CN105637624B - 用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法及设备 - Google Patents

用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105637624B
CN105637624B CN201480056244.XA CN201480056244A CN105637624B CN 105637624 B CN105637624 B CN 105637624B CN 201480056244 A CN201480056244 A CN 201480056244A CN 105637624 B CN105637624 B CN 105637624B
Authority
CN
China
Prior art keywords
junction
photovoltage
knot
intensity
illumination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480056244.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105637624A (zh
Inventor
V·N·法伊费尔
I·S·G·凯利-摩根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Tencor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KLA Tencor Corp filed Critical KLA Tencor Corp
Publication of CN105637624A publication Critical patent/CN105637624A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105637624B publication Critical patent/CN105637624B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/07—Non contact-making probes
    • G01R1/071—Non contact-making probes containing electro-optic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2632—Circuits therefor for testing diodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/265—Contactless testing
    • G01R31/2656—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2632—Circuits therefor for testing diodes
    • G01R31/2635—Testing light-emitting diodes, laser diodes or photodiodes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

非接触式测量p‑n结的一或多个电响应特性包含：用第一强度的光照明所述p‑n结的表面，所述第一强度的光具有足以建立所述p‑n结的结光电压JPV的稳态条件的调制或脉冲式特性；测量来自所述照明区域内的所述p‑n结的第一JPV；用额外强度的光照明所述p‑n结的所述表面；测量来自所述照明区域内的所述p‑n结的所述部分的额外光电压；确定所述第一强度下所述p‑n结的光电流密度。所述非接触式测量进一步包含用所述p‑n结的所述经测量第一光电压、所述经测量额外光电压及/或所述经确定光电流密度确定正向电压、饱和电流密度、理想因子或一或多个I‑V曲线。

Description

用于非接触式测量P-N结的一或多个特性的方法及设备
相关申请案的交叉参考
本申请案依据35U.S.C.§119(e)规定主张于2013年10月17日申请的第61/892,382号美国临时申请案及于2013年9月4日申请的第61/873,577号美国临时申请案的权利。所述第61/892,382号美国临时申请案及所述第61/873,577号美国临时申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及非接触式测量半导体衬底的p-n结的各种电响应特性，且特定地说，涉及一种用于测量异质结式或同质结式p-n结的各种响应特性的非接触式结光电压技术。
背景技术
随着对改善的半导体装置性能的需求继续增大，对改的进半导体装置特性化技术的需求也增大。半导体晶片(例如硅晶片)在装置结构的制造中起重要作用。此类装置结构包含但不限于用于发光二极管的半导体结构(例如，MOCVD生长结构)、低能量植入及激光退火的超浅结、半导体太阳能电池及p-n结薄膜太阳能电池。对p-n结装置质量的改进监测在高级半导体装置制造的发展中是关键的。当前使用多种监测及测量技术来监测装置质量。当前所用跟踪技术包含多种非接触式及接触式测量技术。
在特性化二极管装置性能时通常使用电流-电压(I-V)曲线。通常用源测量单元测量I-V曲线，所述源测量单元引起预定电流且在预定范围内扫描此电流。记录迫使电流通过给定装置所需要的电压，且所述源测量单元报告产生I-V曲线的成对数据点的集合。I-V曲线对装置研究者及制造者非常重要，这是因为经测量数据可与已知方程式拟合，所述已知方程式描述给定装置的行为。参数可提取自拟合且提供对经测量装置的质量的有意义洞察以及潜在的未来可靠度。I-V曲线通常在现有技术中受限，这是因为将源测量单元用于装置测试需要成品装置。此特别成问题，这是因为许多基于结二极管的装置在前端处理步骤之后获取其固有电子功能，其中在所述装置制成之前且在所述装置可测试前需要额外的昂贵后端步骤。
一种特定测量技术包含四点探针技术。高级4PP技术可允许对p-n结的薄层进行电阻测量及导电率测量。使用四点探针(4PP)来测量p-n结的薄层电阻及导电率大体上描述于2010年5月11日颁布的美国专利7,714,596中，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。四点探针技术具有多种缺点。例如，四点探针技术难以以一非破坏性内联能力实施。此外，p-n结导电率通常在低反向偏压下测量且主要取决于分流电阻，而真实装置(例如，LED、太阳能电池等)的I-V曲线特性主要取决于高正向偏压条件下的重组特性。
用于测量I-V曲线及电致发光的额外技术包含弹簧负载探针接触式技术。弹簧负载探针接触式测量技术大体上描述于以下专利中：2010年3月16日颁布的第7,679,381号美国专利；2011年12月21日申请的第2013/0043875号美国专利公开案；及2011年12月21日申请的第2013/0046496号美国专利公开案中，所述专利的全文各自以引用的方式并入本文中。弹簧负载探针技术是基于对I-V曲线及由正向电压激发的电致发光强度的测量，所述正向电压相对于通过晶片边沿与第二探针连接的结的底部n层施加于弹簧负载探针。此技术也具有许多缺点。此技术的主要缺点中的一者包含无法考虑p-n结层中的横向电流(其取决于薄层电阻)，且尤其在反向偏压下导致经测量电流密度减小。此外，此方法遭受与污染的相关测量假像的存在、高接触式电阻、对准困难、颗粒的存在等。
显然现有技术包含多个缺陷。因此，将需要提供一种消除上述现有技术的这些缺陷的方法及***。
发明内容
根据本发明的一个实施例，揭示一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备。在一个说明性实施例中，所述设备可包含照明单元，其用于用一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的光照明p-n结的表面。在另一说明性实施例中，所述设备可包含测量单元，其包含至少第一测量元件，所述第一测量元件包含第一透明电极，所述第一透明电极定位为接近于p-n结且经配置以将来自照明单元的光透射到p-n结的表面。在一个说明性实施例中，第一透明电极具有第一区域，其用于测量与经照明区域内的第一区域对应的结光电压。在另一说明性实施例中，第一电极的第一区域小于由照明子***照明的区域以限制结光电压的横向扩展对结光电压的测量的影响。在另一说明性实施例中，所述设备可包含第二测量元件，其包含具有第二区域的第二电极。在另一说明性实施例中，所述第二电极可定位于照明区域内及第一电极的第一区域外。在另一说明性实施例中，第二电极及第一电极经配置以监测结光电压的一维条件。
在另一说明性实施例中，所述设备包含控制器，其至少通信地耦合到测量单元及照明单元。在一个说明性实施例中，所述控制器可控制来自照明单元的光的光强度或频率中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述控制器可从测量单元接收在一或多个所选择光强度及一或多个所选择频率下进行的结光电压或电容中的至少一者的一或多次测量。在另一说明性实施例中，所述控制器可用从测量单元接收的结光电压的一或多次测量确定以下至少一者：p-n结的光电流密度、p-n结的正向电压、p-n结的饱和电流密度、p-n结的理想因子或p-n结的一或多个I-V曲线。
在另一说明性实施例中，所述设备包含振动元件，其经配置以机械地驱动至少第一透明电极的运动。在另一说明性实施例中，所述控制器经配置以通过计算以下两者之间的差而测量一或多个结光电压值：在暗照明条件期间用振动的第一透明电极测量的第一表面电势与在第一强度的光照明期间于稳态条件中用振动的第一透明电极测量的额外表面电势。
根据本发明的一个实施例，揭示一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述第一强度的光足以建立p-n结的结光电压的稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含用定位于照明区域内且接近于p-n结的表面的透明电极测量来自由第一强度的光照明的照明区域内的p-n结的部分的第一结光电压。在另一说明性实施例中，所述方法包含用额外强度的光照明p-n结的表面区域，其中所述额外强度的光足以建立p-n结的结光电压的稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含用透明电极测量来自由额外强度的光照明的照明区域内的p-n结的部分的额外光电压。在另一说明性实施例中，所述方法包含确定第一强度下p-n结的光电流密度。在另一说明性实施例中，所述方法包含用p-n结的经测量第一光电压、经测量额外光电压或经确定光电流密度中的至少一者确定p-n结的正向电压、p-n结的饱和电流密度或理想因子中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过在多个照明强度中的每一者下获取结光电压及对应光电流(或光电流密度)而产生p-n结的一或多个I-V曲线。
根据本发明的一个实施例，揭示一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述第一强度的光足以建立p-n结的结光电压的稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含用第一透明电极测量来自由第一强度的光照明的照明区域内的p-n结的部分的第一结光电压，所述第一透明电极具有第一区域且定位于照明区域内且接近于p-n结的表面。在另一说明性实施例中，所述方法包含用额外强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述额外强度的光足以建立p-n结的结光电压的稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含用第一透明电极测量来自由额外强度的光照明的照明区域内的p-n结的部分的额外光电压。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过用定位于照明区域内且接近于p-n结的表面的第二透明电极测量来自照明区域内的p-n结的部分的结光电压而监测第一结光电压或额外结电压中的至少一者的一维特性，所述第二透明电极具有在第一透明电极的第一区域外部的第二区域。在另一说明性实施例中，所述方法包含在调制频率下用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，所述调制频率足以实现p-n结的结光电压的非稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含用第一透明电极测量来自照明区域内的p-n结的部分的高频结光电压。在另一说明性实施例中，所述方法包含获取p-n结的电容。在另一说明性实施例中，所述方法包含用p-n结的高频结电压、p-n结的电容及调制频率中的至少一者确定p-n结的光电流密度。在另一说明性实施例中，所述方法包含用p-n结的经测量第一光电压、经测量额外光电压或经确定光电流密度中的至少一者确定p-n结的正向电压、p-n结的饱和电流密度或p-n结的理想因子中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过在多个照明强度中的每一者下获取结光电压及对应光电流而产生p-n结的一或多个I-V曲线。
根据本发明的一个实施例，揭示一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含用第一强度的光照明p-n结的表面的区域，其中所述第一强度的光足以建立p-n结的结光电压的稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过确定以下两者之间的差而测量来自照明区域内的p-n结的一部分的第一结光电压：在暗照明条件期间用第一振动透明电极测量的第一表面电势与在第一强度的光照明期间于稳态条件中用第一振动透明电极测量的额外表面电势。在另一说明性实施例中，所述方法包含用额外强度的光照明p-n结的表面区域，其中所述额外强度的光足以建立p-n结的结光电压的稳态条件。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过确定以下两者之间的差而测量来自照明区域内的p-n结的部分的额外光电压：在暗照明条件期间用第一振动透明电极测量的第一表面电势与在额外强度的光照明期间于稳态条件中用第一振动透明电极测量的额外表面电势。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过用定位于照明区域内且接近于p-n结的表面的第二振动透明电极测量来自照明区域内的p-n结的部分的结光电压而监测第一结光电压或额外结电压中的至少一者的一维特性，所述第二振动透明电极具有在第一透明电极的第一区域外部的第二区域。在另一说明性实施例中，所述方法包含确定第一强度下p-n结的光电流密度。在另一说明性实施例中，所述方法包含用p-n结的经测量第一光电压、经测量额外光电压或经确定光电流密度中的至少一者确定p-n结的正向电压、p-n结的饱和电流密度或理想因子中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述方法包含通过在多个照明强度中的每一者下获取结光电压及对应光电流而产生p-n结的一或多个I-V曲线。
应了解，以上概述及下文详细描述只是示范性及解释性的且不一定限制如所主张的本发明。并入本说明书中且构成其部分的附图说明本发明的实施例并连同概述用于说明本发明的原理。
附图说明
所属领域技术人员可通过参考附图更好地理解本发明的众多优点，其中：
图1A是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备的框图。
图1B说明根据本发明的一个实施例的安置于透明元件上的第一透明电极的俯视图。
图1C是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备的框图。
图1D说明根据本发明的一个实施例的定位于安置于透明元件上的第一透明电极外的第二***透明电极的俯视图。
图1E说明根据本发明的一个实施例的依据如从中心透明电极的中心测量的半径变化的结光电压信号的图表。
图1F是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备的框图。
图1G说明根据本发明的一个实施例的脉冲照明信号、由脉冲信号激发的结光电压及经激发结光电压的导数的图表。
图2是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法的流程图。
图3A到3B是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法的流程图。
图4是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备的框图，所述装置经配置以经由透明电极的振动执行表面电势测量。
图5是说明根据本发明的一个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考附图中说明的所揭示的标的物。
大体上参考图1A到5，根据本发明描述用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的***及方法。本发明的实施例涉及适于测量半导体衬底的p-n结(例如异质结或同质结)的各种电响应特性的非接触式结光电压(JPV)技术。
贯穿本发明描述的非接触式测量技术提供p-n结的一或多个特性的精确测量及映射。本发明的非接触式测量技术提供p-n结的正向电压、饱和电流密度及理想因子的测量及映射。通过非限制性实例，贯穿本发明描述的技术可提供发光二极管(LED)的半导体结构(例如，MOCVD生长的半导体结构)、低能量植入及激光退火的超浅结、太阳能电池(例如，硅太阳能电池)及薄膜太阳能电池中的同质或异质p-n结的正向电压、饱和电流密度、理想因子及I-V曲线的监测。
本发明的实施例及技术尤其可用于在高光强度及高正向偏压条件下独立于横向JPV扩展而测量及映射产品晶片上的同质或异质p-n结的饱和电流密度及理想因子。可使用本发明的实施例及技术以在金属化之前且在不接触经测量装置的情况下测量外部量子效率(且因此光电流密度)。本发明的实施例及技术尤其可用于监测超浅结的毫秒退火条件，这是因为在高正向偏压下泄漏电流对末端损伤更敏感。
可使用在多个照明强度及/或一或多个光电流密度下获得的p-n结的一或多个经测量光电压的经测量量求得上述特性中的一或多者。此外，本发明通过映射出在多个照明强度及/或调制频率下获取的多个光电压及光电流而提供p-n结的一或多个I-V曲线的测量。通过非限制性实例，本发明的实施例及技术可用于在装置的制造及金属化之前测量LED及PV晶片或结构的非接触式正向电压I-V曲线。
本发明的一些实施例用于监测由大面积p-n结中的光载流子的横向漂移引起的横向JPV扩展。本文中应进一步注意，已实施高级二维结光电压理论技术以优化或至少改进贯穿本发明描述的各种特性的探针设计及测量。
如贯穿本发明描述，本发明的一些实施例用于使用一或多个透明电极测量一或多个结光电压信号，借此所述一或多个透明电极(及对应电路)可测量由经调制照明信号激发的稳态JPV信号，所述经调制照明信号具有足够低以引起JPV信号的稳态行为的频率。本发明的其它实施例可利用非接触式差分表面电势技术(例如，凯尔文(Kelvin)探针技术)测量稳态JPV信号。本发明的额外实施例可经由一或多个p-n结中的非稳态JPV信号的测量连同对应的p-n结电容值(例如，经测量值、经计算值或用户输入的值)而测量光电流密度，所述非稳态JPV信号可通过将所述经调制照明信号的调制频率增大到足够的电平而产生。
用于在低正向偏压条件下测量p-n结的薄层电阻及导电率的非接触式结光电压技术描述于2006年3月28日颁布的V.法菲尔(V.Faifer)等人的美国专利7,019,513中，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。此技术限于测量测试及校准晶片的给定照明区域的内部及的外部的结光电压。
少数特性的扩散长度的凯尔文探针测量描述于1997年9月2日颁布的拉格司基(Lagowski)等人的第5,663,657号美国专利中，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。用来测量近表面掺杂的凯尔文探针技术描述于1993年6月1日颁布的冯克(Verkuil)等人的第5,216,362号美国专利中，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。
图1A到1G说明根据本发明的一或多个实施例的用于测量一或多个p-n结的一或多个特性的***100。在一些实施方案中，由***100测量的一或多个特性包含以下至少一者：一或多个p-n结的光电流密度、正向电压、饱和电流密度、理想因子或一或多个I-V曲线。
现参考图1A，在一个实施例中，***100包含照明单元102、测量单元104以及通信地耦合到照明单元102及测量单元104的控制器106。在一个实施例中，控制器106经配置以引导照明单元102用具有一或多个所选择特性(例如，强度、调制频率等)的光照明包含p-n结103的半导体衬底。继而，控制器106可从测量单元104接收p-n结的电响应特性(例如JPV)的测量。此外，控制器106可基于所述经测量特性及贯穿本发明描述的各种关系式确定一或多个p-n结103的光电流密度、正向电压、饱和电流密度、理想因子及/或一或多个I-V曲线。
在一个实施例中，包含一或多个p-n结103的半导体衬底安置于夹盘105上。在另一实施例中，夹盘105包含导电夹盘(例如，金属夹盘)。在另一实施例中，夹盘105包含连接到地面的金属夹盘。本文中应注意，夹盘不限于导电或金属夹盘且仅仅出于说明性目的提供上文描述。例如，夹盘可包含非导电夹盘。在另一实施例中，本发明的一或多个校准信号可施加于衬底103的边沿(而非通过夹盘105，如本文中进一步描述)。
在一个实施例中，照明单元102用光104照明包含p-n结103的半导体衬底的区域。在另一实施例中，照明单元102用一或多个所选择强度的光照明p-n结103的表面。在另一实施例中，照明单元102用一或多个所选择调制频率的光照明p-n结103的表面。例如，照明源108可输出在所选择调制频率下调制的经调制光信号。例如，所述调制频率可对应于稳态条件或非稳态条件。通过另一实例，照明源108可输出脉冲式光信号。在另一实施例中，照明单元102用包含所选择波长或波长范围的光照明p-n结103的表面。
照明源108可包含所属领域中已知适于提供经调制光或脉冲式光的任何照明源。例如，照明单元102可包含例如但不限于发光二极管(LED)、多个LED、一或多个激光器、闪光灯或快门式灯等的照明源108。对于本发明的其余部分，在LED的背景下描述照明单元102的照明源108。本文中应注意，照明源108不限于LED且仅仅出于清楚目的提供此简化，且本文中预期照明源108可包含任何额外类型的光源(例如，激光器)。
在另一实施例中，照明单元102包含耦合到LED 108及控制器106的信号产生器110。就此而言，控制器106可引导信号产生器110驱动LED 108以产生所需照明输出。例如，信号产生器110可引起LED 108输出具有所选择调制频率的经调制光信号。例如，信号产生器110可引起LED 108输出具有足够低以引起p-n结103的经激发JPV信号的稳态条件的调制频率的经调制光信号。通过另一实例，信号产生器110可引起LED 108输出具有足够高以引起p-n结103的经激发JPV信号的非稳态条件的调制频率的经调制光信号。通过另一实例，信号产生器110可引起LED 108在所选择时间输出光脉冲(即，脉冲式光信号)。
在另一实施例中，测量单元104包含第一测量元件112，其用于测量p-n结103的经照明区域内的所选择区域的JPV信号。在一个实施例中，第一测量元件112包含第一透明电极114，其定位为接近p-n结103且经配置以将来自LED 108的光透射到p-n结103的表面。就此而言，第一透明电极114具有第一区域，其用于测量对应p-n结103的经照明区域101内的第一区域(即，第一电极114所对向的区域)的JPV。如本文中进一步额外详细描述，选择小于照明区域101的电极114的区域有助于限制结光电压的横向扩展对JPV信号的测量的影响。
在另一实施例中，第一透明电极114安置于透明元件120的表面上。就此而言，第一透明电极114可安置于透明元件120的面向p-n结103的表面上，如图1A中所示。在一个实施例中，第一透明电极114可安置于透明元件120的底面上。在另一实施例中，透明元件120可包含但不限于一或多个透明板120，如图1A中所示。例如，所述透明元件可包含但不限于玻璃板。本文中应注意，透明元件120的构造不限于玻璃板或单一板配置。而是，仅仅出于说明性目的提供上文提供的描述。本文中应注意，对由照明单元102发射的照明透明的任何材料适于在本发明的背景内实施。此外，透明元件120可包含多个透明板或适于紧固电极的替代结构。
在另一实施例中，额外透明电极122安置于透明元件120的与第一透明电极114相对的表面上。例如，如图1A中所示，额外透明电极122可安置于透明元件120的顶面上。本文中应认知，虽然本发明将额外透明电极122及第一透明电极114描述为安置于共同透明板上(如图1A中所示)，但是本文中应预期，电极114、122可以所属领域中已知的任何方式彼此空间上紧固及/或彼此电绝缘。例如，电极114及122可各自安置于单独的空间分离透明板(未展示)上。例如，第一透明板可用来紧固第一透明电极114，而定位于所述第一透明板上方的第二透明板可用来紧固额外透明电极122。
在另一实施例中，顶部电极122连接到接地以限制与LED 108相关联的电场对第一透明电极114的影响。在另一实施例中，顶部透明电极122耦合到接地屏蔽元件124。例如，所述接地屏蔽元件可包含但不限于环形接地屏蔽元件。本文中应注意，所述接地屏蔽元件不限于环形形状，且应进一步注意，接地屏蔽元件124可采取所属领域中已知的任何合适形状，例如但不限于圆形环、方形环、多边形环、椭圆形环等。应进一步注意，接地屏蔽元件124不限于图1A中描绘的平面配置，所述平面配置仅仅是出于说明性目的而提供。例如，接地屏蔽元件124可采取任何形状，例如但不限于管。
在另一实施例中，照明单元102可包含一或多个照明光学元件。在一个实施例中，照明单元102包含一或多个透镜107。在一个实施例中，透镜107使LED 108的输出与p-n结103的表面光学耦合。就此而言，来自LED 108的照明101可在照射于p-n结103表面上之前穿过透镜107、顶部透明电极122、透明板120及底部第一透明电极114，如图1A中所示。本文中应注意，***100可包含所属领域中已知适于收集、聚焦、引导及/或过滤由LED 108发射的照明的任何光学元件。
在另一实施例中，测量单元104的第一测量元件112包含经配置以在经测量信号传输到控制器106之前对其进行处理的一或多个信号处理元件。例如，测量单元104可包含但不限于用于放大来自电极114的信号的前置放大器116。在另一实施例中，测量单元104包含解调器及/或检测器118。此外，在放大、解调及/或检测之后，由控制器106的接口接收来自电极114的信号。在另一实施例中，***100包含经配置以检测及/或监测由LED108发射的照明的一或多个特性(例如，强度、调制频率等)的光检测器单元115。在一个实施例中，光检测器单元115包含光束分离器111。在另一实施例中，检测器单元115包含光检测元件109。例如，光检测元件109可包含但不限于一或多个光二极管109。在一个实施例中，光束分离器111可将来自LED 108的初始照明的部分引导到检测元件109。在另一实施例中，检测器单元115包含用于在检测来自LED 108的光之后处理检测元件109的输出的一或多个信号处理元件。例如，所述一或多个信号处理元件包含所属领域中已知的任何信号处理电路，例如但不限于一或多个放大器113。在另一实施例中，检测元件109的输出耦合到控制器106。就此而言，控制器106可监测照明单元102的性能。
在另一实施例中，***100包含通过开关126耦合到晶片夹盘105的信号产生器128。在另一实施例中，开关126耦合到接地。在另一实施例中，信号产生器128耦合到控制器106，借此控制器106可引导信号产生器128将所选择信号施加到夹盘105。如本文中进一步描述，可使用信号产生器128以通过开关126将AC信号施加到夹盘105以校准一或多个光电压信号。
在一个实施例中，第一电极114的第一区域经选择小于由LED 108照明的区域以限制结光电压的横向扩展对结光电压的测量的影响。例如，如图1B中所示，在圆形几何结构中，第一电极114的半径REL可小于玻璃板120及照明光束101(来自LED 108)的半径RB。本文中应注意，虽然在图1B中将与照明光束101相关联的半径及与玻璃板120相关联的半径描绘为在量值上相等，但是此非对本发明的限制且应解释为仅仅是说明性的。
本文中应注意，第一透明电极114的形状不限于如图1A到1B中描绘的圆盘形状。而是，第一透明电极114的形状应解释为仅仅的说明性的。本文中应注意，第一透明电极114可采取所属领域中已知的任何合适形状。例如，所述第一透明电极可采取圆盘形状、方形形状、矩形形状、椭圆形形状、多边形形状等。
现参考图1C，根据本发明的一或多个实施例描绘测量单元104的第二测量元件132。在一个实施例中，第二测量元件132包含第二透明电极134。在一个实施例中，第二透明电极134布置于第一透明电极114***。例如，第二透明电极134可环绕或包围第一透明电极114。就此而言，与第二透明电极134相关联的区域落于来自LED 108的照明区域101内，但在与第一透明电极114相关联的区域外部。
例如，第二透明电极可相对于第一透明电极114同心布置，如图1C及1D中所示。例如，第一电极114可具有圆盘形状，而第二电极134具有环绕中心第一电极114的圆环形状。
例如，如图1D中所示，在圆形几何结构中，第一电极114的半径REL可小于玻璃板120及照明光束101(来自LED 108)的半径RB。此外，内半径R1及外半径R2两者均经选择为大于第一透明电极114的半径，但小于玻璃板120及照明光束101(来自LED 108)的半径RB。
本文中应注意，本文中描述的圆盘/圆环描绘是非限制性的且仅仅出于说明性目的而提供。本文中应认知，第一电极114及第二电极134可采取所属领域中已知的任何形状(例如，互补形状)，其允许第二电极的区域落于与第一电极114相关联的区域外。
在一个实施例中，第二透明电极134可结合第一透明电极114监测与p-n结103的结光电压信号相关联的一维条件或特性。例如，在由二极管108发射的光的给定强度下，第一透明电极114可测量结光电压V1。此外，第一透明电极114可在校准之后利用夹盘信号测量结光电压V1，如本文中描述。此外，在相同光强度下，第二透明电极134可测量结光电压V11。此外，第二透明电极134也可在校准之后利用夹盘信号测量结光电压V11。就此而言，可通过比较V1与V11(例如，计算V1与V11之间的比率，计算V1与V11之间的差等)而监测给定结光电压的一维性质。本文中应进一步注意，可在各种强度、波长及调制频率下重复此程序。
在另一实施例中，测量单元104的第二测量元件132包含经配置以在经测量信号传输到控制器106之前对其进行处理的一或多个信号处理元件。例如，第二测量元件132(类似于第一测量单元112)可包含但不限于用于放大来自电极134的信号的前置放大器136。在另一实施例中，第二测量元件132包含解调器及/或检测器138。此外，在放大、解调及/或检测之后，由控制器106的接口接收来自电极134的信号。
图1E说明描绘依据相对于呈圆形几何结构的第一电极114的中心的半径(以cm为单位)测量的JPV信号(以V为单位)的图表140。如先前描述，可使用由半径REL界定的第一电极114以及由R1及R2限定的第二电极以监测依据R而变化的JPV信号的一维性质。如图1E的JPV曲线的区域142中所示，对于半径值小于近似1cm的R，电压相对恒定。本文中应进一步认知，在图1E的实例中JPV信号与第一电极114及第二电极134的比较将产生V1与V11的近1:1的比率，因为JPV信号下降144在第二电极134的外半径R2外可测量地发生。在于第二电极134的外半径R2内发生JPV下降的情况下，V1与V11的比率将指示此下降。本文中应注意，上文关于第一透明电极的大小及其它参数的描述是非限制性的且应解释为仅仅是说明性的。
现参考图1F，根据本发明的一或多个实施例描绘电连接p-n结103的p层及n层的导电垫146。在一个实施例中，导电垫146包含用于电连接p-n结103的p层及n层的软金属或导电弹性聚合物垫。本文中应注意，导电垫146可用于减小p层与n层之间的电阻，借此减小在脉冲照明具有高分流电阻的p-n结之后表面电势的恢复时间。
在另一实施例中，***100包含电极150(例如，金属或导电弹性聚合物电极)，所述电极150机械耦合到垂直台148且经配置以提供第一透明电极114附近的顶部p-n结层的接地。本文中应注意，此接地配置可协助增大***100的处理量。
图1G说明描绘根据本发明的一个实施例的脉冲式照明131及JPV信号130的图表129。如图1G中所示，入射于p-n结103上的脉冲照明信号的光的脉冲用于激发p-n结103中的JPV信号130。此外，由曲线133描绘按对数尺度的JPV信号，其中在低JPV值下的相关联衰减斜率可用于计算分流电阻。
在一个实施例中，***100可依据来自LED 108的光的强度测量p-n结103的稳态及一维条件JPV信号。在另一实施例中，***100可测量非稳态条件下的JPV信号。此外，基于p-n结103的稳态JPV信号测量、非稳态JPV信号及/或经获取电容值(例如，经独立测量或计算)，控制器106可确定与p-n结103相关联的一或多个电特性。经由上述测量确定的电特性可包含但不限于用p-n结的经测量第一光电压、经测量额外光电压或经确定光电流密度中的至少一者确定的p-n结的光电流密度、正向电压、p-n结的饱和电流密度或p-n结的理想因子。
在一个实施例中，通过在“开”周期期间利用足够低以实现JPV信号的完全饱和的光调制频率而实现所PV的稳态条件。在另一实施例中，通过利用脉冲式光而实现JPV的稳态条件。例如，可利用图1G的脉冲式光信号131以产生稳态JPV信号，例如信号130。本文中应注意，脉冲式照明可在p-n结103中存在高分流电阻及/或低泄漏且JPV具有相对长的衰减时间时尤其有用，如图1G的曲线130中所示。此条件集合可阻止p-n结103的JPV信号在经调制光信号的“关”周期期间恢复。本文中应注意，可通过测量以下两者之间的JPV电平的差获取精确电压测量：(i)低强度阶段(例如，全暗)与(ii)高强度阶段(例如，全亮)。本文中应进一步注意，在一维及稳态条件下，可通过以下方程式确定结光电压V：
JL＝I0·[exp(q·V/nkT)-1]+V/RSH (1)
其中JL是光电流密度，q是电子的电荷，k是波兹曼(Boltzman)常数，T是温度，RSH是p-n结的分流电阻，n是p-n结的理想因子且I0是p-n结的饱和电流密度。
此外，在低照明强度下，对于其中V<kT/q的情况，根据以下方程式简化上述关系式：
其中通过以下方程式给出p-n结的导电率GPN：
本文中应认知，测量p-n结的导电率尤其可用于确定具有高位错浓度的结构(例如但不限于氮化镓(GaN)LED或多晶结构)中的分流电阻。
在稳态及一维条件下，当利用低频调制照明或脉冲照明且V>>kT/q时，可通过以下方程式确定结光电压：
已表明p-n结的横向电流的局部激发将导致给定照明区域内JPV的扩展及JPV的变更。此关系见于V.法菲尔(V.Faifer)等人，1994年爱丁堡第24次欧洲固态元件会议会议录(Proceedings of 24th ESSDERC 1994)，第601页(1994年)；及V.N.法菲尔(V.N.Faifer)等人，应用物理快报(Appl.Phys.Let.)，89,151123(2006年)，其全文各自以引用的方式并入本文中。考虑到二极管电路，可将在光学激发下的稳态JPV分布v(x,y)描述为：
其中v(x,y)表示依据x,y位置而变化的结光电压，JL(x,y)表示依据x,y位置而变的光电流密度，且RS是p-n结构的上层的薄层电阻。例如，利用上述方程式(1)，依据如从照明光束101的中心测量的“r”而变化的对应结光电压曲线对应于图1E中的曲线144，其中例如RB＝3cm，RS＝30Ohm/sq且JL＝30mA/cm2。
在图1E中描绘的实例中，其中v(R)＝V(对于半径R<1cm)，JPV对应于一维条件下对于第一电极114及***第二电极134两者的上述方程式(4)。
此外，在其中REL及R2两者均小于1cm的实例中(如图1E中的实例中)，可使用以下关系式计算由第一电极114捕捉的光电压信号V1及由电极134捕捉的光电压信号V2：
其中C、C1、C2、C22是常数，其可取决于电极114、134与p-n结103之间的电介质间隙(例如，气隙)、前置放大器116及136的放大增益及其它参数。在一个实施例中，可凭借通过电开关126将AC信号V0从经校准信号产生器128施加于夹盘125而确定常数C及C22。在另一实施例中，电开关126可电耦合到边沿接触垫146，从而允许AC信号直接施加到半导体衬底103的n层。此外，可通过测量通过电极114、放大器116及/或解调器118检测的电压、输出信号VOUT1及公式C＝VOUT1/V0而确定常数C。此外，可通过测量通过电极134、放大器136及/或解调器138检测的电压、输出信号VOUT2及公式C22＝VOUT2/V0而确定常数C22。
在另一实施例中，可在稳态及一维条件下使用在两个不同强度Φ1及Φ2以及光电流密度JL1及JL2下获得的来自电极114的光电压信号V1及V2而确定饱和电流密度I0及理想因子n。例如，以下关系式使饱和电流密度及理想因子与光电压信号、强度及光电流密度相关：
本文中应注意，在确定光电流密度时，可选择光104的波长使得其在最大收集效率的范围中，其中JL＝QE*q(1-R)Φ，其中R表示反射率且QE表示量子效率。如此，可使用具连接到具类似反射率的p结及n结的电极的校准p-n结且在波长范围中的最大收集效率下测量JL1，其中JL1＝QE*q(1-R)Φ1。
在另一实施例中，通过在导致经测量JPV信号的非稳态条件的光调制频率下测量结光电压而确定光电流密度。就此而言，控制器106可致使信号产生器110将光调制频率增大到实现JPV信号的非稳态条件必需的电平。本文中应注意，高频光电压信号Vhf可与照明强度成比例且与光的光调制频率成反比。如此，p-n结的电容Cpn可通过以下方程式而与高频光电压相关：
如此，光电流密度可重写为：
JL＝2πfCpnVhf (11)
本文中应注意，可测量或计算p-n结的电容Cpn。在其中作用层i安置于所述结构的p层与n层之间的p-i-n结构(例如，GaN LED结构)的情况下，可通过以下方程式计算所述结构的电容：
其中d是i作用层的厚度，εS是所述作用层的电介质常数且ε0是自由空间的电容率。
在另一实施例中，可使用光电流密度JL的测量及以下关系式确定p-n结103的电容Cpn：
例如，可使用***100的光电流密度探针(未展示)测量(但不需要测量)光电流密度JL。在一个实施例中，***100的光电流密度探针可包含到照明区域101内的p-n结103的顶层的一或多个接触件。此外，p-n结103的底层可连接到所述光电流密度探针的电流计(未展示)。在另一实施例中，所述光电流密度探针可包含提供到照明区域内的p-n结的顶面的电接触件的透明电极。
此外，可由***100经由电容探针(未展示)直接测量Cpn的值。此外，利用先前描述的方程式，控制器106可使用以下关系式确定饱和电流密度：
在另一实施例中，利用JPV信号的导数确定光电流密度。例如，可分析瞬时响应的前沿处的JPV信号的导数。例如，可通过分析瞬时响应的前沿处的JPV信号的导数而确定光电流密度，例如由光脉冲131激发的JPV响应130中所示。就此而言，以下关系式使光电流密度与在第一强度下测量的JPV信号(V1)的导数相关：
在另一实施例中，控制器106可利用用于确定光电流密度的先前描述的方法中的任一者产生一或多个I-V曲线。在一个实施例中，可通过在不同强度及调制频率下测量JPV信号而描绘出一或多个I-V曲线。在另一实施例中，可通过分析对来自LED 108的斜坡或三角形脉冲光脉冲的瞬时JPV响应而描绘出一或多个I-V曲线。本文中应注意，在获取给定光电流密度值之后，可容易地利用适用区域将所述经获取光电流密度值转换成光电流值。
本文中应注意，***100不限于如先前描述那样使用上文提供的方程式及关系式计算p-n结103的各种特性。本发明中提供的各种方程式及关系式是仅仅出于说明性目的而提供且不应解释为对本发明的限制。本文中应认知，各种关系式可被控制器106用来使本发明的范围及精神内的先前描述的量中的两者或两者以上相关。
图2说明描绘根据本发明的一或多个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法200的流程图。本文中应认知，可由***100的组件及实施例中的一或多者实施方法200的步骤中的一或多者。然而，应注意，方法200不限于***100的结构限制。
步骤202用第一强度的光照明p-n结的表面的区域。在一个实施例中，第一强度Φ1的光具有足以建立p-n结103的结光电压信号的稳态条件的一或多个时变特性。例如，第一强度Φ1的光具有足够低以建立p-n结103的结光电压的稳态条件的调制频率f。就此而言，在激发光信号的“开”阶段期间，可由控制器106(或用户)调整所述调制频率直到达到JPV信号的饱和为止。通过另一实例，第一强度Φ1的光可包含具有足以建立p-n结的结光电压的稳态条件的强度分布的脉冲式光。在另一实施例中，照明区域101可等于玻璃板120的区域。在另一实施例中，由LED 108发射的第一强度Φ1的光透射穿过玻璃板120及第一透明电极114且接着照射在p-n结103的前表面上。在一个实施例中，可选择第一强度的光的光谱范围使得其对应p-n结中高于所选择阈值的量子效率(例如，处于或接近最大量子效率)。在一个实施例中，可选择第一强度的光的光谱范围使得其与显示给定p-n结103的最大光谱效率的光谱范围重叠。
步骤204用第一透明电极114测量来自照明区域内的p-n结103的第一结光电压V1。在另一实施例中，用测量单元104的第一测量元件112的第一透明电极114及前置放大器116及解调器/检测器118测量第一结光电压V1。
步骤206用额外强度(例如，第二光强度)的光照明p-n结的表面区域。在一个实施例中，额外强度Φ2的光具有足以建立p-n结103的结光电压信号的稳态条件的一或多个时变特性。例如，额外强度Φ2的光可具有足够低以建立p-n结103的结光电压的稳态条件的调制频率f。再者，在激发光信号的“开”阶段期间，可由控制器106(或用户)调整所述调制频率直到达到JPV信号的饱和为止。通过另一实例，额外强度Φ2的光可包含具有足以建立p-n结103的结光电压的稳态条件的强度分布的脉冲式光。在另一实施例中，照明区域101可等于玻璃板120的区域。在另一实施例中，由LED 108发射的额外强度Φ2的光透射穿过玻璃板120及第一透明电极114且接着照射在p-n结103的前表面上。
步骤208用第一透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结103的额外光电压V2(例如，第二光电压)。在另一实施例中，用测量单元104的第一测量元件112的第一透明电极114及前置放大器116及解调器/检测器118测量额外结光电压V2。本文中应注意，可替代地利用呈凯尔文探针配置的振动电极测量稳态光电压V1及V2。本文中进一步额外详细地描述此配置。
步骤210确定p-n结103的光电流密度。本文中应注意，可以贯穿本发明描述的任何方式确定步骤210的光电流密度。
在一个实施例中，通过比较以下两者而确定第一强度Φ1下p-n结103的光电流密度：用透明电极114获取的初始光电流密度与经由一或多个接触式电极从用大体上类似于第一强度的光的光照明的校准p-n结获取的校准光电流密度，如先前描述。
在另一实施例中，通过首先在足以实现p-n结的结光电压的非稳态条件的调制频率fhf下用第一强度的光照明p-n结的表面的区域而确定第一强度Φ1下p-n结103的光电流密度。就此而言，控制器106可引导信号产生器110将所述调制频率增大到频率fhf，其中对应JPV信号与fhf成反比。接着，第一透明电极114可用第一透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结103的高频结光电压Vhf。此外，控制器106可获取p-n结103的电容Cpn。例如，***100可包含适于测量p-n结103的电容的一或多个电路元件。通过另一实例，可计算或估计p-n结103的电容(例如，参见前文方程式12)。此外，可使用p-n结103的高频结电压Vhf、p-n结103的电容Cpn及调制频率fhf确定在足以实现非稳态条件的调制频率下p-n结103的光电流密度，如前文所示。
在另一实施例中，通过分析第一结电压V1瞬时响应的前沿处的第一结光电压V1的导数而确定p-n结103的光电流密度，如先前描述。
步骤212用p-n结103的经测量第一光电压V1、经测量额外光电压V2或光电流密度确定正向电压、饱和电流密度I0或理想因子n。例如，控制器106可使用p-n结103的经测量第一光电压V1、经测量额外光电压V2或光电流密度连同先前描述的各种关系式(或其等效关系式)确定正向电压、饱和电流密度I0或理想因子n。
步骤214产生一或多个I-V曲线。在一个实施例中，可通过在多个照明强度及/或调制频率下获取结光电压及对应光电流密度而产生一或多个I-V曲线。就此而言，可重复步骤202到212以建立与给定p-n结103相关联的一或多个I-V曲线。例如，控制器106可利用先前描述的方程式(11)(或类似关系式)以通过在多个照明强度及/或频率下获取多个光电压及对应光电流而构造一或多个I-V曲线。
图3A说明描绘根据本发明的一或多个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法300的流程图。本文中应注意，除非另有说明，否则先前描述的各种组件、步骤及实施例应解释为扩展到用于方法300。
步骤302用第一强度Φ1的光照明p-n结的表面的照明区域。在一个实施例中，第一强度Φ1的光具有足以建立p-n结103的结光电压信号的稳态条件的一或多个时变特性，如先前描述。步骤304用第一透明电极114测量来自照明区域内的p-n结103的第一结光电压V1，如先前描述。步骤306用额外强度Φ2的光照明p-n结103的表面的照明区域，如先前描述。步骤308用第一透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结103的额外光电压V2(例如，第二光电压)，如先前描述。
步骤310监测第一结光电压V1及/或额外结电压V2的一维特性。在一个实施例中，用第二透明电极134监测第一结光电压V1及/或额外结电压V2的一维特性，第二透明电极134定位于照明区域101内且具有在第一透明电极114的第一区域外部的第二区域。就此而言，第二透明电极134可结合第一透明电极114监测与p-n结103的结光电压信号相关联的一维条件或特性。就此而言，在由二极管108发射的光的给定强度ΦN下，第一透明电极114可测量结光电压VN。此外，在相同光强度ΦN下，第二透明电极134可测量结光电压VNN。就此而言，可通过比较VN与VNN(例如，计算VN与VNN之间的比率，计算VN与VNN之间的差等)而监测给定结光电压的一维性质。就此而言，可将VNN信号视作由第N强度ΦN的照明激发的第一JPV信号VN的横向延伸部分。
在一个实施例中，通过用第二透明电极134测量来自用第一强度Φ1的光照明的照明区域101内的p-n结103的部分的结光电压V11而监测第一结光电压V1的一维特性或条件。接着，可比较(在强度Φ1下用第二电极134测量的)结光电压V11与(在强度Φ1下用第一电极114测量的)第一结光电压V1。就此而言，可通过比较V1与V11而监测第一结光电压的一维性质。例如，控制器106可计算V1与V11之间的比率，计算V1与V11之间的差等。就此而言，可将V11信号视作由第一强度Φ1的照明激发的第一JPV信号V1的横向延伸部分。
在另一实施例中，通过用第二透明电极134测量来自用额外强度Φ2的光照明的照明区域101内的p-n结103的部分的结光电压V22而监测额外结光电压V2的一维特性或条件。接着，可比较(在强度Φ2下用第二电极134测量的)结光电压V22与(在强度Φ2下用第一电极114测量的)额外结光电压V2。就此而言，可通过比较V2与V22而监测额外结光电压的一维性质。例如，控制器106可计算V2与V22之间的比率，计算V2与V22之间的差等。就此而言，可将V22信号视作由第二强度Φ2的照明激发的第二JPV信号V2的横向延伸部分。
本文中应进一步注意，可在各种强度、波长及调制频率下重复此程序。应进一步注意，参考步骤310描述的子步骤不限于方法300的额外步骤且可独立于方法300的额外步骤实施，从而允许***100在任何背景下监测JPV信号的一维性质。
步骤312确定p-n结的光电流密度。本文中应注意，可以贯穿本发明描述的任何方式完成确定p-n结103的光电流密度的步骤312。
例如，如图3B中所示，确定p-n结103的光电流密度的步骤312包含子步骤312a到312d。子步骤312a在足以实现p-n结103的结光电压信号的非稳态条件的调制频率fhf下用第一强度Φ1的光照明p-n结103的表面的照明区域101。例如，如先前描述，照明单元102在足以实现p-n结103的结光电压的非稳态条件的调制频率fhf下用第一强度Φ1的光照明p-n结103的表面区域。就此而言，控制器106可引导信号产生器110将所述调制频率增大到频率fhf，其中对应JPV信号与fhf成反比。
子步骤312b用第一透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结103的高频结光电压Vhf。例如，第一透明电极114及对应信号处理电路(例如，前置放大器116及/或解调器/检测器118)可测量来自照明区域101内的p-n结103的高频结光电压Vhf。
子步骤312c获取p-n结的电容。在一个实施例中，控制器106可获取p-n结103的电容Cpn。例如，***100可包含适于测量p-n结103的电容的一或多个电路元件。例如，这些电路元件可包含用来测量与p-n结的p-n界面相关联的电容的独立电容探针。通过另一实例，可由控制器106计算或估计p-n结103的电容(例如，参见前文方程式12)。通过另一实例，控制器106可从用户或从附加测量工具或***接收p-n结的电容值。
子步骤312d用p-n结103的高频结电压Vhf、p-n结103的电容Cpn及调制频率fhf确定p-n结103的光电流密度。例如，控制器106可基于p-n结103的高频结电压Vhf、p-n结103的电容Cpn及调制频率fhf的经测量或经获取值以及先前描述的方程式(11)计算一或多个光电流密度值。
在另一实施例中，可通过比较以下两者而确定第一强度Φ1下p-n结103的光电流密度：用透明电极114获取的初始光电流密度与经由一或多个接触式电极从用大体上类似于第一强度的光的光照明的校准p-n结获取的校准光电流密度，如先前描述。
在另一实施例中，可通过分析第一结电压V1瞬时响应的前沿处的第一结光电压V1的导数而确定p-n结103的光电流密度，如先前描述。
步骤314用p-n结103的经测量第一光电压V1、经测量额外光电压V2或光电流密度确定正向电压、饱和电流密度I0或理想因子n。例如，控制器106可使用p-n结103的经测量第一光电压V1、经测量额外光电压V2或光电流密度连同先前描述的各种关系式(或其等效关系式)确定正向电压、饱和电流密度I0或理想因子n。
步骤316产生一或多个I-V曲线。在一个实施例中，通过在多个照明强度及/或调制频率下获取结光电压及对应光电流产生一或多个I-V曲线。就此而言，可重复步骤302到314以建立与给定p-n结103相关联的一或多个I-V曲线。例如，控制器106可利用先前描述的方程式(11)(或类似关系式)以通过在多个照明强度Φ1到ΦN及/或调制频率f1到fN下获取多个光电压V1到VN及对应光电流密度J1到JN而构造一或多个I-V曲线。
现参考图4，根据本发明的一或多个实施例描绘***100的凯尔文探针单元402。本文中应注意，除非另有说明，否则先前描述的各个组件、步骤及实施例应解释为扩展到用于图4中的***100的实施例。本文中应注意，可利用图4的凯尔文探针配置以基于通过在暗及稳态照明条件下测量接触式电势差(CPD)进行的差分表面电势测量而测量稳态结光电压。就此而言，可计算p-n结103的正向电压。本文中应注意，出于此描述的目的，正向电压等效于或近似等效于第一结电压V1或额外结电压V2，其可写为：
其中及分别表示在第一光强度Φ1及额外光强度Φ2下获得的CPD且CPDdark表示在暗或近暗照明条件下获得的CPD。
在一个实施例中，探针单元402包含振动元件404(例如，振动器)及耦合元件406(例如，杆)。在一个实施例中，透明元件120(例如，一或多个玻璃板)机械地耦合到耦合元件406，从而允许振动元件404机械地驱动透明元件120的运动且因此第一电极114及/或第二电极134的运动。在另一实施例中，振动元件404通信地耦合到控制器106。就此而言，控制器106可引导振动元件404在所选择振幅及/或频率下驱动玻璃元件120及电极114及/或134的机械运动。本文中应注意，虽然图4描绘只具第一电极114而没有外部第二电极134的***100，但此不应解释为对本文中描述的凯尔文探针技术的实施的限制。本文中应注意，凯尔文探针单元402可经配置以结合单一电极114或结合第一透明电极114及第二透明外电极134操作。
通常在透明电极的背景下利用的凯尔文探针技术大体上描述于1993年6月1日颁布的冯克(Verkuil)的第5,216,362号美国专利中，所述专利的全文在上文以引用的方式并入。
在一个实施例中，振动电极114可通过确定在暗照明及第一强度Φ1的照明两者下p-n结103的CPD而测量来自照明区域101内的p-n结103的部分的第一结光电压V1。在一个实施例中，控制器106可确定在暗条件(即，零或近零照明)下测量的第一表面电势与在来自LED 108的第一强度Φ1的光下测量的额外表面电势之间的差。例如，***100可建立暗照明条件(例如，零或近零照明)。接着，振动电极114(及测量单元104的其余部分)可在暗照明条件下测量p-n结103的表面电势。此外，照明单元102可用第一强度Φ1的光照明p-n结103。继而，振动电极114(及测量单元104的其余部分)可用照射于p-n结103上的第一强度Φ1的光测量p-n结103的表面电势。此外，控制器106(例如，控制器106的一或多个处理器)可计算第一光强度下的表面电势与暗照明条件下的表面电势之间的差以求得第一光电压V1(等效于正向电压)。
在另一实施例中，振动电极114可通过确定暗照明及额外强度Φ2的照明下p-n结103的CPD而测量来自照明区域101内的p-n结103的部分的额外光电压V2。在一个实施例中，控制器106可计算暗条件(即，零或近零照明)下测量的第一表面电势与在来自LED 108的额外强度Φ2的光下测量的额外表面电势之间的差。例如，***100可建立暗照明条件。接着，振动电极114(及测量单元104的其余部分)可在暗照明条件下测量p-n结103的表面电势(或重新使用上文描述的暗照明条件的结果)。此外，照明单元102可用额外强度Φ2的光照明p-n结。继而，振动电极114(及测量单元104的其余部分)可用照射于p-n结103上的额外强度Φ2的光测量p-n结103的表面电势。此外，控制器106(例如，控制器106的一或多个处理器)可计算额外光强度下的表面电势与暗照明条件下的表面电势之间的差以求得额外光电压V2(等效于正向电压)。
在另一实施例中，可经由第二振动透明电极134监测第一结光电压V1或额外光电压V2的一维条件或特性。就此而言，可经由上文描述的表面电势差分技术确定结光电压V11及/或V22。继而，可比较用第二振动透明电极134获取的结光电压V11及/或V22与用第一振动透明电极114获取的JPV信号V1及V2(例如，计算比率，计算差等)，以分别监测JPV信号的一维性质。本文中应注意，V1/V11与/或V2/V22之间的比较类似于先前描述的比较。
可依贯穿本发明描述的任何方式测量光电流密度JL。例如，可利用校准p-n结技术或非稳态JPV测量技术测量光电流密度JL，贯穿本发明描述所述技术中的每一者。
在另一实施例中，可利用用振动电极114测量的JPV信号的导数确定光电流密度JL。例如，可分析瞬时响应的前沿处的JPV信号的导数。就此而言，可分析通过凯尔文探针技术测量且通过光脉冲激发的JPV响应。例如，可使用在第一强度下测量的JPV信号(V1)的导数以按与前文参考方程式(15)描述的方式大致相同的方式计算光电流密度JL。
图5说明描绘根据本发明的一或多个实施例的用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法500的流程图。本文中应注意，除非另有说明，否则先前描述的各种组件、步骤及实施例应解释为扩展到用于方法500。本文中应注意，可利用图4的凯尔文探针配置实行方法500，但方法500不限于图4中描绘的结构限制。
步骤502用第一强度Φ1的光照明p-n结的表面的照明区域，所述第一强度Φ1的光具有足以建立p-n结103的结光电压信号的稳态条件的一或多个时变特性，如先前描述。
步骤504用第一振动透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结103的一部分的第一结光电压V1。在一个实施例中，用第一振动透明电极114通过确定以下两者之间的差而测量第一结光电压V1：在暗照明条件(例如，零照明或近零照明)期间测量的第一表面电势与在第一强度Φ1的光照明期间于稳态条件中测量的额外表面。在一个实施例中，振动电极114可通过确定在暗照明及第一强度Φ1的照明两者下p-n结103的CPD而测量来自照明区域101内的p-n结103的部分的第一结光电压V1。例如，控制器106可确定暗条件下测量的第一表面电势与第一强度Φ1下测量的额外表面电势之间的差。就此而言，控制器106(例如，控制器106的一或多个处理器)可计算第一光强度Φ1下的表面电势与暗照明条件下的表面电势之间的差以求得第一光电压V1。
步骤506用额外强度Φ2的光照明p-n结的表面的照明区域，所述额外强度Φ2的光具有足以建立p-n结103的结光电压信号的稳态条件的一或多个时变特性，如先前描述。
步骤508用第一振动透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结103的一部分的额外结光电压V2。在一个实施例中，用第一振动透明电极114通过确定以下两者之间的差而测量额外结光电压V1：在暗照明条件(例如，零照明或近零照明)期间测量的第一表面电势与在额外强度Φ2的光照明期间于稳态条件中测量的额外表面电势。在一个实施例中，振动电极114可通过确定在暗照明及额外强度Φ2的照明两者下p-n结103的CPD而测量来自照明区域101内的p-n结103的部分的额外结光电压V2。例如，控制器106可确定暗条件下测量的第一表面电势与额外强度Φ2下测量的额外表面电势之间的差。就此而言，控制器106可计算额外光强度Φ2下的表面电势与暗照明条件下的表面电势之间的差以求得额外光电压V2。
步骤510确定第一强度(或额外强度)下p-n结103的光电流密度。本文中应注意，可按贯穿本发明描述的任何方式完成确定p-n结103的光电流密度的步骤510。例如，方法500可在足以实现p-n结103的结光电压信号的非稳态条件的调制频率fhf下用第一强度Φ1的光照明p-n结103的表面的照明区域101。就此而言，控制器106可引导信号产生器110将所述调制频率增大到频率fhf，其中对应JPV信号与fhf成反比。在另一实施例中，方法500包含使用第一振动透明电极114测量来自照明区域101内的p-n结的部分的高频结光电压Vhf。例如，第一振动透明电极114及对应信号处理电路(例如，前置放大器116及/或解调器/检测器118)可测量来自照明区域101内的p-n结103的高频结光电压Vhf。在另一实施例中，方法500包含获取p-n结103的电容。例如，可按贯穿本发明描述的任何方式(例如但不限于独立测量、计算或用户输入)获取p-n结103的电容Cpn。
在另一实施例中，方法500包含通过用第一振动电极114获得的高频结电压Vhf、p-n结103的电容Cpn及调制频率fhf确定p-n结103的光电流密度。例如，控制器106可基于p-n结103的高频结电压Vhf、p-n结103的电容Cpn及调制频率fhf的经测量或经获取值以及先前描述的方程式(11)计算一或多个光电流密度值。
在另一实施例中，可通过比较以下两者而确定第一强度Φ1下p-n结103的光电流密度：用透明电极114获取的初始光电流密度与经由一或多个接触式电极从用大体上类似于第一强度的光的光照明的校准p-n结获取的校准光电流密度，如先前描述。
步骤512用p-n结103的经测量第一光电压V1、经测量额外光电压V2或光电流密度确定正向电压、饱和电流密度I0或理想因子n。例如，控制器106可使用p-n结103的经测量第一光电压V1、经测量额外光电压V2或光电流密度连同先前描述的各种关系式(或其等效关系式)确定正向电压、饱和电流密度I0或理想因子n。
步骤514产生一或多个I-V曲线。在一个实施例中，可通过在多个照明强度及/或调制频率下获取结光电压及对应光电流密度产生一或多个I-V曲线。就此而言，可重复步骤502到512以建立与给定p-n结103相关联的一或多个I-V曲线。例如，控制器106可利用先前描述的方程式(11)(或类似关系式)以通过在多个照明强度Φ1到ΦN及/或调制频率f1到fN下获取多个光电压V1到VN及对应光电流密度J1到JN而构造一或多个I-V曲线。
在另一实施例中，方法500可用定位于照明区域101内的第二振动透明电极134监测第一结光电压V1及/或额外结电压V2的一维特性，如先前描述。就此而言，第二振动透明电极134可结合第一振动透明电极114监测与p-n结103的结光电压信号相关联的一维条件或特性。就此而言，在给定强度ΦN下，第一振动透明电极114可测量结光电压VN。此外，在相同光强度ΦN下，第二振动透明电极134可测量结光电压VNN。就此而言，可通过比较VN与VNN(例如，计算VN与VNN之间的比率，计算VN与VNN之间的差等)而监测给定结光电压的一维性质。如前文所述，VNN信号被视为由第N强度ΦN的照明激发的第一JPV信号VN的横向延伸部分。
应进一步认知，控制器106可执行贯穿本发明描述的各种方法中的任一者的一或多个步骤。就此而言，所揭示方法可实施为程序指令集。此外，应了解，所揭示方法中的步骤的特定次序或层次是示范性方法的实例。基于设计偏好，应了解，可重新布置所述方法中的步骤的特定次序或层次同时保持在本发明的范围及精神内。所附方法权利要求书按样本次序呈现各个步骤的要素，且不一定意指限于所呈现的特定次序或层次。
在一个实施例中，控制器106包含一或多个处理器及存储器(例如，非暂时性存储器)。控制器106的一或多个处理器可包含所属领域中已知的任一或多个处理元件。大体上，术语“处理器”可经广义定义以涵盖具有一或多个处理元件的任何装置，其执行来自非暂时性存储器媒体的程序指令。一或多个处理器可包含经配置以执行软件算法及/或程序指令的任何微处理器型装置。在一个实施例中，一或多个处理器可包含台式计算机、主计算机***、工作站、图像计算机、并行处理器或经配置以执行经配置以操作***100的程序指令集的其它计算机***(例如，网络计算机)中的任一者，如贯穿本发明描述。应认知，可由单一控制器或替代地由多个处理器实行贯穿本发明描述的步骤。存储器可包含所属领域中已知适于存储可由控制器106的相关联的一或多个处理器执行的程序指令的任何存储媒体。例如，存储器可包含但不限于只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如，磁盘)、磁带、固态磁盘驱动器等。在另一实施例中，本文中应注意，存储器经配置以存储来自***100的各个子***中的一或多者的一或多个结果。在另一实施例中，存储器可相对于处理器及控制器106的物理位置而远程定位。例如，控制器106的一或多个处理器可存取可通过网络(例如，因特网、内联网等)存取的远程存储器(例如，服务器)。
本文中描述的所有方法可包含将方法实施例的一或多个步骤的结果存储于存储媒体中。所述结果可包括本文中描述的结果中的任一者且可按所属领域中已知的任何方式存储。所述存储媒体可包含本文中描述的任何存储媒体或所属领域中已知的任何其它合适存储媒体。在已存储所述结果之后，所述结果可在所述存储媒体中存取且可供本文中描述的方法或***实施例中的任一者使用、经格式化以对用户显示、供另一软件模块、方法或***等使用。此外，所述结果可“永久性地”、“半永久性地”、暂时地存储或存储某一段时间。例如，所述存储媒体可为随机存取存储器(RAM)，且所述结果未必无限期地存留于所述存储媒体中。
应进一步预期，上文描述的方法的实施例中的每一者可包含本文中描述的任何其它方法的任何其它步骤。此外，可由本文中描述的***中的任一者执行上文描述的方法的实施例中的每一者。
所属领域技术人员将明白存在可通过其实现本文中描述的过程及/或***及/或其它技术的各种工具(例如，硬件、软件及/或固件)，且优选工具将随部署过程及/或***及/或其它技术的背景而变化。例如，如果实施者确定速度及精度最为重要，那么所述实施者可选择以硬件及/或固件为主的工具；替代地，如果灵活性最为重要，那么所述实施者可选择以软件为主的实施方案；再或者，所述实施者可选择硬件、软件及/或固件的某个组合。因此，存在可通过其实现本文中描述的过程及/或装置及/或其它技术的若干可能工具，所述工具中的任一者本质上不优于其它工具，因为将使用的任何工具是取决于将部署所述工具的背景及所述实施者的考虑因素(例如，速度、灵活性或可预测性)的选择，所述背景及考虑因素中的任一者可能变化。所属领域技术人员将认知，实施方案的光学方面通常将采用光学定向的硬件、软件及/或固件。
据信，通过先前描述将了解本发明及其许多伴随优点，且显而易见的，在不违背所揭示标的物或在不舍弃其所有材料优点的情况下，可对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述形式仅仅是解释性的，且所附权利要求书的意图为涵盖及包含此类变化。此外，应了解本发明由所附权利要求书定义。

Claims (46)

1.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的设备，其包括：
照明单元，其用于用一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的光照明p-n结的表面；
测量单元，其包含至少第一测量元件，所述第一测量元件包含第一透明电极，所述第一透明电极定位为接近于所述p-n结且经配置以将来自所述照明单元的光透射到所述p-n结的所述表面，其中所述第一透明电极具有第一区域，所述第一区域用于测量与经照明区域内的所述第一区域对应的所述p-n结的结光电压，其中所述第一透明电极的所述第一区域小于由照明单元照明的区域以限制所述结光电压的横向扩展对所述结光电压的所述测量的影响；及
控制器，其通信地耦合到至少所述测量单元及所述照明单元，所述控制器经配置以：
控制来自所述照明单元的所述光的光强度或频率中的至少一者；
从所述测量单元接收在所述一或多个所选择强度及所述一或多个所选择频率下进行的所述结光电压的一或多次测量；及
用从所述测量单元接收的所述结光电压的所述一或多次测量确定以下至少一者：所述p-n结的光电流密度、所述p-n结的正向电压、所述p-n结的饱和电流密度、所述p-n结的理想因子或所述p-n结的一或多个I-V曲线。
2.根据权利要求1所述的设备，其中一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的所述光包含：
在足以建立所述结光电压内的稳态的调制频率下调制的经调制光中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的设备，其中一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的所述光包含：
所选择量值及脉冲持续时间的脉冲式光。
4.根据权利要求1所述的设备，其中一或多个所选择强度及一或多个所选择频率的所述光包含：
在足以建立所述结光电压内的非稳态的调制频率下调制的经调制光中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述控制器进一步经配置以：
使用所述调制频率、所述p-n结的经测量高频结光电压及所述p-n结的电容确定光电流密度。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述测量单元进一步包含：
第二测量元件，其包含具有第二区域的第二电极，所述第二电极定位于照明区域内及所述第一透明电极的所述第一区域外。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第二电极及所述第一透明电极经配置以监测所述结光电压的一维条件。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述测量单元的所述第一测量元件或所述第二测量元件中的至少一者进一步包含：
一或多个信号处理元件。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述一或多个信号处理元件包括：
至少一个前置放大器、解调器或检测器。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述p-n结包括：
基于同质结的p-n结及基于异质结的p-n结中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
接地顶部透明电极，其经配置以至少屏蔽所述第一透明电极。
12.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
透明元件，其经配置以至少紧固所述第一透明电极及定位于所述第一透明电极外的第二透明电极。
13.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括：
振动元件，其耦合到所述透明元件，其中所述振动元件经配置以机械地驱动至少所述第一透明电极的运动。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述控制器经配置以通过计算以下两者之间的差而测量一或多个结光电压值：在暗照明条件期间用所述第一透明电极测量的第一表面电势与在第一强度的光照明期间于稳态条件中用所述第一透明电极测量的额外表面电势。
15.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法，其包括：
用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述第一强度的所述光的调制足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的透明电极测量来自由所述第一强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的第一结光电压，其中所述透明电极的第一区域小于所述照明区域以限制所述结光电压的横向扩展对所述结光电压的所述测量的影响；
用不同于所述第一强度的所述光的额外强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述照明区域，其中所述额外强度的所述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用所述透明电极测量来自由所述额外强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的所述一部分的额外光电压；及
用所述结光电压或者所述额外光电压中的至少一者确定以下中的至少一者：所述p-n结的光电流密度、所述p-n结的正向电压、所述p-n结的饱和电流密度、所述p-n结的理想因子或所述p-n结的一或多个I-V曲线。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者包括：
强度经调制的光，其具有足够低以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的调制频率。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者包括：
脉冲式光，其具有足以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的强度分布。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述p-n结的所述表面包括：
所述p-n结的前表面。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述p-n结包括：
基于同质结的p-n结及基于异质结的p-n结中的至少一者。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者具有光谱范围，其包含对应于所述p-n结中高于所选择阈值的量子效率的波长或波长范围。
21.根据权利要求15所述的方法，其中通过比较以下两者而确定所述p-n结的所述光电流密度：用所述透明电极获取的初始光电流密度与经由一或多个接触式电极从用大体上类似于所述第一强度的所述光的光照明的校准p-n结获取的校准光电流密度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述p-n结的p层及n层电耦合的情况下测量所述结光电压及所述额外光电压。
23.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括：
比较所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者与从所述照明区域测量且由施加于所述p-n结的交流电压引发的一或多个结电压信号。
24.根据权利要求15所述的方法，其中所述p-n结的所述光电流密度通过以下方式确定：
在足以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的调制频率下用所述第一强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述照明区域；
用所述透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的所述一部分的高频结光电压；
获取所述p-n结的电容；及
用所述p-n结的所述高频结光电压、所述p-n结的所述电容及所述调制频率确定足以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的所述调制频率下所述p-n结的光电流密度。
25.根据权利要求15所述的方法，其中通过分析第一结光电压瞬时响应的前沿处的所述第一结光电压的导数而确定所述p-n结的所述光电流密度。
26.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法，其包括：
用第一强度的光照明p-n结的表面的照明区域，其中所述第一强度的所述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用具有第一区域且定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第一透明电极测量来自由所述第一强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的第一结光电压；
用额外强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述照明区域，其中所述额外强度的所述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
用所述第一透明电极测量来自由所述额外强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的所述一部分的额外光电压；
通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而监测所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者的一维特性，所述第二透明电极具有在所述第一透明电极的所述第一区域外部的第二区域；
在足以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的调制频率下用所述第一强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述照明区域；
用所述第一透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的所述一部分的高频结光电压；
获取所述p-n结的电容；及
用所述p-n结的所述高频结光电压、所述p-n结的所述电容及所述调制频率中的至少一者确定所述p-n结的光电流密度。
27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：
用所述p-n结的经测量第一结光电压、经测量额外光电压或经确定光电流密度中的至少一者确定所述p-n结的正向电压、所述p-n结的饱和电流密度或所述p-n结的理想因子中的至少一者。
28.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：
通过在多个照明强度中的每一者下获取结光电压及对应光电流而产生所述p-n结的一或多个I-V曲线。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者包括：
强度经调制的光，其具有足够低以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的调制频率。
30.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者包括：
脉冲式光，其具有足以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的强度分布。
31.根据权利要求26所述的方法，其中所述第二透明电极与所述第一透明电极同心。
32.根据权利要求26所述的方法，其中所述p-n结的所述表面包括：
所述p-n结的前表面。
33.根据权利要求26所述的方法，其中所述p-n结包括：
基于同质结的p-n结及基于异质结的p-n结中的至少一者。
34.根据权利要求26所述的方法，其中通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而监测所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者的一维特性包括：
通过用所述第二透明电极测量来自用所述第一强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而测量所述第一结光电压的一维特性；及
比较以下两者：用所述第二透明电极测量的来自用所述第一强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述结光电压与用第一透明电极测量的来自由所述第一强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述第一结光电压。
35.根据权利要求26所述的方法，其中通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而监测所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者的一维特性包括：
通过用所述第二透明电极测量来自用所述额外强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而测量所述额外光电压的一维特性；及
比较以下两者：用所述第二透明电极测量的来自用所述额外强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述结光电压与用第一透明电极测量的来自由所述额外强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述额外光电压。
36.一种用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法，其包括：
用第一强度的光照明p-n结的表面的区域，其中所述第一强度的所述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
通过确定以下两者之间的差而测量来自照明区域内的所述p-n结的一部分的第一结光电压：在暗照明条件期间测量的第一表面电势与在所述第一强度的所述光照明期间于稳态条件中用第一振动透明电极测量的额外表面电势；
用额外强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述区域，其中所述额外强度的所述光足以建立所述p-n结的结光电压的稳态条件；
通过确定以下两者之间的差而测量来自所述照明区域内的所述p-n结的所述一部分的额外光电压：在所述暗照明条件期间测量的所述第一表面电势与在所述额外强度的所述光的照明期间于稳态条件中用所述第一振动透明电极测量的额外表面电势；及
确定所述第一强度下所述p-n结的光电流密度。
37.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括：
用所述p-n结的经测量第一结光电压、经测量额外光电压或经确定光电流密度中的至少一者确定所述p-n结的正向电压、所述p-n结的饱和电流密度或理想因子中的至少一者。
38.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括：
通过在多个照明强度中的每一者下获取结光电压及对应光电流而产生所述p-n结的一或多个I-V曲线。
39.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括：
通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二振动透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而监测所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者的一维特性，所述第二振动透明电极具有在所述第一振动透明电极的第一区域外部的第二区域。
40.根据权利要求39所述的方法，其中通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二振动透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而监测所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者的一维特性包括：
通过用所述第二振动透明电极测量来自用所述第一强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而测量所述第一结光电压的一维特性；及
比较以下两者：用所述第二振动透明电极测量的来自用所述第一强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述结光电压与用所述第一振动透明电极测量的来自由所述第一强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述第一结光电压。
41.根据权利要求39所述的方法，其中通过用定位于所述照明区域内且接近于所述p-n结的所述表面的第二振动透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而监测所述第一结光电压或所述额外光电压中的至少一者的一维特性包括：
通过用所述第二振动透明电极测量来自用所述额外强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的结光电压而测量所述额外光电压的一维特性；及
比较以下两者：用所述第二振动透明电极测量的来自用所述额外强度的光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述结光电压与用第一振动透明电极测量的来自由所述额外强度的所述光照明的所述照明区域内的所述p-n结的一部分的所述额外光电压。
42.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者包括：
强度经调制的光，其具有足够低以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的调制频率。
43.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一强度的所述光或所述额外强度的所述光中的至少一者包括：
脉冲式光，其具有足以建立所述p-n结的所述结光电压的稳态条件的强度分布。
44.根据权利要求36所述的方法，其中所述p-n结包括：
基于同质结的p-n结及基于异质结的p-n结中的至少一者。
45.根据权利要求36所述的方法，其中所述确定所述第一强度下所述p-n结的光电流密度包括：
通过比较以下两者而确定所述第一强度下所述p-n结的光电流密度：用所述第一振动透明电极获取的初始光电流密度与经由一或多个接触式电极从用大体上类似于所述第一强度的所述光的光照明的校准p-n结获取的校准光电流密度。
46.根据权利要求36所述的方法，其中所述确定所述第一强度下所述p-n结的光电流密度包括：
在足以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的调制频率下用所述第一强度的光照明所述p-n结的所述表面的所述区域；
用所述第一振动透明电极测量来自所述照明区域内的所述p-n结的所述一部分的高频结光电压；
获取所述p-n结的电容；及
用所述p-n结的所述高频结光电压、所述p-n结的所述电容及所述调制频率确定足以实现所述p-n结的所述结光电压的非稳态条件的所述调制频率下所述p-n结的光电流密度。
CN201480056244.XA 2013-09-04 2014-09-03 用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法及设备 Active CN105637624B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361873577P 2013-09-04 2013-09-04
US61/873,577 2013-09-04
US201361892382P 2013-10-17 2013-10-17
US61/892,382 2013-10-17
US14/475,025 US9880200B2 (en) 2013-09-04 2014-09-02 Method and apparatus for non-contact measurement of forward voltage, saturation current density, ideality factor and I-V curves in P-N junctions
US14/475,025 2014-09-02
PCT/US2014/053923 WO2015034941A1 (en) 2013-09-04 2014-09-03 Method and apparatus for non-contact measurement of forward voltage, saturation current density, ideality factor and i-v curves in p-n junctions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105637624A CN105637624A (zh) 2016-06-01
CN105637624B true CN105637624B (zh) 2019-05-17

Family

ID=52582331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480056244.XA Active CN105637624B (zh) 2013-09-04 2014-09-03 用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法及设备

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9880200B2 (zh)
CN (1) CN105637624B (zh)
TW (1) TWI629733B (zh)
WO (1) WO2015034941A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9921261B2 (en) * 2013-10-17 2018-03-20 Kla-Tencor Corporation Method and apparatus for non-contact measurement of sheet resistance and shunt resistance of p-n junctions
US20160313388A1 (en) * 2013-12-22 2016-10-27 Lehighton Electronics, Inc. Noncontact sensing of maximum open-circuit voltages
JP6300553B2 (ja) * 2014-02-12 2018-03-28 株式会社日立ハイテクサイエンス 荷電粒子ビーム装置
CN108196110B (zh) * 2017-12-28 2020-04-14 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种金属半导体界面复合电流密度的测试方法及装置
CN108120869B (zh) * 2017-12-28 2020-06-05 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种金属半导体界面复合电流密度的测试方法
CN109724947B (zh) * 2018-12-28 2021-06-25 清华大学深圳研究生院 一种液流电池电极局域反应活性的在线检测方法及装置
TWI713299B (zh) * 2019-10-01 2020-12-11 大陸商勝焱電子科技(上海)有限公司 太陽能電池偵測裝置
TWI759872B (zh) * 2020-09-21 2022-04-01 行政院原子能委員會核能研究所 太陽能電池之量測裝置
CN112928989B (zh) * 2021-02-25 2023-03-31 阳光电源股份有限公司 一种故障诊断方法及装置
EP4075667B1 (en) * 2021-04-16 2023-08-16 Pasan Sa Photovoltaic device test method and test apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7642772B1 (en) * 2003-10-15 2010-01-05 Ahbee 1, L.P. Non-contact method and apparatus for measurement of leakage current of p-n junctions in IC product wafers
CN102575987A (zh) * 2009-08-31 2012-07-11 弗劳恩霍弗实用研究促进协会 用于对太阳能电池或太阳能电池前体等半导体结构进行测量的方法
US8364428B2 (en) * 2007-05-18 2013-01-29 Imec Junction-photovoltage method and apparatus for contactless determination of sheet resistance and leakage current of semiconductor

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812756A (en) 1987-08-26 1989-03-14 International Business Machines Corporation Contactless technique for semicondutor wafer testing
US5216362A (en) * 1991-10-08 1993-06-01 International Business Machines Corporation Contactless technique for measuring epitaxial dopant concentration profiles in semiconductor wafers
JPH0643482A (ja) * 1992-07-24 1994-02-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空間光変調素子およびその製造方法
US5442297A (en) * 1994-06-30 1995-08-15 International Business Machines Corporation Contactless sheet resistance measurement method and apparatus
US5663657A (en) 1994-09-26 1997-09-02 University Of South Florida Determining long minority carrier diffusion lengths
US7057256B2 (en) * 2001-05-25 2006-06-06 President & Fellows Of Harvard College Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices
US7019513B1 (en) 2005-01-19 2006-03-28 Vladimir Faifer Non-contact method and apparatus for measurement of sheet resistance and leakage current of p-n junctions
US7414409B1 (en) * 2005-08-19 2008-08-19 Vladimir Faifer Non-contact method and apparatus for measurement of leakage current of p-n junctions in IC product wafers
US7679381B2 (en) 2006-01-23 2010-03-16 Maxmile Technologies, Llc Method and apparatus for nondestructively evaluating light-emitting materials
US20070170934A1 (en) 2006-01-23 2007-07-26 Maxmile Technologies, Llc Method and Apparatus for Nondestructive Evaluation of Semiconductor Wafers
US7714596B2 (en) 2006-12-15 2010-05-11 Four Dimensions Inc. System and methods of measuring semiconductor sheet resistivity and junction leakage current
ATE457462T1 (de) 2007-05-29 2010-02-15 Imec Mobilitätsmessungen von inversionsladungsträgern
US8093920B2 (en) 2008-10-06 2012-01-10 Semiconductor Diagnostics, Inc. Accurate measuring of long steady state minority carrier diffusion lengths
EP2270477B1 (en) * 2009-07-03 2015-09-09 Nxp B.V. System and method for detecting luminescence
US20110301892A1 (en) * 2010-06-03 2011-12-08 Emil Kamieniecki System and method for characterizing the electrical properties of a semiconductor sample
US8415961B1 (en) * 2010-12-07 2013-04-09 Kla-Tencor Corporation Measuring sheet resistance and other properties of a semiconductor
US9093355B2 (en) * 2011-04-08 2015-07-28 Georgia Tech Research Corporation High-resolution parallel-detection sensor array using piezo-phototronics effect
US9069035B2 (en) 2011-08-21 2015-06-30 Dong Chen Predicting LED parameters from electroluminescent semiconductor wafer testing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7642772B1 (en) * 2003-10-15 2010-01-05 Ahbee 1, L.P. Non-contact method and apparatus for measurement of leakage current of p-n junctions in IC product wafers
US8364428B2 (en) * 2007-05-18 2013-01-29 Imec Junction-photovoltage method and apparatus for contactless determination of sheet resistance and leakage current of semiconductor
CN102575987A (zh) * 2009-08-31 2012-07-11 弗劳恩霍弗实用研究促进协会 用于对太阳能电池或太阳能电池前体等半导体结构进行测量的方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201517194A (zh) 2015-05-01
CN105637624A (zh) 2016-06-01
WO2015034941A1 (en) 2015-03-12
US20150061715A1 (en) 2015-03-05
TWI629733B (zh) 2018-07-11
US9880200B2 (en) 2018-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105637624B (zh) 用于非接触式测量p-n结的一或多个特性的方法及设备
TWI641851B (zh) 用於在發光二極體結構中之內部量子效率之非接觸量測的方法及裝置
US8941824B2 (en) Semiconductor inspection method and semiconductor inspection apparatus
CN103080730B (zh) 载流子寿命的测定方法以及测定装置
US20180262159A1 (en) Illuminated outdoor luminescence imaging of photovoltaic modules
CN103929128A (zh) 一种硅片与硅基太阳能电池的少数载流子传输特性检测方法与***
US9921261B2 (en) Method and apparatus for non-contact measurement of sheet resistance and shunt resistance of p-n junctions
CN112432936A (zh) 一种半导体晶圆过剩载流子寿命空间分布的快速定量成像表征方法
US9537444B2 (en) Methods and systems for characterizing photovoltaic cell and module performance at various stages in the manufacturing process
Kasemann et al. Spatially resolved silicon solar cell characterization using infrared imaging methods
Melnikov et al. Lock-in and heterodyne carrierographic imaging characterization of industrial multicrystalline silicon solar cells
US9310396B2 (en) Apparatus and methods of measuring minority carrier lifetime using a liquid probe
Kasemann et al. Progress in silicon solar cell characterization with infrared imaging methods
Wong et al. Differential electroluminescence imaging and the current transport efficiency of silicon wafer solar cells
JP2013135170A (ja) 太陽電池のライフタイム画像の画像取得システム及び画像取得方法
Lim et al. Cost-effective LBIC system for solar cell characterization
Tománek et al. Local optical and electric characteristics of solar cells
CN205826809U (zh) 非接触硅基光电器件少数载流子寿命检测仪
Li et al. Determination of trapping dynamics of semi-insulating GaAs by frequency-dependent photoconductivity
Johnston et al. Capacitance Transients, Photoconductive Decay, and Impedance Spectroscopy on 19% to 22% Efficient Silicon Solar Cells
Chobola et al. Low-frequency noise, microplasma, and electroluminescence measurements as faster tools to investigate quality of monocrystalline-silicon solar cells
Boostandoost Signature of photon emission and laser stimulation for failure analysis of semiconductor devices with respect to thin-film solar cells
TW202414349A (zh) 智慧型檢測系統
Schwalm et al. Solar Cell Characterization with High Spatial Resolution
Schwalm et al. Characterization of solar cells with high spatial resolution

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant