表面光电压谱仪的软件设计

 

　　0 引言

　　表面光电压是指当使用高于禁带宽度能量的光照射半导体材料时，电子从导带跃迁到价带而产生电子空穴对所形成的电压。一方面，常温下n型半导体的能带向上弯曲，形成内建电场，并在电场作用下，载流子发生漂移;另一方面，由于半导体表面的载流子浓度高于体内，载流子会发生扩散。载流子经过扩散和漂移，最终将形成电势差。从而产生表面光电压。

　　1 表面光电压谱仪的硬件结构

　　

 

　　表面光电压谱仪的硬件可由卤钨灯光源、斩波器、7ISW301单色仪、样品室、SR830锁相放大器和PC机组成。表面光电压谱仪的硬件结构如图1所示，图中，卤钨灯光源经过斩波器后，一方面可形成一定频率的脉冲光，另一方面，也可为锁相放大器提供参考频率。同时，PC机通过串口发送波长给单色仪，所形成的单色光照射在样品室中的样品上，就可形成微弱的表面光电压信号，然后经过锁相放大器的提取和放大，即可通过串口发送回PC机进行显示。

　　2 表面光电压谱仪的软件设计

　　表面光电压谱测试系统的软件部分包括表面光电压数据采集模块、表面光电压谱显示模块、表面光电压数据处理模块等。图2所示是该系统的软件模块图。

　　

 

　　根据表面光电压谱测试系统的实际需要，本文采用VC++6.0进行编程。7ISW301单色仪和SR830锁相放大器可通过串口与PC机进行通信。

　　在三大模块中，表面光电压数据采集模块一般通过串口发送如采集数据，以实现表面光电压数据的采集，此模块分为单色仪数据的发送和采集、锁相放大器数据的发送和采集，可通过添加CserialPort类来实现单色仪和锁相放大器2个串口同时发送和采集数据;表面光电压谱显示模块可对所采集到的表面光电压进行曲线绘制，并在PC机界面进行显示;表面光电压数据处理模块则对采集到的表面光电压进行各种性能参数的拟合计算，以便分析半导体材料的性能，例如少子扩散长度、表面复合速率等。由于表面光电压数据采集模块是该测试系统的核心，因此，本文主要介绍这一部分内容。

　　2.1 单色仪控制模块

　　7ISW301单色仪是三光栅单色仪，它利用光栅作为分光元件，以将入射的白光分解为单色光。由于它测试的光谱范围是200nm～2500nm，因此，在本软件设计中设定了Wmin和Wmax，以确保测试过程处在光谱范围之内。根据7ISW301单色仪三个光栅的光谱范围(1号光栅为200nm～600nm;2号光栅为500nm～1500nm;3号光栅为830nm～2500nm)，本软件设计设定1号光栅的光谱范围为200nm～600nm;2号光栅的光谱范围为600nm～1200 nm;3号光栅的光谱范围为1200 nm～2500 nm。图3所示是单色仪波长控制模块的程序流程图。

　　

 

　　本软件一般先对单色仪的3个光栅进行参数查询，并保存3个光栅的参数，以保证单色仪的精确控制;然后设置起止波长和采样间隔波长，再通过判断起止波长是否在单色仪光谱范围内来确保测试的准确性;接着发送联络命令，实现单色仪的通信，并通过判断起始波长在几号光栅的光谱范围来确定光栅的切换，再利用步长(step)计算公式以及步长发送命令来实现单色仪波长的发送;最后通过循环操作实现单色仪的控制。