测量半导体材料无序度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种测量半导体材料无序度的方法。
【背景技术】
[0002] 无序性材料不具有有序的晶体结构，它区别于其它材料的一个重要的特征是存在 局域电子态的能量分布。在这种材料里，载流子（例如电子或者空穴）或者被限制在一些 杂质附近，或者被限制在一个分子、一种导电的聚合物上。由于无序性的存在，无序性材料 的载流子传输与具有完整晶体结构的材料明显不同，载流子在这些无序性材料里的传输总 是通过跃迀在两个局域态间进行。
[0003] 目前，对于无序性材料，例如无序的有机半导体材料，非晶态的氧化物半导体材料 等，已有大量的实验和理论工作研宄其的载流子传输特性，结果表明，载流子的迀移率总是 随着材料无序性的增加而减小；另外，通过增加适当的无序度，可以调制载流子的传输特 性，既不但可以调节连续的从一个从非Arrhenius到Arrhenius温度激活的载流子传输的 转变，而且还能够诱发载流子band-like传输的发生。可见，材料的无序性程度对于无序性 材料的载流子的传输特性具有重要的作用。
[0004] 但是，由于无序度是一种宏观概念的定义，目前，很难通过实验测量出材料无序度 的大小。
【发明内容】
[0005] 由上所述，本发明的目的在于根据对相关研宄领域现状的分析，基于材料变温下 的赛贝克系数的值及载流子的跃迀理论，提出一种探测材料无序度的方法，此方法操作简 单，可广泛应用于各种半导体材料无序度的测量，如有机半导体，非晶半导体等。
[0006] 为此，本发明提供了一种测量半导体材料无序度的方法，包括：步骤1，测量半导 体材料的赛贝克系数；步骤2,基于半导体材料的无序性特征，选择一种状态密度函数；步 骤3,通过渗流理论计算在选定状态密度函数下半导体材料的赛贝克系数值；步骤4,提取 半导体材料的无序度。
[0007] 其中，步骤1进一步包括步骤：使用四端接触法测量半导体材料的电阻值；将测得 电阻值转换成半导体材料的温度值；测量热电压；采用公式S =△ V/△ T计算半导体材料 的赛贝克系数，其中ΔΥ是热电压的变化值，ΛΤ是温度变化值。
[0008] 其中，通过使用步进温度扫描法和在等温条件下测量获得的电阻值对温度值进行 校正。
[0009] 其中，步骤2的状态密度函数为公式⑴表示的高斯状态密度函数
【主权项】
1. 一种测量半导体材料无序度的方法，包括； 步骤1，测量半导体材料的赛贝克系数； 步骤2,基于半导体材料的无序性特征，选择一种状态密度函数； 步骤3,通过渗流理论计算在选定状态密度函数下半导体材料的赛贝克系数值； 步骤4,提取半导体材料的无序度。
2. 如权利要求1的方法，其中，步骤1进一步包括步骤： 使用四端接触法测量半导体材料的电阻值； 将测得电阻值转换成半导体材料的温度值； 测量热电压； 采用公式S=AV/AT计算半导体材料的赛贝克系数，其中AV是热电压的变化值，AT是温度变化值。
3. 如权利要求2的方法，其中，通过使用步进温度扫描法和在等温条件下测量获得的 电阻值对温度值进行校正。
4. 如权利要求1的方法，其中，步骤2的状态密度函数为公式（1)表示的高斯状态密度 函数
，其中，Nt表示单位体积的状态数量，E表示归一化 后的能量，〇/1^151'表示无序度，1^15表示玻尔兹曼常数。
5. 如权利要求4的方法，其中，步骤3进一步包括： 根据渗流理论，Peltier系数n通过下式（3)计算获得； 11=/￡1口巧1)祀1， （3)， 式中P巧1)表示能量空间中一个具有能量M立置的概率，可化围过下式（4)获得
(4)， 式中g巧1)表示单位体积的状态密度，Em表示最大的位能，Pi狂mlEi)表示来自位能& 第二小的电阻概率，其值小于最大电阻值，可通过下式（5)计算获得， Pi狂JEi) = 1-exp[-P狂JEi) ] [1+P狂JEi) ] (5)， 上式中P狂jEi)表示带的密度； 根据Kelvin-化sager关系，通过把公式（1)、（3)、（4)、（5)代入W下公式（2)则可计 算出理论的赛贝克系数值：
(2) 式中n为公式做的Peltier系数，T为温度。
6. 如权利要求5的方法，其中，P狂m|Ei)值可通过联立解W下公式化）、（7)和（8)得 到
((，） P狂J Ei) = /431Ri/g巧1) g巧J) dR。'祀i祀J0(Sc-S。') (7) P狂JEi) =BcPs=B。/g巧)祀 0(SckeT-1E-EfI)巧） 其中，a表示晶格常数的倒数，R。表示位置i和位置j的空间距离，E康示费米能级，Ei和Ej.分别表示位置i和位置j的能量，kB表示波尔兹曼常数，B。表示渗流参数（一般为 2. 8)，T为温度，g巧）为高斯状态密度，S为赛贝克系数。
7. 如权利要求1的方法，其中，步骤4进一步包括： 选择合适的无序度数值0 ; 通过改变温度T的大小模拟计算出材料随载流子浓度变化的赛贝克系数值S; 将步骤3计算出的不同温度下的赛贝克系数理论值与步骤1测得的实验值相进行比 较； 如果理论值与实验值相对误差值小于5%，则所选择的0值为半导体材料的无序度， 如果理论值与实验值的误差大于5%，需重新选择0值并重新计算不同温度下赛贝克系数 值，重复W上步骤直至理论值与实验值相对误差值小于5%。
8. 如权利要求1的方法，其中，步骤1在高真空条件下进行。
【专利摘要】一种测量半导体材料无序度的方法，包括：步骤1，测量半导体材料的赛贝克系数；步骤2，基于半导体材料的无序性特征，选择一种状态密度函数；步骤3，通过渗流理论计算在选定状态密度函数下半导体材料的赛贝克系数值；步骤4，提取半导体材料的无序度。依照本发明的测量无序度的方法，基于材料变温下的赛贝克系数的值及载流子的跃迁理论，通过理论与实验相结合的方法探测半导体材料的无序性参数，获得的无序性参数为分析半导体材料的微观物理机制提供理论指导，提取的无序性参数可以直接用于分析半导体材料的电介质特性，从而为制造高性能的半导体器件提供指导。
【IPC分类】G01N25-00
【公开号】CN104792810
【申请号】CN201510227994
【发明人】卢年端, 李泠, 刘明
【申请人】中国科学院微电子研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月7日