 (A)的波形的種類與圖5相同，Ca)是激勵側(cè)的調(diào)制波形、(b)是從材料發(fā)出的冷光的強度波形、(c)是受光側(cè)的調(diào)制波形、Cd)是衰減光被分離的分離波形。通過在與C⑶元件的曝光時間內(nèi)相當?shù)臏y定時間中對在圖10 (A)的(d)中分離的分離光進行積分而得到探測光的強度。在圖11中，在X坐標上的多個點求出調(diào)制頻率是IMHz時的探測光的強度，用雙點劃線表示將該點連接的變化曲線31。圖10 (B)是使激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21的各個調(diào)制特性成為相互相逆的相位并且使調(diào)制頻率成為IOMHz時的波形，與圖10 (A)同樣地，Ca)是激勵側(cè)的調(diào)制波形、(b)是從材料發(fā)出的冷光的強度波形、(C)是受光側(cè)的調(diào)制波形、(d)是衰減光被分離的分離波形。在以與IMHz時相同的測定時間對在圖10 (B)的(d)中分離的衰減光進行積分而得到的結(jié)果是調(diào)制頻率IOMHz下的探測光的強度。在圖11中，在X坐標上的多個點求出調(diào)制頻率是IOMHz時的探`測光的強度，用實線來表示將該強度連接的線32。在圖11中，求出將調(diào)制頻率是IMHz時的探測光的強度連接的變化曲線31、與將調(diào)制頻率是IOMHz時的探測光的強度連接的線32之比，用實線的曲線33來表示將該比連接的線(IMHz/lOMHz)。該曲線33的變動特性與圖9所示的載流子壽命的變動曲線極其近似，能夠理解所述比基于單獨抽出載流子壽命而得到的信息。圖8是在標稱載流子壽命的參數(shù)τ I為130nsec的材料中，關于載流子壽命的參數(shù)從τ/5至2 T1存在偏差的材料，通過上述圖9至圖11中說明的仿真，求出在調(diào)制頻率是IMHz時對衰減光26進行積蓄(積分)而得到的探測光的強度、與在調(diào)制頻率是IOMHz時對衰減光26進行積蓄(積分)而得到的探測光的強度之比而得到的結(jié)果。圖8的橫軸是載流子壽命的參數(shù)τ，縱軸是(IMHz時的探測光的強度)/ (IOMHz時的探測光的強度)之比。在圖8中，可知在2個調(diào)制頻率下得到的探測光之比和標稱載流子壽命大致直線地成比例。因此，通過求出在相互不同的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度之比，能夠?qū)⑤d流子壽命掌握為與其增減成比例的定量的值。其意味著，即使材料的發(fā)光強度(發(fā)光概率)A P相異，圖6所示的探測光的強度的飽和值相異，通過求出所述比，也能夠單獨抽出與載流子壽命相關的信息。在圖12中，如(a)所示，示出不調(diào)制激勵光而對材料提供了連續(xù)的激勵光的例子。此時，如(b)所示，從材料得到連續(xù)的冷光，如(C)所示，不調(diào)制來自材料的發(fā)光，所以如(d)所示，通過受光裝置的CCD元件探測到連續(xù)的冷光。在圖11中，求出在與CCD元件的曝光時間相當?shù)臏y定時間中對圖12 (d)所示的連續(xù)光進行積分而得到的探測光的強度的1/4，用虛線來表示將在X坐標的各個場所得到的(強度/4)連接的線34。該線34與將通過IOMHz的調(diào)制得到的探測光的強度連接的線32極其近似。因此，如果求出表示調(diào)制頻率是IMHz時的探測光的強度的變化曲線31、與表示在提供了連續(xù)的激勵光時得到的探測光的(強度/4)的線34之比，則該比的變動與曲線33大致一致。因此，通過求出對激勵光和冷光進行調(diào)制而得到的探測光的強度、和用連續(xù)的激勵光得到的探測光的強度之比，也能夠單獨取出載流子壽命的信息。在上述實施方式中，以通過激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21進行的光的調(diào)制特性依照陡峭地上升并陡峭地下降的矩形波為前提，并且以激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21完全同步地動作為前提進行了說明。但是，由于調(diào)制裝置的能力、噪聲等影響而調(diào)制特性有時不成為正確的矩形波特性，并且在激勵側(cè)的調(diào)制裝置12的調(diào)制動作與受光側(cè)的調(diào)制裝置21的調(diào)制動作之間有可能產(chǎn)生時間偏移等。但是，對于本發(fā)明的測定方法和測定裝置，即使調(diào)制特性并非正確的矩形波，并且即使在激勵側(cè)的調(diào)制和受光側(cè)的調(diào)制中有時間性的偏移，也能夠發(fā)揮其特征，能夠單獨取出與載流子壽命相關的信息。在圖13所示的例子中，Ca)所示的通過激勵側(cè)的調(diào)制裝置12得到的調(diào)制特性成為梯形波形。因此，從材料發(fā)出(b)所示的特性的冷光24。(c)所示的通過受光側(cè)的調(diào)制裝置21得到的調(diào)制特性也是梯形波形。(a)所示的激勵側(cè)的梯形波形的調(diào)制、和(c)所示的受光側(cè)的梯形波形的調(diào)制以相互相逆的相位并且相同的頻率相互同步。冷光24接受(c)所示的特性的調(diào)制的結(jié)果，通過受光裝置23探測(d)所示的分離光25。(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制特性是梯形波形，所以在(d)所示的通過分離光25得到的光分量26a中，不僅是接著激勵時間發(fā)光的衰減光，而且還包含在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光的分量的一部分。設想具有與圖9所示的情況相同的發(fā)光強度(發(fā)光概率)和載流子壽命的變動特性的材料，根據(jù)仿真求出通過圖13所示的調(diào)制波形得到的探測光的強度。使圖13 (a) (c)所示的調(diào)制頻率成為1MHz，求出在與CXD元件的曝光時間相當?shù)臏y定時間中對在X坐標的各個場所得到的分離光25進行積分而得到的探測光的強度，在圖14中，用雙點劃線來表示其變化曲線31a。另外，使圖13 (a) (c)所示的調(diào)制頻率成為10MHz，求出在所述測定時間內(nèi)對從X坐標的各個場所得到的分離光25進行積分而得到的探測光的強度，在圖14中，用實線來表示將該強度連接的線32a。求出在調(diào)制頻率是IMHz時得到的探測光的強度、與在調(diào)制頻率是IOMHz時得到的探測光的強度之比而得到的結(jié)果是曲線33a。該曲線33a與圖9所示的載流子壽命的增減的特性極其近似。即，通過根據(jù)圖13所示的調(diào)制特性，求出在不同的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度之比，也能夠得到單獨地抽出了載流子壽命的信息。在圖15中，求出在圖13所示的調(diào)制特性中在IMHz的調(diào)制頻率下求出的探測光的強度、與在IOMHz的調(diào)制頻率下求出的探測光的強度之比，用與標稱載流子壽命的關系來表示強度之比的變化。圖15是進行了與圖8同樣的評價的情況。如圖15所示，所述比相對標稱載流子壽命大致直線地變化，如果根據(jù)圖13所示的調(diào)制特性，求出在不同的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度之比，則可知該比與載流子壽命的長短成比例地對應。進而，在圖14中，與圖12(B)同樣地，求出在對材料提供了連續(xù)的激勵光時得到的探測光的強度的1/4，用虛線來表示將在X坐標上的多個場所求出的所述強度連接的線34。該線34、和表示通過梯形波形并且IOMHz調(diào)制了時的探測光的強度的線32a大致一致。因此，根據(jù)通過圖13所示的梯形波形的調(diào)制特性調(diào)制而得到的探測光的強度、與在使材料連續(xù)激勵了時得到的探測光之比，也能夠單獨抽出載流子壽命的信息。在圖16所示的仿真中，Ca)所示的激勵側(cè)的調(diào)制特性成為與三角函數(shù)近似的波形，從材料發(fā)出(b)所示的特性的冷光24。(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制特性也是與三角函數(shù)近似的波形。(a)所示的激勵側(cè)的三角函數(shù)波形的調(diào)制和(c)所示的受光側(cè)的三角函數(shù)波形的調(diào)制以成為相同的頻率且相互逆相位的方式同步。(d)示出對從材料發(fā)出的冷光24進行調(diào)制而得到的分離光25的強度變化。(b)所示的特性的冷光24接受(C)所示的三角函數(shù)波形的調(diào)制，所以在(d)所示的分離光25中包含的光分量26b中，不僅是在激勵時間之后發(fā)出的衰減光的分量，而且還包含在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光的分量的一部分。圖17示出在圖16所示的三角函數(shù)波形且IMHz的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度的變化曲線31b、表示在三角函數(shù)波形且IOMHz的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度的變動的線32b、以及求出變化曲線31b與線32b之比而得到的曲線33b。該曲線33b與圖9所示的材料的載流子壽命的變動曲線近似，抽出了與載流子壽命相關的信息。另外，根據(jù)圖17所示的變化曲線31b、和表示通過連續(xù)的激勵光得到的冷光的強度的1/4的變化的線34之比，也得到與所述曲線33b等同的特性。圖18相當于圖15，示出在圖16所示的三角函數(shù)波形且IMHz的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度、與在三角函數(shù)波形且IOMHz的調(diào)制頻率下得到的探測光的強度之比、和標稱載流子壽命的關系。根據(jù)圖18，即使在通過三角函數(shù)波形調(diào)制了時，通過求出在不同的頻率下得到的探測光的強度之比，也能夠得到與載流子壽命的分量成比例的信息。接下來，對于去除發(fā)光強度的分量并對載流子壽命分量進行定量化的測定方法，除了使用上述那樣的通過不同的調(diào)制頻率得到的探測光的強度之比、進而通過連續(xù)光得到的探測光的強度的1/4的值的方法以外，還能夠使用以下的那樣的測定方法。圖19所示的仿真表示設想圖9所示的特性的材料，通過求出在使調(diào)制波形相異了時得到的探測光的強度之比，能夠單獨抽出與載流子壽命相關的信息。圖19 (A)與圖10 (A)的波形相同，Ca)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形是矩形波，(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形也是矩形波。(a)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形和(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形以在成為相同的IMHz的頻率且相互成為逆相位的方式同步。在與CCD的曝光時間相當?shù)臏y定時間內(nèi)對通過(d)得到的分離光進行積分而得到的結(jié)果是探測光的強度。在圖20中，用雙點劃線的變化曲線31c來表示矩形波的調(diào)制中得到的探測光的強度的X坐標上的分布。圖19 (B)是與圖16相同的波形，是(a)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形、和(C)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形與三角函數(shù)近似的曲線。(a)的調(diào)制波形和(c)的調(diào)制波形是相同的頻率，成為相位偏移了 180度的逆相位。另外，圖19 (A)的(a) (c)所示的矩形波、和圖19(B)的(a) (c)所示的三角函數(shù)波形是相互相同的頻率，是1MHz。在圖20中，用實線的變化曲線32c來表示三角函數(shù)波形的調(diào)制中得到的探測光的強度的X坐標上的分布。圖20示出求出矩形波的調(diào)制中得到的探測光的強度的變化曲線31c、與三角函數(shù)波形的調(diào)制中得到的探測光的強度的變化曲線32c之比而得到的曲線33c。該曲線33c與圖9所示的載流子壽命的變動曲線近似，反映了載流子壽命的信息。圖21示出(通過矩形波的調(diào)制得到的探測光的強度)/ (通過三角函數(shù)波形的調(diào)制得到的探測光的強度)之比、與標稱載流子壽命的關系。根據(jù)圖21，能夠理解矩形波的調(diào)制中得到的探測光的強度與通過三角函數(shù)波形的調(diào)制得到的探測光的強度之比的大小大致追蹤載流子壽命的大小的變化。圖22所示的仿真表示設想圖9所示的特性的材料，通過求出使激勵側(cè)的調(diào)制波形與受光側(cè)的調(diào)制波形之間的相位差相異而得到的2種探測光的強度之比，能夠單獨抽出與載流子壽命相關的信息。圖22 (A)所示的波形與圖10 (A)以及圖19 (A)相同，(a)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形、和(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形是相同的IMHz的頻率且相位差為180度的矩形波。在與CCD的曝光時間相當?shù)臏y定時間內(nèi)對通過(d)得到的分離光進行積分而得到的結(jié)果是探測光的強度，在圖23中，用雙點劃線的變化曲線31d來表示該探測光的強度的X坐標上的分布。在圖22 (B)中，(a)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形、和(C)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形是矩形波，激勵側(cè)與受光側(cè)的相位差是O度。對于圖22 (A)的(a) (c)所示的矩形波、和圖22 (B)的(a) (c)所示的矩形波，占空比都是50%，頻率都是1MHz。在圖23中，用實線來表示示出圖22 (B)的調(diào)制中得到的探測光的強度的X坐標上的分布的線32d。圖23示出求出圖22 (A)的波形的調(diào)制中得到的探測光的強度的變化曲線31d、與圖22 (B)的波形的調(diào)制中得到的探測光的強度的變化曲線32d之比而得到的曲線33d。該曲線33d與圖9所示的載流子壽命的變動曲線近似，反映了載流子壽命的信息。圖24示出(通過圖22 (A)的調(diào)制得到的探測光的強度)/ (通過圖22 (B)的調(diào)制得到的探測光的強度)之比、與標稱載流子壽命的關系。根據(jù)圖24，通過求出用不同的相位差的矩形波調(diào)制的2種探測光的強度之比，能夠得到與載流子壽命的分量成比例的信息。圖25至圖27所示的仿真表示設想圖9所示的特性的材料，通過求出使調(diào)制波形的占空比相異而得到的2種探測光的強度之比，能夠單獨抽出與載流子壽命相關的信息。圖25 (A)所示的波形與圖10 (A)和圖19 (A)以及圖21 (A)相同，Ca)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形、和(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形是相同的IMHz的頻率且相位相逆的矩形波。對于圖25 (B)所示的波形，(a)所示的激勵側(cè)的調(diào)制波形、和(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制波形是IMHz的頻率且逆相位的矩形波。其中，在圖25 (A)中，調(diào)制波形的占空比是50 :50，相對于此，在圖25 (B)中，占空比是90 :10。在圖26中，用二點差線來表示示出圖25 (A)的調(diào)制中得到的探測光的強度的X坐標上的分布的變化曲線31f，用實線來表示示出圖25 (B)的調(diào)制中得到的探測光的強度的X坐標上的分布的變化曲線32f。另外，示出求出變化曲線31f與變化曲線32f之比而得到的曲線33f。該曲線33f與圖9所示的載流子壽命的變動曲線近似，反映了載流子壽命的信息。
圖27示出(通過圖25 (A)的調(diào)制得到的探測光的強度)/ (通過圖25 (B)的調(diào)制得到的探測光的強度)之比、與標稱載流子壽命的關系。根據(jù)圖26和圖27可知，能夠從使占空比相異而測定的探測光的強度之比，抽出載流子壽命的信息。在上述各實施方式中，說明了以下的例子。(I)求出不同的頻率的調(diào)制中得到的2種探測光的強度之比。(2)求出通過間歇的激勵得到的探測光的強度、與通過連續(xù)的激勵得到的探測光的強度之比。(3)通過矩形波以外的波形進行激勵側(cè)的調(diào)制或者受光側(cè)的調(diào)制。(4)求出通過波形相互相異的調(diào)制得到的2種探測光的強度之比。(5)求出使激勵側(cè)的調(diào)制和受光側(cè)的調(diào)制的相位差相互相異而得到的2種探測光的強度之比。(6)求出不同的占空比的調(diào)制中得到的2種探測光的強度之比。上述條件能夠相互組合。例如，通過求出圖28 (A)所示的例如IMHz的矩形波的調(diào)制中得到的探測光的強度、與圖28 (B)所示的與三角函數(shù)近似的波形且頻率比矩形波高的例如IOMHz的調(diào)制中得到的探測光的強度之比，也能夠獨立地抽出與載流子壽命相關的信息。另外，在圖5、圖10 (A)所示的例子中，通過使(a)所示的激勵側(cè)的調(diào)制、和(C)所示的受光側(cè)的調(diào)制都成為占空比為50%且逆相位的矩形波，從激勵中的光分離接著對材料提供激勵的激勵時間的末端的衰減光。相對于此，在圖29所示的例子中，Ca)所示的激勵側(cè)的調(diào)制、和(c)所示的受光側(cè)的調(diào)制都基于占空比是40%的矩形波，在激勵側(cè)的調(diào)制和受光側(cè)的調(diào)制中相位偏移了 144度。通過該結(jié)構(gòu)，也能夠與對材料提供激勵的激勵時間的末端同步地，從激勵中的光分離衰減光。這樣，激勵側(cè)的調(diào)制和受光側(cè)的調(diào)制不限于相位差180°以及占空比50%，只要是能夠分離衰減特性的調(diào)制波形即可。圖30示出最適合于實現(xiàn)此前說明的測定方法的測定裝置40。與圖4所示的基本構(gòu)造的測定裝置I同樣地，激勵裝置10具有激勵源11和激勵側(cè)的調(diào)制裝置12。激勵源11是連續(xù)發(fā)光的半導體激光器，調(diào)制裝置12是音響光學元件。由激勵源11發(fā)出的連續(xù)光13通過調(diào)制裝置12調(diào)制而成為激勵光14。在調(diào)制裝置12的前方設置了透鏡41，調(diào)制的激勵光14被光學地調(diào)制，被提供到材料30的表面的規(guī)定的面積的區(qū)域。透鏡41是準直透鏡、焦點比大的凸透鏡或者凹透鏡、或者它們的組合，構(gòu)成為對材料30的規(guī)定的面積的區(qū)域提供的光量之差成為最小。探測裝置20具有受光側(cè)的調(diào)制裝置21和受光裝置23。調(diào)制裝置21是音響光學元件。在材料30與調(diào)制裝置21之間設置了聚光透鏡42。從材料30的規(guī)定的區(qū)域發(fā)出的冷光24通過聚光透鏡42聚光而被提供給調(diào)制裝置21，通過調(diào)制裝置21分離的分離光25被受光裝置23受光。受光裝置23是排列了多個CCD元件的受光元件陣列，在其前方，設置了使分離光25向受光元件陣列聚光的照相機鏡頭43。另外，在探測裝置20中根據(jù)需要裝備圖4所示的濾色片22。只要受光裝置23中設置的受光元件陣列是具有二維地排列的多個CXD元件的結(jié)構(gòu)，就能夠通過各個CCD元件同時接收從材料30的規(guī)定面積的區(qū)域發(fā)出的冷光24。能夠通過由各個CCD元件得到的探測光的強度，得到一定的面積的區(qū)域的各個點的載流子壽命的信息。另外，通過對用各個CCD元件探測的探測光的強度，進行圖11的曲線33所示那樣的比的運算，能夠關于寬的區(qū)域內(nèi)的各個點，抽出與載流子壽命相關的信息。另外，在受光裝置23中設置的受光元件陣列是具有形成I列或者多列的C⑶元件的結(jié)構(gòu)的情況下，通過設置使設置了材料30的平臺向與所述列正交的方向間歇或者連續(xù)地移動的移送裝置45，能夠用受光裝置23的CCD元件依次取得來自材料30的寬的面積的冷光。即使固定設置了材料30的平臺，而使測定裝置40移動也是同樣的。圖30所示的測定裝置40具有調(diào)制控制部46。通過該調(diào)制控制部46控制激勵側(cè)的調(diào)制裝置12和受光側(cè)的調(diào)制裝置21，如各圖所示，進行激勵光的調(diào)制和冷光的調(diào)制。在測定裝置40中，設置了還作為主控制部發(fā)揮功能的判別部47，控制激勵源11和調(diào)制裝置12、21。同時，在將受光裝置子23的各個CCD元件在該曝光時間內(nèi)積蓄而得到的探測光保持于存儲器之后，變換為數(shù)字值而提供給判別部47。通過判別部47，進行圖11的曲線33所示那樣的比的運算，能夠?qū)⒏鱾€CCD元件作為像素單位，得到材料30的測定區(qū)域的各個點的載流子壽命的信息。能夠?qū)⒂膳袆e部47運算出的材料30的各個點的載流子壽命的信息用作規(guī)定面積的區(qū)域內(nèi)的比較信息。例如，能夠?qū)⒏鱾€點的載流子壽命作為數(shù)字信息而顯示于顯示裝置，或者，能夠顯示為具有與載流子信息對應的濃淡的插像。在該情況下，各個CCD成為濃淡的像素單位。在圖31所示的測定裝置40A中，設置了使從材料30發(fā)出的冷光24分離的分束器51,冷光24被分離為朝向聚光透鏡42的分量和朝向第2照相機鏡頭52的分量。然后,通過第2照相機鏡頭52的光不經(jīng)由調(diào)制裝置，而被提供給第2受光裝置53。在該測定裝置40A中，能夠通過一次的測定，得到對冷光24進行了調(diào)制的探測光、和無調(diào)制的探測光?；蛘撸部梢葬槍τ煞质?1分離的光通過第2調(diào)制裝置調(diào)制并通過受光裝置53探測。由此，能夠通過一次的測定得到不同的調(diào)制的探測光。另外，本發(fā)明不限于上述實施方式，而能夠?qū)崿F(xiàn)各種變更。例如，如果作為激勵源11使用間歇地發(fā)光的脈沖發(fā)光激光器，則即使不設置調(diào)制裝置12，也能夠得到按照各種占空比調(diào)制的激勵光14。另外，對于受光裝置23，只要使用各個探測元件間歇地接收光并能夠?qū)㈤g歇地受光的探測輸出積蓄到存儲器的結(jié)構(gòu)，則即使不設置調(diào)制裝置21，也能夠從冷光分離作為載流子壽命的分量的衰減光，進而在規(guī)定的曝光時間內(nèi)積蓄分離的衰減光。進而，通過激勵裝置10不發(fā)出激勵光而發(fā)生間歇的電力，并根據(jù)該電力使材料30內(nèi)的載流子激勵并再結(jié)合而發(fā)光的電致冷光，也能夠測定載流子壽命。進而，對于作為本申請發(fā)明的測定方法以及測定裝置的對象的材料，硅(Si)、磷化銦(InP)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、硅·鍺合金(SiGe)、鍺(Ge)、黃銅礦型化合物(CuInS2)、黃銅礦系多結(jié)晶膜(Cu (In，Ga) Se2)、富勒烯(C60)感應體系有機半導體等半導體結(jié)晶材料是典型的材料，但也可以是這些以外的半導體材料。進而，只要是通過激勵光、激勵電力，內(nèi)部的載流子被激勵而活性化，在電子等載流子的能量等級降低時發(fā)出光的材料，也可以是有機材料、高分子材料等。
權(quán)利要求
1.一種載流子壽命的測定方法，對材料提供激勵，探測從材料發(fā)出的光，其特征在于: 以隔開間隔而使激勵時間重復的方式，對材料提供激勵， 在包括多個激勵時間的長度的測定時間內(nèi)，使從材料在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和接著激勵時間的終結(jié)發(fā)出的衰減光分離， 在所述測定時間內(nèi)，積蓄所分離的多個所述衰減光而探測，根據(jù)所積蓄的探測光的強度測定載流子的壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:通過與激勵時間的終結(jié)同時或者在其以后取得從材料發(fā)出的光，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:通過從激勵時間的途中取得從材料發(fā)出的光，使在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和所述光的一部分以及衰減光分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:使從激勵源發(fā)出的激勵通過激勵側(cè)的調(diào)制裝置，以隔開間隔而使激勵時間重復的方式，對材料提供激勵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:從激勵源斷續(xù)地發(fā)生激勵，以隔開間隔而使激勵時間重復的方式，對材料提供激勵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:使從材料發(fā)出的光通過受光側(cè)的調(diào)制裝置，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光，通過具有與測定時間相當?shù)钠毓鈺r間的受光裝置，積蓄多個衰減光而探測。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:使用能夠間歇地受光從材料發(fā)出 的光的受光裝置，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光，并且在測定時間內(nèi)積蓄多個衰減光而探測。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:所述受光裝置是排列了多個受光元件的裝置，通過各個受光元件積蓄多個衰減光而探測。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:使用二維地排列了多個受光元件的受光裝置，通過各個受光元件同時取得從材料的一定的面積的區(qū)域發(fā)出的衰減光，得到所述區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:使用成列地排列了多個受光元件的受光裝置，通過多個受光元件同時取得從材料發(fā)出的衰減光，使該取得行線移動，而得到材料的一定的面積的區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:對材料提供多個頻率的激勵，取得積蓄了在各個頻率的激勵中從材料發(fā)出的衰減光的探測光，從通過不同的頻率的激勵得到的所述探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:在以隔開間隔而使激勵時間重復的方式對材料提供了激勵時，從積蓄衰減光而得到的探測光的強度、與連續(xù)檢測從材料發(fā)出的光而得到的檢測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:通過不同的波形針對對材料提供的激勵進行調(diào)制，取得積蓄了在各個調(diào)制波形的激勵中從材料發(fā)出的衰減光的探測光，從通過不同的波形的調(diào)制得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:通過相互相異的相位的波形對從材料發(fā)出的光進行調(diào)制，取得積蓄衰減光而探測的探測光，從通過不同的相位的調(diào)制得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:使對材料提供激勵的間隔與激勵時間的占空比、以及從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光時的分離時間與該分離時間的間隔的占空比相異，從在不同的占空比時積蓄衰減光而得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:對材料提供的激勵是激勵光。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任意一項所述的載流子壽命的測定方法，其特征在于:對材料提供的激勵是激勵電力。
18.一種載流子壽命的測定裝置，對材料提供激勵，探測從材料發(fā)出的光，其特征在于包括: 激勵裝置，對材料提供隔開間隔而使激勵時間重復的激勵；以及 探測裝置，在包括多個激勵時間的長度的測定時間內(nèi)，使從材料在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和接著激勵時間的終結(jié)發(fā)出的衰減光分離，在所述測定時間內(nèi)，積蓄所分離的多個所述衰減光而探測。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述激勵裝置具有激勵源、和以隔開間隔使激勵 時間重復的方式對從激勵源發(fā)出的激勵進行調(diào)制的激勵側(cè)的調(diào)制裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述激勵裝置具有以隔開間隔使激勵時間重復的方式發(fā)出激勵的激勵源。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述激勵源是發(fā)光源。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述激勵源是激勵電力的發(fā)生源。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于: 所述探測裝置具有: 調(diào)制裝置，將從所述材料發(fā)出的光分離為在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光和衰減光；以及 受光裝置，在與測定時間相當?shù)钠毓鈺r間內(nèi)積蓄多個衰減光而探測。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至22中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于: 所述探測裝置具有: 受光裝置，間歇地接收從材料發(fā)出的光，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光，并且積蓄多個衰減光而探測。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或者24所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述探測裝置通過與激勵時間的終結(jié)同時或者在其以后取得從材料發(fā)出的光，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光分離衰減光。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述探測裝置通過從激勵時間的途中取得從材料發(fā)出的光，使在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光、和所述光的一部分以及衰減光分離。
27.根據(jù)權(quán)利要求23至26中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述受光裝置是排列了多個受光元件的裝置，各個受光元件積蓄多個衰減光而探測。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述受光裝置具有二維地排列的多個受光元件，通過各個受光元件取得從材料的一定的面積的區(qū)域發(fā)出的衰減光，得到所述區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:所述受光裝置具有成列地排列的多個受光元件，并具有使所述受光裝置和材料向與所述列交叉的朝向相對移動的移送裝置，通過多個受光元件同時取得從材料發(fā)出的衰減光，并且該取得行線移動，而得到一定的面積的區(qū)域內(nèi)的位置和載流子壽命所相關的信息。
30.根據(jù)權(quán)利要求18至29中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:在材料與所述探測裝置之間設置了波長濾色片。
31.根據(jù)權(quán)利要求18至29中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于:在材料與所述探測裝置之間設置了偏振光濾色片。
32.根據(jù)權(quán)利要求18至31中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于: 設置有使對材料提供的激勵的頻率變化的激勵裝置， 設置有從在以不同的頻率激勵時由所述探測裝置取得的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽 命分量進行定量化并進行測定的判別部。
33.根據(jù)權(quán)利要求18至31中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于: 設置有對于對材料提供的激勵，隔開間隔使激勵時間重復而提供的激勵裝置， 設置有從在以隔開間隔而使激勵時間重復的方式對材料提供了激勵時由所述探測裝置取得的探測光的強度、與由所述探測裝置連續(xù)檢測從材料發(fā)出的光而得到的檢測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部。
34.根據(jù)權(quán)利要求18至31中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于: 設置了通過不同的波形針對對材料提供的激勵進行調(diào)制，積蓄在各個調(diào)制波形的激勵中從材料發(fā)出的衰減光而探測的探測裝置， 設置了從通過不同的波形的調(diào)制得到的探測強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部。
35.根據(jù)權(quán)利要求18至31中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于: 設置有通過相互相異的相位的波形對從材料發(fā)出的光進行調(diào)制，積蓄衰減光而探測的探測裝置， 設置有從通過不同的相位的調(diào)制得到的探測強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行定量化并進行測定的判別部。
36.根據(jù)權(quán)利要求18至31中的任意一項所述的載流子壽命的測定裝置，其特征在于包括: 激勵裝置，使對材料提供激勵的間隔與激勵時間的占空比相異；以及探測裝置，使將在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光和衰減光分離時的分離時間與該分離時間的間隔的占空比相異， 設置有從在不同的占空比時積蓄衰減光而得到的探測光的強度之比，去除發(fā)光強度的分量，對載流子的壽命分量進行 定量化并進行測定的判別部。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠測定半導體等材料內(nèi)的載流子壽命的載流子壽命的測定方法以及測定裝置。針對由發(fā)光激光器發(fā)出的連續(xù)光通過激勵側(cè)的調(diào)制裝置進行調(diào)制，生成其強度矩形波狀地變化的激勵光(14)并提供給半導體材料。針對半導體內(nèi)的載流子被激勵而通過再結(jié)合發(fā)出的冷光(24)，通過受光側(cè)的調(diào)制裝置進行調(diào)制，從在激勵時間內(nèi)發(fā)出的光，分離在激勵時間之后發(fā)生的衰減光(26)。該衰減光(26)包含材料內(nèi)的載流子壽命的信息。衰減光(26)是在極其短的時間內(nèi)得到的微細的光，所以在CCD元件的曝光時間內(nèi)，積蓄多個衰減光(26)而探測。能夠通過該探測光的強度得知載流子壽命。
文檔編號H01L21/66GK103080730SQ201180041790
公開日2013年5月1日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者Y·拉克魯瓦 申請人:瓦伊系統(tǒng)有限公司