TWI629733B - 用於非接觸式量測ｐ－ｎ接面之順向電壓、飽和電流密度、理想因子及電流－電壓曲線之方法及裝置 - Google Patents

用於非接觸式量測ｐ－ｎ接面之順向電壓、飽和電流密度、理想因子及電流－電壓曲線之方法及裝置 Download PDF

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Abstract

非接觸式量測一p-n接面之一或多個電回應特性包含：用一第一強度之光照明該p-n接面之一表面，該第一強度之光具有足以建立該p-n接面之一接面光電壓(JPV)之一穩態條件之一調變或脈衝式特性；量測來自該照明區域內之該p-n接面之一第一JPV；用一額外強度之光照明該p-n接面之該表面；量測來自該照明區域內之該p-n接面之該部分之一額外光電壓；判定該第一強度下該p-n接面之一光電流密度。該非接觸式量測進一步包含用該p-n接面之該經量測第一光電壓、該經量測額外光電壓及/或該經判定光電流密度判定順向電壓、飽和電流密度、理想因子或一或多個I-V曲線。

Description

用於非接觸式量測P-N接面之順向電壓、飽和電流密度、理想因子及電流-電壓曲線之方法及裝置 相關申請案的交叉參考
本申請案依據35 U.S.C.§ 119(e)規定主張於2013年10月17日申請之美國臨時申請案第61/892,382號；及於2013年9月4日申請之美國臨時申請案第61/873,577號之權利。該美國臨時申請案第61/892,382號及該美國臨時申請案第61/873,577號之全文以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於非接觸式量測一半導體基板之p-n接面之各種電回應特性，且特定言之係關於一種用於量測異質接面式或同質接面式p-n接面之各種回應特性之非接觸式接面光電壓技術。
隨著對改良半導體器件性能之需求繼續增大，故對改良半導體器件特性化技術之需求亦增大。半導體晶圓(諸如矽晶圓)在器件結構製造中起重要作用。此等器件結構包含但不限於發光二極體之半導體結構(例如，MOCVD生長結構)、低能量植入及雷射退火之超淺接面、半導體太陽能電池及p-n接面薄膜太陽能電池。p-n接面器件品質 之改良監控在進階半導體器件製造之發展中係關鍵的。當前使用多種監控及量測技術監控器件品質。當前所用追蹤技術包含多種非接觸式及接觸式量測技術。
常在特性化二極體器件性能時使用電流-電壓(I-V)曲線。通常用源量測單元量測I-V曲線，該等源量測單元引起一預定電流且在一預定範圍內掃描此電流。記錄迫使電流通過給定器件所要之電壓，且該等源量測單元報告產生一I-V曲線之成對資料點之一集合。I-V曲線對器件研究者及製造者非常重要，此係因為經量測資料可與已知方程式擬合，該等已知方程式描述給定器件之行為。參數可擷取自擬合且提供對經量測器件之品質之有意義洞察以及潛在的未來可靠度。I-V曲線通常在先前技術中受限，此係因為將一源量測單元用於器件測試需要成品器件。此特別成問題，因為許多基於接面二極體之器件在前端處理步驟之後獲取其等之固有電子功能，其中在該等器件製成之前且在該等器件可測試前需要額外的昂貴後端步驟。
一種特定量測技術包含四點探針技術。進階4PP技術可允許p-n接面之薄層電阻量測及導電率量測。使用四點探針(4PP)來量測p-n接面之薄層電阻及導電率大體上描述於2010年5月11日發佈之美國專利7,714,596中，其全文以引用的方式併入本文中。四點探針技術經受多種缺點。例如，四點探針技術難以以一非破壞性線內能力實施。此外，p-n接面導電率通常在低逆向偏壓下量測且主要取決於分流電阻，而真實器件(例如，LED、太陽能電池等)之I-V曲線特性主要取決於高順向偏壓條件下之重組特性。
用於量測I-V曲線及電致發光之額外技術包含彈簧負載探針接觸式技術。彈簧負載探針接觸式量測技術大體上描述於2010年3月16日發佈之美國專利第7,679,381號；2011年12月21日申請之美國專利公開案第2013/0043875號；及20011年12月21日申請之美國專利公開案第 2013/0046496號中，其等之全文各以引用的方式併入本文中。彈簧負載探針技術係基於I-V曲線之量測及由順向電壓激勵之電致發光強度，該順向電壓相對於透過晶圓邊緣與一第二探針連接之接面之底部n層施加至彈簧負載探針。此技術亦經受諸多缺點。此技術之主要缺點之一者包含無法考量p-n接面層中之橫向電流(其取決於薄層電阻)，且導致經量測電流密度之一減小，尤其係在逆向偏壓下。此外，此方法遭受關於污染之量測假像之存在、高接觸式電阻、對準困難、顆粒之存在等。
顯然先前技術包含多個缺陷。因此，將需要提供一種消除上述先前技術之此等缺陷之方法及系統。
根據本揭示內容之一實施例，揭示一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之裝置。在一闡釋性實施例中，該裝置可包含一照明單元，其用於用一或多個選定強度及一或多個選定頻率之光照明一p-n接面之一表面。在另一闡釋性實施例中，該裝置可包含一量測單元，其包含至少一第一量測元件，其包含一第一透明電極，該第一透明電極定位為接近於p-n接面且經組態以將來自照明單元之光透射至p-n接面之表面。在一闡釋性實施例中，第一透明電極具有一第一區域，其用於量測對應經照明區域內之第一區域之一接面光電壓。在另一闡釋性實施例中，第一電極之第一區域小於由照明子系統照明之區域以限制接面光電壓之橫向擴展對接面光電壓之量測之影響。在另一闡釋性實施例中，該裝置可包含一第二量測元件，其包含具有一第二區域之一第二電極。在另一闡釋性實施例中，該第二電極可定位於照明區域內及第一電極之第一區域外。在另一闡釋性實施例中，第二電極及第一電極經組態以監控接面光電壓之一維條件。
在另一闡釋性實施例中，該裝置包含一控制器，其至少通信地 耦合至量測單元及照明單元。在一闡釋性實施例中，該控制器可控制來自照明單元之光之光強度或頻率之至少一者。在另一闡釋性實施例中，該控制器可自量測單元接收在一或多個選定光強度及一或多個選定頻率下進行之接面光電壓或電容之至少一者之一或多個量測。在另一闡釋性實施例中，該控制器可用自量測單元接收之接面光電壓之一或多個量測判定以下至少一者：p-n接面之一光電流密度、p-n接面之一順向電壓、p-n接面之一飽和電流密度、p-n接面之一理想因子或p-n接面之一或多個I-V曲線。
在另一闡釋性實施例中，該裝置包含一振動元件，其經組態以至少機械地驅動第一透明電極之運動。在另一闡釋性實施例中，該控制器經組態以藉由計算以下兩者之間的差而量測一或多個接面光電壓值：在一暗照明條件期間用振動的第一透明電極量測之一第一表面電位與在一第一強度之光照明期間於一穩態條件中用振動的第一透明電極量測之一額外表面電位。
根據本揭示內容之一實施例，揭示一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之方法。在一闡釋性實施例中，該方法包含用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域，其中該第一強度之光足以建立p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用定位於照明區域內且接近於p-n接面之表面之一透明電極量測來自由第一強度之光照明之照明區域內之p-n接面之一部分之一第一接面光電壓。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用一額外強度之光照明p-n接面之表面區域，其中該額外強度之光足以建立p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用透明電極量測來自由額外強度之光照明之照明區域內之p-n接面之部分之一額外光電壓。在另一闡釋性實施例中，該方法包含判定第一強度下p-n接面之一光電流密度。在另一闡釋性實 施例中，該方法包含用p-n接面之經量測第一光電壓、經量測額外光電壓或經判定光電流密度之至少一者判定p-n接面之順向電壓、p-n接面之飽和電流密度或理想因子之至少一者。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由在複數個照明強度之各者下獲取一接面光電壓及一對應光電流(或光電流密度)而產生p-n接面之一或多個I-V曲線。
根據本揭示內容之一實施例，揭示一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之方法。在一闡釋性實施例中，該方法包含用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域，其中該第一強度之光足以建立p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用一第一透明電極量測來自由第一強度之光照明之照明區域內之p-n接面之一部分之一第一接面光電壓，該第一透明電極具有一第一區域且定位於照明區域內且接近於p-n接面之表面。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用一額外強度之光照明p-n接面之表面之照明區域，其中該額外強度之光足以建立p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用第一透明電極量測來自由額外強度之光照明之照明區域內之p-n接面之部分之一額外光電壓。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由用定位於照明區域內且接近於p-n接面之表面之一第二透明電極量測來自照明區域內之p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控第一接面光電壓或額外接面電壓之至少一者之一維特性，該第二透明電極具有在第一透明電極之第一區域外部之一第二區域。在另一闡釋性實施例中，該方法包含在一調變頻率下用第一強度之光照明p-n接面之表面之照明區域，該調變頻率足以達成p-n接面之接面光電壓之非穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用第一透明電極量測來自照明區域內之p-n接面之部分之一高頻接面光電壓。在另一闡釋性實施例中，該方法包含獲取p-n接面之一電容。在另一闡釋性實施例中，該 方法包含用p-n接面之高頻接面電壓、p-n接面之電容及調變頻率之至少一者判定p-n接面之一光電流密度。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用p-n接面之經量測第一光電壓、經量測額外光電壓或經判定光電流密度之至少一者判定p-n接面之順向電壓、p-n接面之飽和電流密度或p-n接面之理想因子之至少一者。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由在複數個照明強度之各者下獲取一接面光電壓及一對應光電流而產生p-n接面之一或多個I-V曲線。
根據本揭示內容之一實施例，揭示一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之方法。在一闡釋性實施例中，該方法包含用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一區域，其中該第一強度之光足以建立p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由判定以下兩者之間的差而量測來自照明區域內之p-n接面之一部分之一第一接面光電壓：在一暗照明條件期間量測之一第一表面電位與在第一強度之光照明期間於一穩態條件中用一第一振動透明電極量測之一額外表面電位。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用一額外強度之光照明p-n接面之表面區域，其中該額外強度之光足以建立p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由判定以下兩者之間的差而量測來自照明區域內之p-n接面之部分之一額外光電壓：在暗照明條件期間量測之第一表面電位與在額外強度之光照明期間於一穩態條件中用第一振動透明電極量測之一額外表面電位。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由用第二振動透明電極定位於照明區域內且接近於p-n接面之表面之一第二振動透明電極量測來自照明區域內之p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控第一接面光電壓或額外接面電壓之至少一者之一維特性，該第二振動透明電極具有在第一透明電極之第一區域外部之一第二區域。在另一闡釋性實施例中，該方法包含判定第一強度下 p-n接面之一光電流密度。在另一闡釋性實施例中，該方法包含用p-n接面之經量測第一光電壓、經量測額外光電壓或經判定光電流密度之至少一者判定p-n接面之順向電壓、p-n接面之飽和電流密度或理想因子之至少一者。在另一闡釋性實施例中，該方法包含藉由在複數個照明強度之各者下獲取一接面光電壓及一對應光電流而產生p-n接面之一或多個I-V曲線。
應瞭解，以上概述及下文詳細描述僅係例示性及說明性的且不一定限制如所主張之本發明。併入本說明書中且構成其一部分之隨附圖式繪示本發明之實施例並連同概述用於說明本發明之原理。
100‧‧‧系統
101‧‧‧照明區域/照明光束/照明
102‧‧‧照明單元
103‧‧‧p-n接面/半導體基板
104‧‧‧量測單元/光
105‧‧‧晶圓夾盤
106‧‧‧控制器
107‧‧‧透鏡
108‧‧‧照明源/發光二極體(LED)
109‧‧‧光偵測元件/光二極體
110‧‧‧信號產生器
111‧‧‧光束分離器
112‧‧‧第一量測元件
113‧‧‧放大器
114‧‧‧第一振動透明電極
115‧‧‧光偵測器單元
116‧‧‧預放大器
118‧‧‧解調變器/偵測器
120‧‧‧透明元件/透明板/玻璃板/玻璃元件
122‧‧‧頂部透明電極/額外透明電極
124‧‧‧接地屏蔽元件
126‧‧‧電開關
128‧‧‧信號產生器
129‧‧‧圖表
130‧‧‧接面光電壓(JPV)信號
131‧‧‧脈衝式照明/脈衝式光信號
132‧‧‧第二量測元件
133‧‧‧曲線
134‧‧‧第二透明電極
136‧‧‧預放大器
138‧‧‧解調變器/偵測器
140‧‧‧圖表
142‧‧‧區域
144‧‧‧接面光電壓(JPV)信號下降
146‧‧‧導電墊/邊緣接觸墊
148‧‧‧垂直台
150‧‧‧電極
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
300‧‧‧方法
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
312‧‧‧步驟
312a‧‧‧子步驟
312b‧‧‧子步驟
312c‧‧‧子步驟
312d‧‧‧子步驟
314‧‧‧步驟
316‧‧‧步驟
402‧‧‧凱爾文探針單元
404‧‧‧振動元件
406‧‧‧耦合元件
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
514‧‧‧步驟
R1‧‧‧內半徑
R2‧‧‧外半徑
R B ‧‧‧半徑
R EL ‧‧‧半徑
熟悉此項技術者可藉由參考隨附圖式更好地理解本揭示內容之眾多優點，其中：圖1A係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一裝置之一方塊圖。
圖1B繪示根據本揭示內容之一實施例之安置於一透明元件上之一第一透明電極之一俯視圖；
圖1C係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一裝置之一方塊圖。
圖1D繪示根據本揭示內容之一實施例之定位於安置於一透明元件上之第一透明電極外之一第二周邊透明電極之一俯視圖。
圖1E繪示根據本揭示內容之一實施例之依據如自一中心透明電極之中心量測之半徑之一接面光電壓信號之一圖表。
圖1F係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一裝置之一方塊圖。
圖1G繪示根據本揭示內容之一實施例之一脈衝照明信號、由脈衝信號激勵之接面光電壓及經激勵接面光電壓之導數之一圖表。
圖2係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一方法之一流程圖。
圖3A至圖3B係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一方法之流程圖。
圖4係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一裝置之一方塊圖，該裝置經組態以經由一透明電極之振動執行表面電位量測。
圖5係繪示根據本揭示內容之一實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一方法之一流程圖。
現將詳細參考隨附圖式中所示之揭示標的。
大體上參考圖1A至圖5，根據本揭示內容描述用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一系統及方法。本揭示內容之實施例係關於適於量測一半導體基板之一p-n接面(諸如一異質接面或一同質接面)之各種電回應特性之一非接觸式接面光電壓(JPV)技術。
貫穿本揭示內容描述之(諸)非接觸式量測技術提供一p-n接面之一或多個特性之精確量測及映射。本揭示內容之(該等)非接觸式量測技術提供p-n接面之順向電壓、飽和電流密度及理想因子之量測及映射。藉由非限制性實例，貫穿本揭示內容描述之技術可提供發光二極體(LED)之半導體結構(例如，MOCVD生長之半導體結構)、低能量植入及雷射退火之超淺接面、太陽能電池(例如，矽太陽能電池)及薄膜太陽能電池中之同質或異質p-n接面之順向電壓、飽和電流密度、理想因子及I-V曲線之監控。
本揭示內容之實施例及技術尤其可用於在高光強度及高順向偏壓條件下獨立於橫向JPV擴展而量測及映射產品晶圓上之同質或異質p-n接面之飽和電流密度及理想因子。可使用本揭示內容之實施例及 技術以在金屬化之前且在不接觸經量測器件之情況下量測外部量子效率(且因此光電流密度)。本發明之實施例及技術尤其可用於監控超淺接面之毫秒退火條件，此係因為在高順向偏壓下洩漏電流對末端損傷更敏感。
可使用在多個照明強度及/或一或多個光電流密度下獲得之p-n接面之一或多個經量測光電壓之經量測數量求得上述特徵之一或多者。此外，本揭示內容透過用在多個照明強度及/或調變頻率下獲取之多個光電壓及光電流映射而提供一p-n接面之一或多個I-V曲線之量測。藉由非限制性實例，本揭示內容之實施例及技術可用於在器件之製造及金屬化之前量測LED及PV晶圓或結構之非接觸式順向電壓I-V曲線。
本揭示內容之一些實施例用於監控由大面積p-n接面中之光載子之橫向漂移引起之橫向JPV擴展。本文中應進一步注意，已實施進階二維接面光電壓理論技術以最佳化或至少改良貫穿本揭示內容描述之各種特性之探針設計及量測。
如貫穿本揭示內容描述，本揭示內容之一些實施例用於使用一或多個透明電極量測一或多個接面光電壓信號，藉此該一或多個透明電極(及對應電路)可量測由一經調變照明信號激勵之一穩態JPV信號，該經調變照明信號具有足夠低以引起該JPV信號之穩態行為之一頻率。本揭示內容之其他實施例可利用一非接觸式差分表面電位技術(例如，凱爾文(Kelvin)探針技術)量測穩態JPV信號。本揭示內容之額外實施例可經由一或多個p-n接面中之非穩態JPV信號之量測連同對應之p-n接面電容值(例如，經量測值、經計算值或使用者輸入之值)而量測光電流密度，該等非穩態JPV信號可藉由將該經調變照明信號之調變頻率增大至足夠位準而產生。
用於在低順向偏壓條件下量測p-n接面之薄層電阻及導電率之一 非接觸式接面光電壓技術描述於2006年3月28日發佈之V.Faifer等人之美國專利7,019,513中，其全文以引用的方式併入本文中。此技術限於量測測試及校準晶圓之一給定照明區域之內及之外之接面光電壓。
少數特性之擴散長度之凱爾文探針量測描述於1997年9月2日發佈之Lagowski等人之美國專利第5,663,657號中，其全文以引用的方式併入本文中。用來量測近表面摻雜之凱爾文探針技術描述於1993年6月1日發佈之Verkuil等人之美國專利第5,216,362號中，其全文以引用的方式併入本文中。
圖1A至圖1G繪示根據本揭示內容之一或多項實施例之用於量測一或多個p-n接面之一或多個特性之一系統100。在一些實施方案中，由系統100量測之一或多個特性包含以下至少一者：一或多個p-n接面之光電流密度、順向電壓、飽和電流密度、理想因子或一或多個I-V曲線。
現參考圖1A，在一實施例中，系統100包含一照明單元102、一量測單元104以及通信地耦合至照明單元102及量測單元104之一控制器106。在一實施例中，控制器106經組態以引導照明單元102用具有一或多個選定特性(例如，強度、調變頻率等)之光照明包含一p-n接面103之一半導體基板。繼而，控制器106可自量測單元104接收該p-n接面之電回應特性(諸如JPV)之量測。此外，控制器106可基於該等經量測特性及貫穿本揭示內容描述之各種關係式判定一或多個p-n接面103之光電流密度、順向電壓、飽和電流密度、理想因子及/或一或多個I-V曲線。
在一實施例中，包含一或多個p-n接面103之一半導體基板安置於一夾盤105上。在另一實施例中，夾盤105包含一導電夾盤(例如，金屬夾盤)。在另一實施例中，夾盤105包含連接至地面之一金屬夾盤。本文中應注意，夾盤不限於一導電或金屬夾盤且僅出於闡釋目的提供 上文描述。例如，夾盤可包含非導電夾盤。在另一實施例中，本揭示內容之一或多個校準信號可施加至基板103之邊緣(而非透過夾盤105，如本文中進一步描述)。
在一實施例中，照明單元102用光104照明包含p-n接面103之一半導體基板之一區域。在另一實施例中，照明單元102用一或多個選定強度之光照明p-n接面103之表面。在另一實施例中，照明單元102用一或多個選定調變頻率之光照明p-n接面103之表面。例如，照明源108可輸出在一選定調變頻率下調變之一經調變光信號。例如，該調變頻率可對應於一穩態條件或一非穩態條件。藉由另一實例，照明源108可輸出一脈衝式光信號。在另一實施例中，照明單元102用包含一選定波長或波長範圍之光照明p-n接面103之表面。
照明源108可包含此項技術中已知適於提供經調變光或脈衝式光之任何照明源。例如，照明單元102可包含一照明源108，諸如但不限於一發光二極體(LED)、多個LED、一或多個雷射、一閃光燈或一快門式燈。對於本揭示內容之其餘部分，在一LED之背景下描述照明單元102之照明源108。本文中應注意，照明源108不限於一LED且僅出於清楚目的提供此簡述，且本文中預期照明源108可包含任何額外類型光源(例如，一雷射)。
在另一實施例中，照明單元102包含耦合至LED 108及控制器106之一信號產生器110。就此而言，控制器106可引導信號產生器110驅動LED 108以產生一所要照明輸出。例如，信號產生器110可引起LED 108輸出具有一選定調變頻率之一經調變光信號。例如，信號產生器110可引起LED 108輸出具有足夠低以引起p-n接面103之經激勵JPV信號之一穩態條件之一調變頻率之一經調變光信號。藉由另一實例，信號產生器110可引起LED 108輸出具有足夠高以引起p-n接面103之經激勵JPV信號之一非穩態條件之一調變頻率之一經調變光信號。藉由另 一實例，信號產生器110可引起LED 108在一選定時間輸出一光脈衝(即，脈衝式光信號)。
在另一實施例中，量測單元104包含一第一量測元件112，其用於量測p-n接面103之經照明區域內之一選定區域之JPV信號。在一實施例中，第一量測元件112包含一第一透明電極114，其定位為接近p-n接面103且經組態以將來自LED 108之光透射至p-n接面103之表面。就此而言，第一透明電極114具有一第一區域，其用於量測對應p-n接面103之經照明區域101內之第一區域(即，對向於第一電極114之區域)之JPV。如本文中進一步額外詳細描述，選擇小於照明區域101之電極114之一區域有助於限制接面光電壓之橫向擴展對JPV信號之量測之影響。
在另一實施例中，第一透明電極114安置於一透明元件120之一表面上。就此而言，第一透明電極114可安置於面向p-n接面103之透明元件120之表面上，如圖1A中所示。在一實施例中，第一透明電極114可安置於透明元件120之底面上。在另一實施例中，透明元件120可包含但不限於一或多個透明板120，如圖1A中所示。例如，該透明元件可包含但不限於一玻璃板。本文中應注意，透明元件120之構造不限於一玻璃板或一單一板組態。而是，僅出於闡釋目的提供上文提供之描述。本文中應注意，對由照明單元102發射之照明透明之任何材料適於在本發明之背景內實施。此外，透明元件120可包含多個透明板或適於緊固電極之一替代結構或諸結構。
在另一實施例中，一額外透明電極122安置於相對於第一透明電極114之透明元件120之一表面上。例如，如圖1A中所示，額外透明電極122可安置於透明元件120之頂面上。本文中應認知，雖然本揭示內容將額外透明電極122及第一透明電極114描述為安置於一共同透明板上(如圖1A中所示)，但本文中應預期，電極114、122可依此項技術 中已知之任何方式彼此空間上緊固及/或彼此電絕緣。例如，電極114及122可各安置於單獨的空間分離透明板(未展示)上。例如，一第一透明板可用來緊固第一透明電極114，而定位於該第一透明板上方之一第二透明板可用來緊固額外透明電極122。
在另一實施例中，頂部電極122連接至地面以限制與LED 108相關聯之電場對第一透明電極114之影響。在另一實施例中，頂部透明電極122耦合至一接地屏蔽元件124。例如，該接地屏蔽元件可包含但不限於一環形接地屏蔽元件。本文中應注意，該接地屏蔽元件不限於一環形狀，且應進一步注意，接地屏蔽元件124可採取此項技術中已知之任何合適形狀，諸如但不限於一圓形環、一方形環、一多邊形環、一橢圓形環等。應進一步注意，接地屏蔽元件124不限於圖1A中描繪之平坦組態，其僅出於闡釋目的提供。例如，接地屏蔽元件124可採取任何形狀，諸如但不限於一管。
在另一實施例中，照明單元102可包含一或多個照明光學元件。在一實施例中，照明單元102包含一或多個透鏡107。在一實施例中，透鏡107使LED 108之輸出與p-n接面103之表面光學耦合。就此而言，來自LED 108之照明101可在撞擊於p-n接面103表面上之前穿過透鏡107、頂部透明電極122、透明板120及底部第一透明電極114，如圖1A中所示。本文中應注意，系統100可包含此項技術中已知適於收集、聚焦、引導及/或過濾由LED 108發射之照明之任何光學元件。
在另一實施例中，量測單元104之第一量測元件112包含經組態以在一經量測信號傳輸至控制器106之前對其進行處理之一或多個信號處理元件。例如，量測單元104可包含但不限於用於放大來自電極114之信號之一預放大器116。在另一實施例中，量測單元104包含一解調變器及/或一偵測器118。此外，在放大、解調變及/或偵測之後，由控制器106之一介面接收來自電極114之信號。在另一實施例中，系統 100包含經組態以偵測及/或監控一或多個特性(例如，強度、調變頻率等)之一光偵測器單元115。在一實施例中，光偵測器單元115包含一光束分離器111。在另一實施例中，偵測器單元115包含一光偵測元件109。例如，光偵測元件109可包含但不限於一或多個光二極體109。在一實施例中，光束分離器111可將來自LED 108之初始照明之一部分引導至偵測元件109。在另一實施例中，偵測器單元115包含用於在偵測來自LED 108之光之後處理偵測元件109之輸出之一或多個信號處理元件。例如，該一或多個信號處理元件包含此項技術中已知之任何信號處理電路，諸如但不限於一或多個放大器113。在另一實施例中，偵測元件109之輸出耦合至控制器106。就此而言，控制器106可監控照明單元102之性能。
在另一實施例中，系統100包含透過開關126耦合至晶圓夾盤105之一信號產生器128。在另一實施例中，開關126耦合至地面。在另一實施例中，信號產生器128耦合至控制器106，藉此控制器106可引導信號產生器128將一選定信號施加至夾盤105。如本文中進一步描述，可使用信號產生器128以透過開關126將一AC信號施加至夾盤105以校準一或多個光電壓信號。
在一實施例中，第一電極114之第一區域經選擇小於由LED 108照明之區域以限制接面光電壓之橫向擴展對接面光電壓之量測之影響。例如，如圖1B中所示，在一圓形幾何結構中，第一電極114之半徑R EL 可小於玻璃板120及照明光束101(來自LED 108)之半徑R B 。本文中應注意，雖然圖1B中將與照明光束101相關聯之半徑及與玻璃板120相關聯之半徑描繪為在量值上相等，但此非對本揭示內容之一限制且應解釋為僅係闡釋性的。
本文中應注意，第一透明電極114之形狀不限於如圖1A至圖1B中描繪之一圓碟形狀。而是，第一透明電極114之形狀應解釋為僅係闡 釋性的。本文中應注意，第一透明電極114可採取此項技術中已知之任何合適形狀。例如，該第一透明電極可採取一圓碟形狀、一方形形狀、矩形形狀、一橢圓形形狀、一多邊形形狀等。
現參考圖1C，根據本揭示內容之一或多項實施例描繪量測單元104之一第二量測元件132。在一實施例中，第二量測元件132包含一第二透明電極134。在一實施例中，第二透明電極134配置於第一透明電極114周邊。例如，第二透明電極134可環繞或包圍第一透明電極114。就此而言，與第二透明電極134相關聯之區域落於來自LED 108之照明區域101內，但在與第一透明電極114相關聯之區域外部。
例如，第二透明電極可相對於第一透明電極114同心配置，如圖1C及圖1D中所示。例如，第一電極114可具有一圓碟形狀，而第二電極134具有環繞中心第一電極114之一圓環形狀。
例如，如圖1D中所示，在一圓形幾何結構中，第一電極114之半徑R EL 可小於玻璃板120及照明光束101(來自LED 108)之半徑R B 。此外，內半徑R1及外半徑R2兩者經選擇大於第一透明電極114之半徑，但小於玻璃板120及照明光束101(來自LED 108)之半徑R B 。
本文中應注意，本文中描述之圓碟/圓環描繪係非限制性的且僅出於闡釋目的而提供。本文中應認知，第一電極114及第二電極134可採取此項技術中已知之任何形狀(例如，互補形狀)，其允許第二電極之區域落於與第一電極114相關聯之區域外。
在一實施例中，第二透明電極134可結合第一透明電極114監控與p-n接面103之一接面光電壓信號相關聯之一維條件或特性。例如，在由二極體108發射之光之一給定強度下，第一透明電極114可量測一接面光電壓V 1 。此外，第一透明電極114可在校準之後利用夾盤信號量測一接面光電壓V 1 ，如本文中描述。此外，在相同光強度下，第二透明電極134可量測一接面光電壓V 11 。此外，第二透明電極134亦可在 校準之後利用夾盤信號量測一接面光電壓V 11 。就此而言，可藉由比較V 1 與V 11 而監控一給定接面光電壓之一維性質(例如，計算V 1 與V 11 之間的比率，計算V 1 與V 11 之間的差等)。本文中應進一步注意，可在各種強度、波長及調變頻率下重複此程序。
在另一實施例中，量測單元104之第二量測元件132包含經組態以在一經量測信號傳輸至控制器106之前對其進行處理之一或多個信號處理元件。例如，第二量測元件132(類似於第一量測單元112)可包含但不限於用於放大來自電極134之信號之一預放大器136。在另一實施例中，第二量測元件132包含一解調變器及/或一偵測器138。此外，在放大、解調變及/或偵測之後，由控制器106之一介面接收來自電極134之信號。
圖1E繪示描繪依據在一圓形幾何結構中相對於第一電極114之中心之半徑(以cm為單位)量測之一JPV信號(以V為單位)之一圖表140。如前文描述，可使用由半徑R EL 界定之第一電極114以及以R 1 及R 2 為邊界之第二電極以監控依據R之JPV信號之一維性質。如圖1E之JPV曲線之區域142中所示，對於半徑值小於近似1cm之R，電壓相對恆定。本文中應進一步認知，在圖1E之實例中JPV信號與第一電極114及第二電極134之比較將產生V 1 與V 11 之近1：1的比率，此係因為JPV信號下降144在第二電極134之外半徑R2外可量測地發生。在於第二電極134之外半徑R2內發生JPV下降之情況下，V 1 與V 11 之比率將指示此一下降。本文中應注意，上文關於第一透明電極之大小及其他參數之描述係非限制性的且應解釋為僅係闡釋性的。
現參考圖1F，根據本發明之一或多項實施例描繪電連接p-n接面103之p層及n層之一導電墊146。在一實施例中，導電墊146包含用於電連接p-n接面103之p層及n層之一軟金屬或導電彈性聚合物墊。本文中應注意，導電墊146可用於減小p層與n層之間的電阻，藉此減小在 脈衝照明具有高分流電阻之一p-n接面之後表面電位之恢復時間。
在另一實施例中，系統100包含一電極150(例如，金屬或導電彈性聚合物電極)，該電極150機械耦合至一垂直台148且經組態以提供第一透明電極114附近之頂部p-n接面層之接地。本文中應注意，此一接地組態可協助增大系統100之處理量。
圖1G繪示描繪根據本發明之一實施例之一脈衝式照明131及一JPV信號130之一圖表129。如圖1G中所示，入射於p-n接面103上之脈衝照明信號之光之脈衝用於激勵p-n接面103中之一JPV信號130。此外，由曲線133描繪依對數標度之JPV信號，其中在低JPV值下之相關聯衰減斜率可用於計算分流電阻。
在一實施例中，系統100可依據來自LED 108之光之強度量測p-n接面103之穩態及一維條件JPV信號。在另一實施例中，系統100可量測一非穩態條件下之一JPV信號。此外，基於p-n接面103之穩態JPV信號量測、非穩態JPV信號及/或經獲取電容值(例如，經獨立量測或計算)，控制器106可判定與p-n接面103相關聯之一或多個電特性。經由上述量測判定之電特性可包含但不限於用p-n接面之經量測第一光電壓、經量測額外光電壓或經判定光電流密度之至少一者判定之p-n接面之光電流密度、順向電壓、p-n接面之飽和電流密度或p-n接面之理想因子。
在一實施例中，藉由在「開」週期期間利用足夠低以達成JPV信號之完全飽和之一光調變頻率而達成該JPV之一穩態條件。在另一實施例中，藉由利用脈衝式光而達成該JPV之一穩態條件。例如，可利用圖1G之脈衝式光信號131以產生一穩態JPV信號，諸如信號130。本文中應注意，脈衝式照明可在p-n接面103中存在高分流電阻及/或低洩漏且JPV具有一相對長的衰減時間時尤其有用，如圖1G之曲線130中所示。此一條件集合可阻止一p-n接面103之一JPV信號在一經調變 光信號之「關」週期期間恢復。本文中應注意，可藉由量測以下兩者之間的JPV位準之差獲取一精確電壓量測：(i)一低強度階段(例如，全暗)與(ii)一高強度階段(例如，全亮)。本文中應進一步注意，在一維及穩態條件下，可藉由以下方程式判定接面光電壓V：J L =I 0．[exp(q．V/nkT)-1]+V/R SH (1)
其中J L 係光電流密度，q係一電子之電荷，k係波茲曼(Boltzman)常數，T係溫度，R SH 係p-n接面之分流電阻，n係p-n接面之理想因子且I 0 係p-n接面之飽和電流密度。
此外，在低照明強度下，對於其中V<kT/q之情況，根據以下方程式簡化上述關係式：
其中藉由以下方程式給定p-n接面之導電率G PN ：
本文中應認知，量測p-n接面之導電率尤其可用於判定具有一高錯位濃度之結構(諸如但不限於氮化鎵(GaN)LED或多晶結構)中之分流電阻。
在穩態及一維條件下，當利用低頻調變照明或脈衝照明且V>>kT/q時，可藉由以下方程式判定接面光電壓：
已表明一p-n接面之橫向電流之局部激發將導致給定照明區域內JPV之擴展及JPV之一變更。此一關係見於V.Faifer等人，Proceedings of 24 th ESSDERC 1994，Edinburgh，第601頁(1994年)；及V.N.Faifer等人，Appl.Phys.Let.，89,151123(2006年)，其等之全文各以引用的方式併入本文中。考慮到二極體電路，可將在光學激勵下之穩態JPV分 佈v(x,y)描述為：
其中v(x,y)表示依據x,y位置之接面光電壓，J L (x,y)表示依據x,y位置之光電流密度，且R S 係p-n結構之上層之薄層電阻。例如，利用上述方程式(1)，依據如自照明光束101之中心量測之「r」之對應接面光電壓曲線對應於圖1E中之曲線144，其中例如RB=3cm，RS=30Ohm/sq且JL=30mA/cm2。
在圖1E中描繪之實例中，其中v(R)=V(對於半徑R<1cm)，JPV對應於一維條件下對於第一電極114及周邊第二電極134兩者之上述方程式(4)。
此外，在其中R EL 及R 2 兩者小於1cm之實例中(如圖1E中之實例中)，可使用以下關係式計算由第一電極114捕捉之光電壓信號V 1 及由電極134捕捉之光電壓信號V 2 ：
其中C、C 1 、C 2 、C 22 係常數，其等可取決於電極114、134與p-n接面103之間的介電間隙(例如，氣隙)、預放大器116及136之放大增益及其他參數。在一實施例中，可藉由透過電開關126將一AC信號V 0 自經校準信號產生器128施加至夾盤125而判定常數C及C 22 。在另一實施例中，電開關126可電耦合至邊緣接觸墊146，從而允許該AC信號直接施加至半導體基板103之n層。此外，可藉由量測透過電極114、放大器116及/或解調變器118偵測之電壓、輸出信號V OUT1 及公式C=V OUT1 /V 0 而判定常數C。此外，可藉由量測透過電極134、放大器136及/或解調變器138偵測之電壓、輸出信號V OUT2 及公式C 22 =V OUT2 /V 0 而判定常數C 22 。
在另一實施例中，可在穩態及一維條件下使用在兩個不同強度Φ 1 及Φ 2 以及光電流密度J L1 及J L2 下獲得之來自電極114之光電壓信號V 1 及V 2 而判定飽和電流密度I 0 及理想因子n。例如，以下關係式使飽和電流密度及理想因子與光電壓信號、強度及光電流密度相關：
本文中應注意，在判定光電流密度時，可選擇光104之波長使得其在最大收集效率之範圍中，其中J L =QE*q(1-R)Φ，其中R表示反射率且QE表示量子效率。如此，可使用具連接至具類似反射率之p接面及n接面之電極之一校準p-n接面且在波長範圍中之最大收集效率下量測J L1 ，其中J L1 =QE*q(1-R)Φ 1 。
在另一實施例中，藉由在導致經量測JPV信號之一非穩態條件之光調變頻率下量測接面光電壓而判定光電流密度。就此而言，控制器106可引起信號產生器110將光調變頻率增大至達成JPV信號之一非穩態條件必需之一位準。本文中應注意，高頻光電壓信號V hf 可與照明強度成比例且與光之光調變頻率成反比。如此，p-n接面之電容C pn 可藉由以下方程式而與高頻光電壓相關：
如此，光電流密度可重寫為：J L =2πfC pn V hf (11)
本文中應注意，可量測或計算p-n接面之電容C pn 。在其中一作用層i安置於該結構之p層與n層之間之p-i-n結構(例如，GaN LED結構)之情況下，可藉由以下方程式計算該結構之電容：
其中d係i作用層之厚度，ε S 係該作用層之介電常數且ε 0 係自由空間之電容率。
在另一實施例中，可使用光電流密度J L 之一量測及以下關係式判定p-n接面103之電容C pn ：
例如，可使用系統100之一光電流密度探針(未展示)量測(但不一定量測)光電流密度J L 。在一實施例中，系統100之光電流密度探針可包含至照明區域101內之p-n接面103之頂層之一或多個接觸件。此外，p-n接面103之底層可連接至該光電流密度探針之一電流計(未展示)。在另一實施例中，該光電流密度探針可包含提供至照明區域內之p-n接面之頂面之一電接觸件之一透明電極。
此外，可由系統100經由一電容探針(未展示)直接量測C pn 之值。此外，利用前文描述之方程式，控制器106可使用以下關係式判定飽和電流密度：
在另一實施例中，利用JPV信號之導數判定光電流密度。例如，可分析瞬時回應之前邊緣處之JPV信號之導數。例如，可藉由分析瞬時回應之前邊緣處之JPV信號之導數而判定光電流密度，諸如由光脈衝131激勵之JPV回應130中所示。就此而言，以下關係式使光電流密度與在一第一強度下量測之JPV信號(V1)之導數相關：
在另一實施例中，控制器106可利用用於判定光電流密度之前文描述之方法之任意者產生一或多個I-V曲線。在一實施例中，可藉由在不同強度及調變頻率下量測一JPV信號而描繪出一或多個I-V曲線。在另一實施例中，可藉由分析對來自LED 108之一斜坡或三角形脈衝 光脈衝之瞬時JPV回應而描繪出一或多個I-V曲線。本文中應注意，在獲取一給定光電流密度值之後，可容易利用適用區域將該經獲取光電流密度值轉換成一光電流值。
本文中應注意，系統100不限於使用上文提供之方程式及關係式計算p-n接面103之各種特性，如前文描述。本揭示內容中提供之各種方程式及關係式係僅出於闡釋目的而提供且不應解釋為對本揭示內容之限制。本文中應認知，各種關係式可被控制器106用來使本發明之範疇及精神內之前文描述之數量之兩個或更多個相關。
圖2繪示描繪根據本揭示內容之一或多項實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一方法200之一流程圖。本文中應認知，可由系統100之組件及實施例之一或多者實施方法200之步驟之一或多者。然而，應注意，方法200不限於系統100之結構限制。
步驟202用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一區域。在一實施例中，第一強度Φ1之光具有足以建立p-n接面103之一接面光電壓信號之一穩態條件之一或多個時變特性。例如，第一強度Φ1之光具有足夠低以建立p-n接面103之接面光電壓之一穩態條件之一調變頻率f。就此而言，在激勵光信號之「開」階段期間，可由控制器106(或一使用者)調整該調變頻率直至達到JPV信號之飽和為止。藉由另一實例，第一強度Φ1之光可包含具有足以建立p-n接面之接面光電壓之一穩態條件之一強度輪廓之脈衝式光。在另一實施例中，照明區域101可等於玻璃板120之區域。在另一實施例中，由LED 108發射之第一強度Φ1之光透射穿過玻璃板120及第一透明電極114且接著撞擊於p-n接面103之前表面上。在一實施例中，可選擇第一強度之光之光譜範圍使得其對應p-n接面中高於一選定臨限之一量子效率(例如，處於或接近最大量子效率)。在一實施例中，可選擇第一強度之光之光譜範圍使得其與顯示給定p-n接面103之最大光譜效率之光譜範圍重疊。
步驟204用一第一透明電極114量測來自照明區域內之p-n接面103之一第一接面光電壓V 1 。在另一實施例中，用量測單元104之第一量測元件112之第一透明電極114及預放大器116及解調變器/偵測器118量測第一接面光電壓V 1 。
步驟206用一額外強度(例如，一第二光強度)之光照明p-n接面之表面區域。在一實施例中，額外強度Φ2之光具有足以建立p-n接面103之一接面光電壓信號之一穩態條件之一或多個時變特性。例如，額外強度Φ2之光可具有足夠低以建立p-n接面103之接面光電壓之一穩態條件之一調變頻率f。再者，在激勵光信號之「開」階段期間，可由控制器106(或一使用者)調整該調變頻率直至達到JPV信號之飽和為止。藉由另一實例，額外強度Φ2之光可包含具有足以建立p-n接面103之接面光電壓之一穩態條件之一強度輪廓之脈衝式光。在另一實施例中，照明區域101可等於玻璃板120之區域。在另一實施例中，由LED 108發射之額外強度Φ2之光透射穿過玻璃板120及第一透明電極114且接著撞擊於p-n接面103之前表面上。
步驟208用第一透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面103之一額外光電壓V 2 (例如，一第二光電壓)。在另一實施例中，用量測單元104之第一量測元件112之第一透明電極114及預放大器116及解調變器/偵測器118量測額外接面光電壓V 2 。本文中應注意，可替代地利用依一凱爾文探針組態之一振動電極量測穩態光電壓V 1 及V 2 。本文中進一步額外詳細地描述此一組態。
步驟210判定p-n接面103之一光電流密度。本文中應注意，可依貫穿本揭示內容描述之任何方式判定步驟210之光電流密度。
在一實施例中，藉由比較以下兩者而判定第一強度Φ1下p-n接面103之光電流密度：用透明電極114獲取之一初始光電流密度與經由一或多個接觸式電極自用實質上類似於第一強度之光之光照明之一校準 p-n接面獲取之一校準光電流密度，如前文描述。
在另一實施例中，藉由首先在足以達成p-n接面之接面光電壓之非穩態條件之一調變頻率f hf 下用第一強度之光照明p-n接面之表面區域而判定第一強度Φ1下p-n接面103之光電流密度。就此而言，控制器106可引導信號產生器110將該調變頻率增大至一頻率f hf ，其中對應JPV信號與f hf 成反比。接著，第一透明電極114可用第一透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面103之一高頻接面光電壓V hf 。此外，控制器106可獲取p-n接面103之一電容C pn 。例如，系統100可包含適於量測p-n接面103之電容之一或多個電路元件。藉由另一實例，可計算或估計p-n接面103之電容(例如，參見前文方程式12)。此外，可使用p-n接面103之高頻接面電壓V hf 、p-n接面103之電容C pn 及調變頻率f hf 判定在足以達成非穩態條件之一調變頻率下p-n接面103之光電流密度，如前文所示。
在另一實施例中，藉由分析第一接面電壓V 1 瞬時回應之一前邊緣處之第一接面光電壓V 1 之導數而判定p-n接面103之光電流密度，如前文描述。
步驟212用p-n接面103之經量測第一光電壓V 1 、經量測額外光電壓V 2 或光電流密度判定順向電壓、飽和電流密度I 0 或理想因子n。例如，控制器106可使用p-n接面103之經量測第一光電壓V 1 、經量測額外光電壓V 2 或光電流密度連同前文描述之各種關係式(或其等效關係式)判定順向電壓、飽和電流密度I 0 或理想因子n。
步驟214產生一或多個I-V曲線。在一實施例中，可藉由在多個照明強度及/或調變頻率下獲取一接面光電壓及一對應光電流密度而產生一或多個I-V曲線。就此而言，可重複步驟202至212以建置與一給定p-n接面103相關聯之一或多個I-V曲線。例如，控制器106可利用前文描述之方程式(11)(或一類似關係式)以藉由在多個照明強度及/或頻 率下獲取多個光電壓及對應光電流而構造一或多個I-V曲線。
圖3A繪示描繪根據本揭示內容之一或多項實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一方法300之一流程圖。本文中應注意，除非另有說明，否則前文描述之各種組件、步驟及實施例應解釋為擴展至用於方法300。
步驟302用一第一強度Φ1之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域。在一實施例中，第一強度Φ1之光具有足以建立p-n接面103之一接面光電壓信號之一穩態條件之一或多個時變特性，如前文描述。步驟304用一第一透明電極114量測來自照明區域內之p-n接面103之一第一接面光電壓V 1 ，如前文描述。步驟306用一額外強度Φ2之光照明p-n接面103之表面之照明區域，如前文描述。步驟308用第一透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面103之一額外光電壓V 2 (例如，一第二光電壓)，如前文描述。
步驟310監控第一接面光電壓V 1 及/或額外接面電壓V 2 之一維特性。在一實施例中，用一第二透明電極134監控第一接面光電壓V 1 及/或額外接面電壓V 2 之一維特性，該第二透明電極134定位於照明區域101內且具有在第一透明電極114之第一區域外部之一第二區域。就此而言，第二透明電極134可結合第一透明電極114監控與p-n接面103之一接面光電壓信號相關聯之一維條件或特性。就此而言，在由二極體108發射之光之一給定強度ΦN下，第一透明電極114可量測一接面光電壓V N 。此外，在相同光強度ΦN下，第二透明電極134可量測一接面光電壓V NN 。就此而言，可藉由比較V N 與V NN (例如，計算V N 與V NN 之間的比率，計算V N 與V NN 之間的差等)而監控一給定接面光電壓之一維性質。就此而言，可將V NN 信號視作由第N強度ΦN之照明激勵之第一JPV信號V N 之一橫向延伸部分。
在一實施例中，藉由用第二透明電極134量測來自用第一強度Φ1 之光照明之照明區域101內之p-n接面103之一部分之一接面光電壓V 11 而監控第一接面光電壓V 1 之一維特性或條件。接著，可比較(在強度Φ1下用第二電極134量測之)接面光電壓V 11 與(在強度Φ1下用第一電極114量測之)第一接面光電壓V 1 。就此而言，可藉由比較V 1 與V 11 而監控第一接面光電壓之一維性質。例如，控制器106可計算V 1 與V 11 之間的比率，計算V 1 與V 11 之間的差等。就此而言，可將V 11 信號視作由第一強度Φ1之照明激勵之第一JPV信號V 1 之一橫向延伸部分。
在另一實施例中，藉由用第二透明電極134量測來自用額外強度Φ2之光照明之照明區域101內之p-n接面103之一部分之一接面光電壓V 22 而監控額外接面光電壓V 2 之一維特性或條件。接著，可比較(在強度Φ2下用第二電極134量測之)接面光電壓V 22 與(在強度Φ2下用第一電極114量測之)額外接面光電壓V 2 。就此而言，可藉由比較V 2 與V 22 而監控額外接面光電壓之一維性質。例如，控制器106可計算V 2 與V 22 之間的比率，計算V 2 與V 22 之間的差等。就此而言，可將V 22 信號視作由第二強度Φ2之照明激勵之第二JPV信號V 2 之一橫向延伸部分。
本文中應進一步注意，可在各種強度、波長及調變頻率下重複此程序。應進一步注意，參考步驟310描述之子步驟不限於方法300之額外步驟且可獨立於方法300之額外步驟實施，從而允許系統100在任何背景下監控JPV信號之一維性質。
步驟312判定p-n接面之一光電流密度。本文中應注意，可依貫穿本揭示內容描述之任何方式完成判定p-n接面103之一光電流密度之步驟312。
例如，如圖3B中所示，判定p-n接面103之一光電流密度之步驟312包含子步驟312a至312d。子步驟312a在足以達成p-n接面103之一接面光電壓信號之非穩態條件之一調變頻率f hf 下用第一強度Φ1之光照明p-n接面103之表面之照明區域101。例如，如前文描述，照明單元 102在足以達成p-n接面103之接面光電壓之非穩態條件之一調變頻率f hf 下用第一強度Φ1之光照明p-n接面103之表面區域。就此而言，控制器106可引導信號產生器110將該調變頻率增大至一頻率f hf ，其中對應JPV信號與f hf 成反比。
子步驟312b用第一透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面103之一高頻接面光電壓V hf 。例如，第一透明電極114及對應信號處理電路(例如，預放大器116及/或解調變器/偵測器118)可量測來自照明區域101內之p-n接面103之一高頻接面光電壓V hf 。
子步驟312c獲取p-n接面之一電容。在一實施例中，控制器106可獲取p-n接面103之一電容Cpn。例如，系統100可包含適於量測p-n接面103之電容之一或多個電路元件。例如，此等電路元件可包含用來量測與p-n接面之p-n介面相關聯之電容之一獨立電容探針。藉由另一實例，可由控制器106計算或估計p-n接面103之電容(例如，參見前文方程式12)。藉由另一實例，控制器106可自一使用者或自一附加量測工具或系統接收p-n接面之一電容值。
子步驟312d用p-n接面103之高頻接面電壓V hf 、p-n接面103之電容C pn 及調變頻率f hf 判定p-n接面103之一光電流密度。例如，控制器106可基於p-n接面103之高頻接面電壓V hf 、p-n接面103之電容C pn 及調變頻率f hf 之經量測或經獲取值以及前文描述之方程式(11)計算一或多個光電流密度值。
在另一實施例中，可藉由比較以下兩者而判定第一強度Φ1下p-n接面103之光電流密度：用透明電極114獲取之一初始光電流密度與經由一或多個接觸式電極自用實質上類似於第一強度之光之光照明之一校準p-n接面獲取之一校準光電流密度，如前文描述。
在另一實施例中，可藉由分析第一接面電壓V 1 瞬時回應之一前邊緣處之第一接面光電壓V 1 之導數而判定p-n接面103之光電流密度，如 前文描述。
步驟314用p-n接面103之經量測第一光電壓V 1 、經量測額外光電壓V 2 或光電流密度判定順向電壓、飽和電流密度I 0 或理想因子n。例如，控制器106可使用p-n接面103之經量測第一光電壓V 1 、經量測額外光電壓V 2 或光電流密度連同前文描述之各種關係式(或其等效關係式)判定順向電壓、飽和電流密度I 0 或理想因子n。
步驟316產生一或多個I-V曲線。在一實施例中，藉由在多個照明強度及/或調變頻率下獲取一接面光電壓及一對應光電流產生一或多個I-V曲線。就此而言，可重複步驟302至314以建置與一給定p-n接面103相關聯之一或多個I-V曲線。例如，控制器106可利用前文描述之方程式(11)(或一類似關係式)以藉由在多個照明強度Φ1至ΦN及/或調變頻率f 1 至f N 下獲取多個光電壓V 1 至V N 及對應光電流密度J 1 至J N 而構造一或多個I-V曲線。
現參考圖4，根據本發明之一或多項實施例描繪系統100之一凱爾文探針單元402。本文中應注意，除非另有說明，否則前文描述之各個組件、步驟及實施例應解釋為擴展至用於圖4中之系統100之實施例。本文中應注意，可利用圖4之凱爾文探針組態以基於透過在暗及穩態照明條件下量測接觸式電位差(CPD)進行之一差分表面電位量測而量測穩態接面光電壓。就此而言，可計算p-n接面103之順向電壓。本文中應注意，出於此描述之目的，順向電壓等效於或近似等效於一第一接面電壓V 1 或一額外接面電壓V 2 ，其等可寫為：V 1=CPD φ1-CPD dark (16)
V 2=CPD φ2-CPD dark (17)
其中CPD φ1及CPD φ1表示在第一光強度Φ1及額外光強度Φ2下獲得之CPD且CPD dark 表示在暗或近暗照明條件下獲得之CPD。
在一實施例中，探針單元402包含一振動元件404(例如，振動器) 及一耦合元件406(例如，桿)。在一實施例中，透明元件120(例如，一或多個玻璃板)機械地耦合至耦合元件406，從而允許振動元件404機械地驅動透明元件120之運動且因此第一電極114及/或第二電極134之運動。在另一實施例中，振動元件404通信地耦合至控制器106。就此而言，控制器106可引導振動元件404在一選定振幅及/或頻率下驅動玻璃元件120及電極114及/或134之機械運動。本文中應注意，雖然圖4描繪僅具第一電極114且非外部第二電極134之系統100，但此不應解釋為對本文中描述之凱爾文探針技術之實施之限制。本文中應注意，凱爾文探針單元402可經組態以結合一單一電極114或結合第一透明電極114及第二透明外電極134操作。
通常在透明電極之背景下利用之凱爾文探針技術大體上描述於1993年6月1日發佈之Verkuil之美國專利第5,216,362號中，其全文在上文以引用的方式併入。
在一實施例中，振動電極114可藉由判定在暗照明及一第一強度Φ1之一照明兩者下p-n接面103之CPD而量測來自照明區域101內之p-n接面103之部分之一第一接面光電壓V 1 。在一實施例中，控制器106可判定在暗條件(即，零或近零照明)下量測之一第一表面電位與在來自LED 108之第一強度Φ1之光下量測之一額外表面電位之間的差。例如，系統100可建立一暗照明條件(例如，零或近零照明)。接著，振動電極114(及量測單元104之其餘部分)可在暗照明條件下量測p-n接面103之表面電位。此外，照明單元102可用第一強度Φ1之光照明p-n接面103。繼而，振動電極114(及量測單元104之其餘部分)可用撞擊於p-n接面103上之第一強度Φ1之光量測p-n接面103之表面電位。此外，控制器106(例如，控制器106之一或多個處理器)可計算第一光強度下之表面電位與暗照明條件下之表面電位之間的差以求得一第一光電壓V 1 (等效於順向電壓)。
在另一實施例中，振動電極114可藉由判定暗照明及額外強度Φ2之一照明下p-n接面103之CPD而量測來自照明區域101內之p-n接面103之部分之一額外光電壓V 2 。在一實施例中，控制器106可計算暗條件(即，零或近零照明)下量測之一第一表面電位與在來自LED 108之額外強度Φ2之光下量測之一額外表面電位之間的差。例如，系統100可建立一暗照明條件。接著，振動電極114(及量測單元104之其餘部分)可在暗照明條件下量測p-n接面103之表面電位(或重新使用上文描述之暗照明條件之結果)。此外，照明單元102可用額外強度Φ2之光照明p-n接面。繼而，振動電極114(及量測單元104之其餘部分)可用撞擊於p-n接面103上之額外強度Φ2之光量測p-n接面103之表面電位。此外，控制器106(例如，控制器106之一或多個處理器)可計算額外光強度下之表面電位與暗照明條件下之表面電位之間的差以求得一額外光電壓V 2 (等效於順向電壓)。
在另一實施例中，可經由第二振動透明電極134監控第一接面光電壓V 1 或額外光電壓V 2 之一維條件或特性。就此而言，可經由上文描述之表面電位差分技術判定接面光電壓V 11 及/或V 22 。繼而，可比較用第二振動透明電極134獲取之接面光電壓V 11 及/或V 22 與用第一振動透明電極114獲取之JPV信號V 1 及V 2 (例如，計算比率，計算差等)，以分別監控JPV信號之一維性質。本文中應注意，V 1 /V 11 與/或V 2 /V 22 之間的比較類似於前文描述之比較。
可依貫穿本揭示內容描述之任何方式量測光電流密度J L 。例如，可利用校準p-n接面技術或非穩態JPV量測技術量測光電流密度J L ，該等技術之各者係貫穿本揭示內容進行描述。
在另一實施例中，可利用用振動電極114量測之JPV信號之導數判定光電流密度J L 。例如，可分析瞬時回應之前邊緣處之JPV信號之導數。就此而言，可分析藉由凱爾文探針技術量測且藉由一光脈衝激 勵之JPV回應。例如，可使用在一第一強度下量測之JPV信號(V 1 )之導數以依大致相同於前文參考方程式(15)描述之方式計算光電流密度J L 。
圖5繪示描繪根據本揭示內容之一或多項實施例之用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之一方法500之一流程圖。本文中應注意，除非另有說明，否則前文描述之各種組件、步驟及實施例應解釋為擴展至用於方法500。本文中應注意，可利用圖4之凱爾文探針組態實行方法500，但方法500不限於圖4中描繪之結構限制。
步驟502用一第一強度Φ1之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域，該第一強度Φ1之光具有足以建立p-n接面103之一接面光電壓信號之一穩態條件之一或多個時變特性，如前文描述。
步驟504用一第一振動透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面103之一部分之一第一接面光電壓V 1 。在一實施例中，用第一振動透明電極114藉由判定以下兩者之間的差而量測第一接面光電壓V 1 ：一暗照明條件(例如，零照明或近零照明)期間量測之一第一表面電位與第一強度Φ1之光照明期間於一穩態條件中量測之一額外表面電位。在一實施例中，振動電極114可藉由判定在暗照明及第一強度Φ1之一照明兩者下p-n接面103之CPD而量測來自照明區域101內之p-n接面103之部分之一第一接面光電壓V 1 。例如，控制器106可判定暗條件下量測之一第一表面電位與第一強度Φ1下量測之一額外表面電位之間的差。就此而言，控制器106(例如，控制器106之一或多個處理器)可計算第一光強度Φ1下之表面電位與暗照明條件下之表面電位之間的差以求得一第一光電壓V 1 。
步驟506用一額外強度Φ2之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域，該額外強度Φ2之光具有足以建立p-n接面103之一接面光電壓信號之一穩態條件之一或多個時變特性，如前文描述。
步驟508用第一振動透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面103之一部分之一額外接面光電壓V 2 。在一實施例中，用第一振動透明電極114藉由判定以下兩者之間的差而量測額外接面光電壓V 1 ：一暗照明條件(例如，零照明或近零照明)期間量測之一第一表面電位與額外強度Φ2之光照明期間於一穩態條件中量測之一額外表面電位。在一實施例中，振動電極114可藉由判定在暗照明及額外強度Φ2之一照明兩者下p-n接面103之CPD而量測來自照明區域101內之p-n接面103之部分之一額外接面光電壓V 2 。例如，控制器106可判定暗條件下量測之一第一表面電位與額外強度Φ2下量測之一額外表面電位之間的差。就此而言，控制器106可計算額外光強度Φ2下之表面電位與暗照明條件下之表面電位之間的差以求得額外光電壓V 2 。
步驟510判定第一強度(或額外強度)下p-n接面103之一光電流密度。本文中應注意，可依貫穿本揭示內容描述之任何方式完成判定p-n接面103之一光電流密度之步驟510。例如，方法500可在足以達成p-n接面103之一接面光電壓信號之非穩態條件之一調變頻率f hf 下用第一強度Φ1之光照明p-n接面103之表面之照明區域101。就此而言，控制器106可引導信號產生器110將該調變頻率增大至一頻率f hf ，其中對應JPV信號與f hf 成反比。在另一實施例中，方法500包含使用第一振動透明電極114量測來自照明區域101內之p-n接面之部分之一高頻接面光電壓V hf 。例如，第一振動透明電極114及對應信號處理電路(例如，預放大器116及/或解調變器/偵測器118)可量測來自照明區域101內之p-n接面103之一高頻接面光電壓V hf 。在另一實施例中，方法500包含獲取p-n接面103之一電容。例如，可依貫穿本揭示內容描述之任何方式(諸如但不限於獨立量測、計算或使用者輸入)獲取p-n接面103之電容C pn 。
在另一實施例中，方法500包含藉由用第一振動電極114獲得之高 頻接面電壓V hf 、p-n接面103之電容C pn 及調變頻率f hf 判定p-n接面103之光電流密度。例如，控制器106可基於p-n接面103之高頻接面電壓V hf 、p-n接面103之電容C pn 及調變頻率f hf 之經量測或經獲取值以及前文描述之方程式(11)計算一或多個光電流密度值。
在另一實施例中，可藉由比較以下兩者而判定第一強度Φ1下p-n接面103之光電流密度：用透明電極114獲取之一初始光電流密度與經由一或多個接觸式電極自用實質上類似於第一強度之光之光照明之一校準p-n接面獲取之一校準光電流密度，如前文描述。
步驟512用p-n接面103之經量測第一光電壓V 1 、經量測額外光電壓V 2 或光電流密度判定順向電壓、飽和電流密度I 0 或理想因子n。例如，控制器106可使用p-n接面103之經量測第一光電壓V 1 、經量測額外光電壓V 2 或光電流密度連同前文描述之各種關係式(或其等效關係式)判定順向電壓、飽和電流密度I 0 或理想因子n。
步驟514產生一或多個I-V曲線。在一實施例中，可藉由在多個照明強度及/或調變頻率下獲取一接面光電壓及一對應光電流密度產生一或多個I-V曲線。就此而言，可重複步驟502至512以建置與一給定p-n接面103相關聯之一或多個I-V曲線。例如，控制器106可利用前文描述之方程式(11)(或一類似關係式)以藉由在多個照明強度Φ1至ΦN及/或調變頻率f 1 至f N 下獲取多個光電壓V 1 至V N 及對應光電流密度J 1 至J N 而構造一或多個I-V曲線。
在另一實施例中，方法500可用定位於照明區域101內之一第二振動透明電極134監控第一接面光電壓V 1 及/或額外接面電壓V 2 之一維特性，如前文描述。就此而言，第二振動透明電極134可結合第一振動透明電極114監控與p-n接面103之一接面光電壓信號相關聯之一維條件或特性。就此而言，在一給定強度ΦN下，第一振動透明電極114可量測一接面光電壓V N 。此外，在相同光強度ΦN下，第二振動透明電 極134可量測一接面光電壓V NN 。就此而言，可藉由比較V N 與V NN (例如，計算V N 與V NN 之間的比率，計算V N 與V NN 之間的差等)而監控一給定接面光電壓之一維性質。如前文所述，V NN 信號被視為由第N強度ΦN之照明激勵之第一JPV信號V N 之一橫向延伸部分。
應進一步認知，控制器106可執行貫穿本揭示內容描述之各種方法之任意者之一或多個步驟。就此而言，所揭示方法可實施為一程式指令集合。此外，應瞭解，所揭示方法中之步驟之特定次序或階層係例示性方法之實例。基於設計偏好，應瞭解，可重新配置該方法中之步驟之特定次序或階層同時保持在本揭示內容之範疇及精神內。隨附方法申請專利範圍依一樣本次序呈現各種步驟之元素，且不一定意指限於所呈現之特定次序或階層。
在一實施例中，控制器106包含一或多個處理器及記憶體(例如，非暫時性記憶體)。控制器106之一或多個處理器可包含此項技術中已知之任一或多個處理元件。大體上，術語「處理器」可經廣義定義以涵蓋具有一或多個處理元件之任何器件，其執行來自一非暫時性記憶體媒體之程式指令。一或多個處理器可包含經組態以執行軟體演算法及/或程式指令之任何微處理器型器件。在一實施例中，一或多個處理器可包含一桌上型電腦、主機電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或經組態以執行經組態以操作系統100之一程式指令集合之其他電腦系統(例如，網路電腦)之任一者，如貫穿本揭示內容描述。應認知，可由一單一控制器或替代地由多個處理器實行貫穿本揭示內容描述之步驟。記憶體可包含此項技術中已知適於儲存可由控制器106之相關聯之一或多個處理器執行之程式指令之任何儲存媒體。例如，記憶體可包含但不限於一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁性或光學記憶體器件(例如，磁碟)、一磁帶、一固態磁碟機等。在另一實施例中，本文中應注意，記憶體經組態以儲存來自系統100之各 種子系統之一或多者之一或多個結果。在另一實施例中，記憶體可相對於處理器及控制器106之實體位置而遠端定位。例如，控制器106之一或多個處理器可存取可透過一網路(例如，網際網路、內部網路等)存取之一遠端記憶體(例如，伺服器)。
本文中描述之所有方法可包含將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存於一儲存媒體中。該等結果可包括本文中描述之結果之任意者且可依此項技術中已知之任何方式儲存。該儲存媒體可包含本文中描述之任何儲存媒體或此項技術中已知之任何其他合適儲存媒體。在已儲存該等結果之後，該等結果可在該儲存媒體中存取且可供本文中描述之方法或系統實施例之任意者使用，經格式化以對一使用者顯示，供另一軟體模組、方法或系統等使用。此外，該等結果可「永久性地」、「半永久性地」、暫時地儲存或儲存一段時期。例如，該儲存媒體可為隨機存取記憶體(RAM)，且該等結果未必無限期地存留於該儲存媒體中。
應進一步預期，上文描述之方法之實施例之各者可包含本文中描述之任何其他方式之任何其他步驟。此外，可由本文中描述之系統之任意者執行上文描述之方法之實施例之各者。
熟習此項技術者將明白存在可藉由其實現本文中描述之程序及/或系統及/或其他技術之各種工具(例如，硬體、軟體及/或韌體)，且較佳工具將隨部署程序及/或系統及/或其他技術之背景而變化。例如，若一實施者判定速度及精度最為重要，則該實施者可選擇一以硬體及/或韌體為主之工具；替代地，若靈活性係最為重要，則該實施者可選擇一以軟體為主之實施方案；再或者，該實施者可選擇硬體、軟體及/或韌體之某個組合。因此，存在可藉由其實現本文中描述之程序及/或器件及/或其他技術之若干可能工具，該等工具之任一者本質上不優於其他工具，因為將使用之任何工具係取決於將部署該工具 之背景及該實施者之考量因素(例如，速度、靈活性或可預測性)之選擇，該等背景及考量因素之任意者可能變化。熟習此項技術者將認知，實施方案之光學態樣通常將採用光學定向之硬體、軟體及/或韌體。
據信，藉由前文描述將瞭解本揭示內容及其許多伴隨優點，且顯而易見的，在不悖離所揭示標的或在不捨棄其所有材料優點之情況下，可對組件之形式、構造及配置作出各種改變。所描述形式僅係說明性的，且下文申請專利範圍之意圖為涵蓋及包含此等變化。此外，應瞭解本發明由隨附申請專利範圍定義。

Claims (46)

  1. 一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之裝置，其包括：一照明單元，其用於用一或多個選定強度及一或多個選定頻率之光照明一p-n接面之一表面；一量測單元，其包含至少一第一量測元件，其包含一第一透明電極，該第一透明電極定位為接近於該p-n接面且經組態以將來自該照明單元之光透射至該p-n接面之該表面，其中該第一透明電極具有一第一區域，其用於量測對應該經照明區域內之第一區域之該p-n接面之一接面光電壓，其中該第一電極之該第一區域小於由該照明單元照明之區域以限制該接面光電壓之橫向擴展對該接面光電壓之該量測之一影響；及一控制器，其至少通信地耦合至該量測單元及該照明單元，該控制器經組態以：控制來自該照明單元之該光之光強度或頻率之至少一者；自該量測單元接收在該一或多個選定光強度及該一或多個選定頻率下進行之該接面光電壓之一或多個量測；及用自該量測單元接收之該接面光電壓之該一或多個量測判定以下至少一者：該p-n接面之一光電流密度、該p-n接面之一順向電壓、該p-n接面之一飽和電流密度、該p-n接面之一理想因子或該p-n接面之一或多個I-V曲線。
  2. 如請求項1之裝置，其中一或多個選定強度及一或多個選定頻率之該光包含：在足以建立該接面光電壓內之一穩態之一調變頻率下調變之經調變光之至少一者。
  3. 如請求項1之裝置，其中一或多個選定強度及一或多個選定頻率之該光包含：一選定量值及脈衝持續時間之脈衝式光。
  4. 如請求項1之裝置，其中一或多個選定強度及一或多個選定頻率之該光包含：在足以建立該接面光電壓內之一非穩態之一調變頻率下調變之經調變光之至少一者。
  5. 如請求項4之裝置，其中該控制器進一步經組態以：使用該調變頻率、該p-n接面之一經量測高頻接面光電壓及該p-n接面之一電容判定一光電流密度。
  6. 如請求項1之裝置，其中該量測單元進一步包含：一第二量測元件，其包含具有一第二區域之一第二電極，該第二電極定位於該照明區域內及該第一電極之該第一區域外。
  7. 如請求項6之裝置，其中該第二電極及該第一電極經組態以監控該接面光電壓之一個一維條件。
  8. 如請求項6之裝置，其中該量測子系統之該第一量測元件或該第二量測元件之至少一者進一步包含：一或多個信號處理元件。
  9. 如請求項8之裝置，其中該一或多個信號處理元件包括：至少一預放大器、解調變器或偵測器。
  10. 如請求項1之裝置，其中該p-n接面包括：一基於同質接面之p-n接面及一基於異質接面之p-n接面之至少一者。
  11. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一接地頂部透明電極，其經組態以至少屏蔽該第一透明電極。
  12. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一透明元件，其經組態以至少緊固該第一透明電極及定位於該第一透明電極外之一第二透明電極。
  13. 如請求項12之裝置，其進一步包括：一振動元件，其耦合至該透明元件，其中該振動元件經組態以至少機械地驅動該第一透明電極之運動。
  14. 如請求項13之裝置，其中該控制器經組態以藉由計算以下兩者之間的一差而量測一或多個接面光電壓值：在一暗照明條件期間用該第一透明電極量測之一第一表面電位與在一第一強度之光照明期間於一穩態條件中用該第一透明電極量測之一額外表面電位。
  15. 一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之方法，其包括：用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域，其中該第一強度之該光之調變足以建立該p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件；用定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一透明電極量測來自於由該第一強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之一第一接面光電壓，其中該透明電極之一第一區域小於該照明之區域以限制該接面光電壓之橫向擴展對該接面光電壓之該量測之一影響；用一額外強度之光照明該p-n接面之該表面之該區域，該額外強度之該光不同於該第一強度之該光，其中該額外強度之該光足以建立該p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件；用該透明電極量測來自於由該額外強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之該部分之一額外光電壓；及 用該接面光電壓或該額外光電壓之至少一者來判定以下至少一者：該p-n接面之一光電流密度、該p-n接面之一順向電壓、該p-n接面之一飽和電流密度、該p-n接面之一理想因子或該p-n接面之一或多個I-V曲線。
  16. 如請求項15之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該光之至少一者包括：強度經調變之光，其具有足夠低以建立該p-n接面之該接面光電壓之一穩態條件之一調變頻率。
  17. 如請求項15之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該光之至少一者包括：脈衝式光，其具有足以建立該p-n接面之該接面光電壓之一穩態條件之一強度輪廓。
  18. 如請求項15之方法，其中該p-n接面之該第一表面包括：該p-n接面之一前表面。
  19. 如請求項15之方法，其中該p-n接面包括：一基於同質接面之p-n接面及一基於異質接面之p-n接面之至少一者。
  20. 如請求項15之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該光之至少一者具有一光譜範圍，其包含對應於該p-n接面中高於一選定臨限之一量子效率之一波長或波長範圍。
  21. 如請求項15之方法，其中該p-n接面之該光電流密度係藉由比較以下兩者而判定：用該透明電極獲取之一初始光電流密度與經由一或多個接觸式電極自用實質上類似於該第一強度之該光之光照明之一校準p-n接面獲取之一校準光電流密度。
  22. 如請求項21之方法，其中在該p-n接面之p層及n層電耦合的情況下量測該接面光電壓及該額外接面光電壓。
  23. 如請求項21之方法，其進一步包括：比較該第一光電壓或該額外光電壓之至少一者與自該區域量測且由施加至該p-n接面之一交流電壓引發之一或多個接面電壓信號。
  24. 如請求項15之方法，其中該p-n接面之該光電流密度係藉由以下方式判定：在足以達成該p-n接面之該接面光電壓之非穩態條件之一調變頻率下用該第一強度之光照明該p-n接面之該表面之該區域；用該透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之該部分之一高頻接面光電壓；獲取該p-n接面之一電容；及用該p-n接面之該高頻接面電壓、該p-n接面之該電容及該調變頻率判定足以達成該p-n接面之該接面光電壓之非穩態條件之該調變頻率下該p-n接面之一光電流密度。
  25. 如請求項15之方法，其中該p-n接面之該光電流密度係藉由分析第一接面電壓瞬時回應之一前邊緣處之該第一接面光電壓之導數而判定。
  26. 一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之方法，其包括：用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一照明區域，其中該第一強度之該光足以建立該p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件；用具有一第一區域且定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一第一透明電極量測來自於由該第一強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之一第一接面光電壓；用一額外強度之光照明該p-n接面之該表面之該照明區域，其 中該額外強度之該光足以建立該p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件；用該第一透明電極量測來自於由該額外強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之該部分之一額外光電壓；藉由用定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一第二透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控該第一接面光電壓或該額外接面電壓之至少一者之一一維特性(one dimensional character)，該第二透明電極具有在該第一透明電極之該第一區域外部之一第二區域；在足以達成該p-n接面之該接面光電壓之非穩態條件之一調變頻率下用該第一強度之光照明該p-n接面之該表面之該照明區域；用該第一透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之該部分之一高頻接面光電壓；獲取該p-n接面之一電容；及用該p-n接面之該高頻接面電壓、該p-n接面之該電容及該調變頻率之至少一者判定該p-n接面之一光電流密度。
  27. 如請求項26之方法，其進一步包括：用該p-n接面之該經量測第一光電壓、該經量測額外光電壓或該經判定光電流密度之至少一者判定該p-n接面之一順向電壓、該p-n接面之一飽和電流密度或該p-n接面之一理想因子之至少一者。
  28. 如請求項26之方法，其進一步包括：藉由在複數個照明強度之各者下獲取一接面光電壓及一對應光電流而產生該p-n接面之一或多個I-V曲線。
  29. 如請求項26之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該 光之至少一者包括：強度經調變之光，其具有足夠低以建立該p-n接面之該接面光電壓之一穩態條件之一調變頻率。
  30. 如請求項26之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該光之至少一者包括：脈衝式光，其具有足以建立該p-n接面之該接面光電壓之一穩態條件之一強度輪廓。
  31. 如請求項26之方法，其中該第二透明電極與該第一透明電極同心。
  32. 如請求項26之方法，其中該p-n接面之該第一表面包括：該p-n接面之一前表面。
  33. 如請求項26之方法，其中該p-n接面包括：一基於同質接面之p-n接面及一基於異質接面之p-n接面之至少一者。
  34. 如請求項26之方法，其中藉由用定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一第二透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控該第一接面光電壓或該額外接面光電壓之至少一者之一維特性包括：藉由用該第二透明電極量測來自用該第一強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而量測該第一接面光電壓之一維特性；及比較以下兩者：用該第二透明電極量測之來自用該第一強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該接面光電壓與用一第一透明電極量測之來自由該第一強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該第一接面光電壓。
  35. 如請求項26之方法，其中藉由用定位於該照明區域內且接近於 該p-n接面之該表面之一第二透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控該第一接面光電壓或該額外接面光電壓之至少一者之一維特性包括：藉由用該第二透明電極量測來自用該額外強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而量測該額外接面光電壓之一維特性；及比較以下兩者：用該第二透明電極量測之來自用該額外強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該接面光電壓與用一第一透明電極量測之來自由該額外強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該額外接面光電壓。
  36. 一種用於非接觸式量測一p-n接面之一或多個特性之方法，其包括：用一第一強度之光照明一p-n接面之一表面之一區域，其中該第一強度之該光足以建立該p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件；藉由判定以下兩者之間的一差而量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一第一接面光電壓：在一暗照明條件期間量測之一第一表面電位與在該第一強度之該光照明期間於一穩態條件中用一第一振動透明電極量測之一額外表面電位；用一額外強度之光照明該p-n接面之該表面之該區域，其中該額外強度之該光足以建立該p-n接面之一接面光電壓之一穩態條件；藉由判定以下兩者之間的一差而量測來自該照明區域內之該p-n接面之該部分之一額外光電壓：在該暗照明條件期間量測之該第一表面電位與在該額外強度之該光之照明期間於一穩態條件中用該第一振動透明電極量測之一額外表面電位；及 判定該第一強度下該p-n接面之一光電流密度。
  37. 如請求項36之方法，其進一步包括：用該p-n接面之該經量測第一光電壓、該經量測額外光電壓或該經判定光電流密度之至少一者判定該p-n接面之一順向電壓、該p-n接面之一飽和電流密度或一理想因子之至少一者。
  38. 如請求項36之方法，其進一步包括：藉由在複數個照明強度之各者下獲取一接面光電壓及一對應光電流而產生該p-n接面之一或多個I-V曲線。
  39. 如請求項36之方法，其進一步包括：藉由用定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一第二振動透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控該第一接面光電壓或該額外接面電壓之至少一者之一維特性，該第二振動透明電極具有在該第一透明電極之該第一區域外部之一第二區域。
  40. 如請求項39之方法，其中藉由用定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一第二振動透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控該第一接面光電壓或該額外接面電壓之至少一者之一維特性包括：藉由用該第二振動透明電極量測來自用該第一強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而量測該第一接面光電壓之一維特性；及比較以下兩者：用該第二振動透明電極量測之來自用該第一強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該接面光電壓與用該第一振動透明電極量測之來自用該第一強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該第一接面光電壓。
  41. 如請求項38之方法，其中藉由用定位於該照明區域內且接近於該p-n接面之該表面之一第二振動透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而監控該第一接面光電壓或該額外接面電壓之至少一者之一維特性包括：藉由用該第二振動透明電極量測來自用該額外強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之一接面光電壓而量測該額外接面光電壓之一維特性；及比較以下兩者：用該第二振動透明電極量測之來自用該額外強度之光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該接面光電壓與用一第一振動透明電極量測之來自藉由該額外強度之該光照明之該照明區域內之該p-n接面之一部分之該額外接面光電壓。
  42. 如請求項36之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該光之至少一者包括：強度經調變之光，其具有足夠低以建立該p-n接面之該接面光電壓之一穩態條件之一調變頻率。
  43. 如請求項36之方法，其中該第一強度之該光或該額外強度之該光之至少一者包括：脈衝式光，其具有足以建立該p-n接面之該接面光電壓之一穩態條件之一強度輪廓。
  44. 如請求項36之方法，其中該p-n接面包括：一基於同質接面之p-n接面及一基於異質接面之p-n接面之至少一者。
  45. 如請求項36之方法，其中該判定該第一強度下該p-n接面之一光電流密度包括：藉由比較以下兩者而判定該第一強度下該p-n接面之一光電流 密度：用該第一振動透明電極獲取之一初始光電流密度與經由一或多個接觸式電極自用實質上類似於該第一強度之該光之光照明之一校準p-n接面獲取之一校準光電流密度。
  46. 如請求項36之方法，其中該判定該第一強度下該p-n接面之一光電流密度包括：在足以達成該p-n接面之該接面光電壓之非穩態條件之一調變頻率下用該第一強度之光照明該p-n接面之該表面之該區域；用該第一振動透明電極量測來自該照明區域內之該p-n接面之該部分之一高頻接面光電壓；獲取該p-n接面之一電容；及用該p-n接面之該高頻接面電壓、該p-n接面之該電容及該調變頻率判定足以達成該p-n接面之該接面光電壓之非穩態條件之該調變頻率下該p-n接面之一光電流密度。
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