深层瞬态光谱

深层瞬态光谱法（DLTS）是研究半导体中电活性缺陷（称为电荷载流子陷阱）的实验工具。深层瞬态光谱建立基本的缺陷参数并测量其在材料中的浓度。一些参数被认为是缺陷“指纹”，用于对其进行识别和分析。

深层瞬态光谱研究了简单电子设备的空间电荷（耗尽）区域中存在的缺陷。最常用的是肖特基二极管或pn结。在测量过程中，稳态二极管的反向极化电压会受到电压脉冲的干扰。该电压脉冲减小了空间电荷区域中的电场并允许自由载流子半导体块中的杂质从该区域渗透并对该缺陷进行再充电，从而导致其非平衡充电状态。脉冲之后，当电压恢复到其稳态值时，由于热发射过程，缺陷开始发射被俘获的载流子。该技术观察器件空间电荷区的电容，其中缺陷电荷状态的恢复会引起电容瞬态。循环电压脉冲，随后进行缺陷电荷状态恢复，从而允许将不同的信号处理方法应用于缺陷再充电过程分析。

深层瞬态光谱技术比几乎所有其他半导体诊断技术都具有更高的灵敏度。例如，在硅中，它可以检测材料主体原子中的一部分浓度的杂质和缺陷。此功能及其设计的技术简单性使其在研究实验室和半导体材料生产工厂中非常受欢迎。

在传统的DLTS中，当样品温度缓慢变化时（通常在液氮温度至室温300 K的范围内），通过使用锁定放大器或双箱平均技术研究电容瞬变）。设备参考频率是电压脉冲重复率。在常规的DLTS方法中，将此频率乘以某个常数（取决于所使用的硬件）称为“速率窗口”。在温度扫描期间，当某些缺陷的载流子发射速率等于速率窗口时，会出现峰值。通过在随后的DLTS光谱测量中设置不同的速率窗口，可以获得出现某个特定峰的不同温度。拥有一组发射速率和相应的温度对，可以绘制Arrhenius图，这可以为热发射过程扣除缺陷激活能。通常这种能量（有时称为缺陷能级）与样点截距值一起是用于识别或分析的缺陷参数。在具有低自由载流子密度的样品上，电导瞬变也已用于DLTS分析。

除了传统的温度扫描DLTS（在扫描温度时以恒定频率对设备进行脉冲扫描）以外，还可以保持温度恒定并扫描脉冲频率。此技术称为频率扫描深层瞬态光谱。理论上，频率和温度扫描DLTS应该产生相同的结果。当温度剧烈变化可能损坏设备时，频率扫描DLTS特别有用。频率扫描被证明是有用的一个例子是研究具有薄且敏感的栅极氧化物的现代MOS器件。

DLTS已被用于研究量子点和钙钛矿太阳能电池。

对于肖特基二极管，通过施加反向偏置脉冲可以观察到多数载流子陷阱，而当反向偏置电压脉冲被具有上述半导体带隙光谱范围内的光子能量的光脉冲代替时，可以观察到少数载流子陷阱。这种方法称为少数载流子瞬态光谱法（MCTS）。通过施加正向偏置脉冲，也可以观察到pn结的少数载流子陷阱，该脉冲将少数载流子注入空间电荷区域。

深层瞬态光谱有一个扩展，称为高分辨率拉普拉斯变换DLTS（LDLTS）。Laplace DLTS是一种等温技术，其中电容瞬变在固定温度下被数字化并平均。然后通过等效于拉普拉斯逆变换的数值方法获得缺陷发射率。所获得的发射率表示为频谱图。与传统的DLTS相比，拉普拉斯DLTS的主要优势在于能量分辨率的显着提高，在此将其理解为能够区分非常相似的信号的能力。

拉普拉斯DLTS与单轴应力相结合会导致缺陷能级的分裂。假设缺陷在非等效方向上随机分布，则分割线的数量及其强度比反映了给定缺陷的对称等级。

将LDLTS应用于MOS电容器需要在半导体带隙范围内从半导体外推到半导体氧化物界面的费米能级与该界面相交的范围内的器件极化电压。类似于上述缺陷，在该界面处出现的电子界面状态可以捕获载流子。如果它们被电子或空穴占据当一个较小的电压脉冲扰动该电容时，器件的电容在该脉冲恢复到其初始值后恢复，因为界面状态开始发射载流子。可以使用LDLTS方法针对不同的设备极化电压分析此恢复过程。这样的过程允许获得在半导体-氧化物（或电介质）界面处的界面电子态的能量态分布。

通常，在DLTS测量中对电容瞬态进行的分析假定所研究的陷阱的浓度远小于材料掺杂浓度。如果不满足此假设，则使用恒定电容DLTS（CCDLTS）方法更准确地确定阱浓度。当缺陷再充电且其浓度较高时，器件空间区域的宽度会发生变化，从而使电容瞬态的分析不准确。通过改变器件偏置电压来保持总器件电容恒定的附加电子电路有助于使耗尽区宽度保持恒定。结果，变化的器件电压反映了缺陷的再充电过程。Lau和Lam于1982年使用反馈理论对CCDLTS系统进行了分析。