能解析载流子的光-霍尔系统和方法与流程

能解析载流子的光
‑
霍尔系统和方法
技术领域
1.本公开涉及霍尔效应测量，并且更具体地，涉及利用ac场霍尔系统的能解析载流子的光
‑
霍尔系统，诸如使用平行偶极子线霍尔系统。


背景技术：

2.霍尔效应测量是电子材料和器件的最重要的测量方法之一。半导体中的多数和少数载流子特性，例如类型、密度和迁移率，是控制诸如光电子器件和太阳能电池之类的器件的操作的参数。“经典霍尔”测量仅产生关于多数载流子的信息。测量少数载流子的方法存在困难和不足。因此，在本领域中需要解决上述问题。


技术实现要素：

3.以下给出了概述以提供对本发明的一个或多个实施例的基本理解。本概述不旨在标识关键或重要元素或描绘特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
4.从第一方面来看，本发明提供了一种便于霍尔测量的装置，该装置包括：测量室、耦合到该测量室的光学模块，该光学模块包括：光源；滤光器，其调制来自光源的光，并利用来自光源的调制光照射受测样品；以及霍尔测量模块，其基于调制光输出指示受测样品的第一载流子迁移率、第二载流子迁移率和光载流子密度的一或多个霍尔测量。
5.从另一方面来看，本发明提供了一种方法，包括：照射在测量室中提供的受测样品，调制受测样品的照射，基于受测样品的调制照射来测量受测样品的霍尔测量，以及基于霍尔测量和调制照射确定受测样品中的第一载流子迁移率、第二载流子迁移率和光载流子密度。
6.从另一方面来看，本发明提供了一种促进霍尔测量的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可由处理电路读取并且存储用于由处理电路执行以执行本发明的步骤的指令。
7.从另一方面来看，本发明提供了一种促进霍尔测量的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可由处理电路读取并且存储指令以供处理电路执行以使处理器照射在测量室中提供的受测样品、调制受测样品的照射、基于受测样品的调制照射来测量受测样品的霍尔测量、以及基于霍尔测量和调制照射来确定受测样品中的第一载流子迁移率和第二载流子迁移率以及光载流子密度。
8.从另一方面来看，本发明提供了一种存储在计算机可读介质上并且可加载到数字计算机的内部存储器中的计算机程序，包括软件代码部分，当该程序在计算机上运行时，用于执行本发明的步骤。
9.根据一个实施例，提供一种测量系统。测量系统可以包括测量室和耦合到测量室的光学模块。光学模块还包括光源和滤光器，该滤光器调制来自光源的光并利用来自光源的调制光照射受测样品。该系统还可以包括霍尔测量模块，其基于调制光输出指示受测样
品的第一载流子迁移率和第二载流子迁移率以及光载流子密度的一个或多个霍尔测量。
10.根据另一实施例，提供了一种方法。该方法可以包括照射在测量室中提供的受测样品。该方法还可以包括调制受测样品的照射。该方法可以包括基于受测样品的调制照射来测量受测样品的霍尔测量。该方法还可以包括基于霍尔测量和调制照射确定受测样品中的第一或多数载流子迁移率和第二或少数载流子迁移率。
11.根据另一实施例，提供了一种促进霍尔测量的计算机产品。该计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包含程序指令，该程序指令可由处理器执行。该程序指令可以使处理器照射在测量室中提供的受测样品，并且调制受测样品的照射。该程序指令还可以使处理器基于受测样品的调制照射来测量受测样品的霍尔测量。该程序指令可以使处理器基于霍尔测量和调制照射来确定受测样品中的第一载流子迁移率和第二载流子迁移率以及光载流子密度。
附图说明
12.现在将参照优选实施例仅通过示例的方式描述本发明，如以下附图所示：
13.图1示出了根据本文描述的一个或多个实施例的由调制光照射的具有不同少数载流子迁移率的两个样品的示例非限制性电导率(σ)与霍尔系数(h)的关系曲线图。
14.图2示出了根据本文描述的一个或多个实施例的系统的示例非限制性框图。
15.图3a
‑
图3c示出了根据本文描述的一个或多个实施例的非限制性霍尔模块。
16.图4示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例非限制性系统。
17.图5示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于能解析载流子的光
‑
霍尔测量的照射受测样品的光的示例非限制性调制。
18.图6示出了根据本文描述的一个或多个实施例的可由图2中所示的系统产生的示例非限制性光
‑
霍尔测量分析结果。
19.图7示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于光
‑
霍尔测量的方法的非限制性示例。
20.图8示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于光
‑
霍尔测量的方法的非限制性的另一示例。
21.图9示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于验证光
‑
霍尔测量的方法的非限制性示例。
22.图10示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于执行本文描述的一个或多个方法的示例非限制性的示例性装置。
具体实施方式
23.以下详细描述仅是说明性的，并且不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，并不意图受前面的背景技术或发明内容部分或具体实施方式部分中呈现的任何明示或暗示的信息的约束。
24.现在参考附图描述一个或多个实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一个或多个实施例的更透彻理解。然而，在各种情况下，显然可以在没有这些特定细节的情况下实践一个或多
个实施例。尽管在用于描述上述概念的附图中示出的示例之间存在尺寸上的相对差异，但是应当注意，本说明书所引用的图1
‑
图10并不旨在按比例绘制，并且在这方面不应被依赖。
25.本文中的实施例涉及一种能解析载流子的光
‑
霍尔系统，其利用ac场霍尔系统，诸如ac电磁体或旋转平行双偶极子线(pdl)磁体系统以及测量室或低温恒温器系统。该系统可以计算多数载流子和少数载流子的各种半导体参数，例如迁移率、光载流子密度、复合寿命和复合系数。在一个或多个实施例中，该系统可以采用霍尔数据分析技术来同时确定半导体材料的诸如多数载流子和少数载流子类型、迁移率和密度以及载流子复合寿命之类的参数。
26.半导体中的多数载流子和少数载流子特性，例如类型、密度和迁移率是控制诸如光电子器件和太阳能电池之类的器件的操作的参数。这些参数的测量在之前是非常困难并且不充分的。在一个或多个实施例中，使用能解析载流子的光霍尔技术，系统可以在受测样品的调制照射下同时测量这些参数，并且确定诸如复合寿命、扩散长度和组合系数之类的参数。
27.此外，在一个或多个实施例中，ac场霍尔测量技术可用于使用平行偶极子线霍尔系统提取干净的霍尔信号。如本文进一步描述的，该系统包括作为具有横向磁化的圆柱磁体的偶极子线磁体，以产生等于横向偶极子的线性分布的磁场。一种利用一个或多个pdl磁体执行光
‑
霍尔测量的系统。
28.图1示出了根据本文描述的一个或多个实施例的由调制光照射的具有不同少数载流子迁移率的两个样品的示例非限制性电导率(σ)与霍尔系数(h)的关系曲线图。如图所示，曲线102和104示出了具有相同的多数载流子迁移率但不同的少数载流子迁移率的两种样品p
‑
型材料，因此，在一定照射范围内(例如，从暗到亮照射)，将表现出不同的霍尔系数(h)与电导率(σ)的关系特性，这种现象使得一个或多个实施例的光霍尔技术能够解析载流子，以便识别多数载流子和少数载流子两者的特性。
29.例如，由曲线102和104所示，两种p
‑
型半导体样品表现出多数载流子密度(p0)和迁移率(μ
p
)，但具有不同的少数迁移率(μ
n
)。在一个示例中，从暗或在没有照射的情况下，两个样品都可以从具有相同电导率(σ)和霍尔系数(h)的相同点开始。然而，由于少数载流子迁移率的差异，当这些样品被照射至某一特定的最大光载流子密度δn
max
时，两个样品将遵循不同的σ
‑
h曲线(例如，曲线102相比于104)。这种效应的发生是由于光照下少数载流子对总电导率的作用越来越大而引起的，即使它们是从暗中的相同点开始的。在一个或多个实施例中，使用σ
‑
h曲线的轨迹来确定和计算关于少数载流子的信息。例如，沿曲线102或104的任何给定点处的斜率(dh/dσ)可用于确定或计算多数载流子和少数载流子信息。
30.在照射下，在半导体材料中，光生效应(photogeneration effect)产生过量的多数载流子和少数载流子。这些载流子的输运性质可以由电导率σ＝e(pμ
p
nμ
n
)和霍尔系数描述，其中e是电子的电荷，p是总空穴载流子密度，n是总电子密度，r是霍尔散射因子，μ
p
是空穴迁移率，μ
n
是电子迁移率，β＝μ
n
/μ
p
是少数载流子和多数载流子的比率。总空穴密度可以被认为是：p＝p0 δp和n＝n0 δn。在一个实例中，对于n
‑
型材料，n0小，因此n＝δn。因此，在一个或多个实施例中，测量σ、h和斜率dh/dσ的测量可以用于求解每个光强度下的μ
p
、μ
n
和δn。
31.在光
‑
霍尔测量中，任何点处的霍尔迁移率差可以被定义为：
[0032][0033]
其中，δμ＝μ
p
‑
μ
n
＝δμ
h
/r是空穴和电子迁移率之间的差。对于p
‑
型材料，在以下等式中求解多数载流子和少数载流子结果：
[0034][0035][0036]
对于n
‑
型材料：
[0037][0038][0039]
以及对于p
‑
型和n
‑
型材料两者：
[0040]
且μ
n
＝βμ
p1ꢀꢀꢀ
(6)
[0041]
因此，在一个或多个实施例中，系统和方法可以确定多数载流子迁移率μ
m
和少数载流子迁移率μ
m
两者。
[0042]
此外，如以下进一步描述的，一个或多个实施例的系统和方法现在可以确定光载流子密度(δn)；复合寿命(τ)；多数载流子扩散长度(l
d,m
)；以及少数载流子扩散长度(l
d,m
)和双极性扩散长度(l
d,am
)。这些参数可以从受测样品在从暗到最大亮度的各种光强设置n下的光霍尔测量中获得。
[0043]
例如，各种光照射调制、吸收的光子密度gγ可基于以下关系来确定：
[0044]
g
γ
＝(1
‑
r)φ(1
‑
exp(
‑
αd))/d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0045]
撞击在样品上的光子通量密度(φ)可以计算为：
[0046][0047]
其中，α是吸收系数(/m)，r是样品的反射率，i
pd,mon
是监测光电探测器(pd，mon)电流，d为样品厚度，以及k
pd
是参考光电探测器(pd，ref)和监测光电探测器(pd，mon)之间的电流的比率。该比率可以在校准步骤中确定，在校准步骤中，参考pd放置在样品位置上并与监测pd同时测量的硅光电探测器。qe
ref
是参考pd的量子效率，a
ref
是参考pd的面积，以及λ是工作波长。吸收的光子密度可以作为在监测光电检测器处测量的光强度或光电流(i
pd
‑
mon
)的函数来计算：
[0048]
g
γ
＝k
g
(λ)i
pd
‑
mon
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0049]
其中，k
g
是实验设置的光子密度常数：
[0050][0051]
此外，在一个或多个实施例中，鉴于先前计算(例如，从以上等式1
‑
3)的光生载流
子密度(δn和δp)，可以计算一系列导数参数，诸如复合寿命：
[0052]
τ＝δn/g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0053]
其中，g是光载流子生成速率，对于单位量子效率，假设该速率等于吸收的光子密度g
γ
。复合寿命在低光强度或单分子复合状态下可以是常数。例如，如果k1＝1/τ,其中k1是单分子复合系数。在较高的光强度下，由于电荷俘获效应、双分子复合和在非常高的光强度下的俄歇复合，τ趋于下降。因此，在一个或多个实施例中，多数或少数载流子扩散长度可以从以下等式获得：
[0054][0055]
其中，d是载流子扩散系数，t是温度。在高注入水平下，当空穴和电子的光载流子密度远远高于暗平衡密度(例如，δn～δp＞＞p0)时，在这种情况下，双极性扩散长度更合适，并且可以根据以下等式计算：
[0056][0057]
因此，在一个或多个实施例中，由于多数载流子和少数载流子两者的特性都被提取，所以新的光
‑
霍尔技术被认为是能够解析载流子的。例如，该技术可以产生7n个参数，包括但不限于：多数/少数或空穴/电子迁移率(μ
p
、μ
n
)、光载流子密度(δn)、重组寿命(τ)以及空穴、电子和双极性输运的扩散长度(l
d,p
，l
d,n
，l
d,am
)，其中，n是测量中光强度设置的数量。
[0058]
现在将参考图2
‑
图10描述各种系统和方法的非限制性示例。
[0059]
图2示出了根据本文描述的一个或多个实施例的系统200的示例性非限制性框图。如图所示，系统200包括控制程序202、数据和信号分析模块204、电子仪器模块206、霍尔模块208、测量室210和光学模块212。
[0060]
控制程序202可以控制电子仪器模块206和系统200从数据采集到数据存储和报告的整体操作。例如，控制程序可以与用户交互，输入样品信息，并且可以控制数据和信号分析模块204、电子仪器模块206、霍尔模块208、测量室210和光学模块212。
[0061]
数据和信号分析程序204可以执行诸如傅立叶频谱分析和锁定检测(lock
‑
in detection)的处理和计算。例如，数据和信号分析程序204可以生成、预处理和显示磁阻(mr)信号的傅立叶光谱或功率谱密度的可视化，并且在每个光强度下执行锁定检测和计算霍尔系数。在一个或多个实施例中，程序204可以包括用于实现由上述等式(1)
‑
(13)表示的能够解析载流子的光
‑
霍尔技术和计算的可执行程序代码。
[0062]
电子仪器模块206可以包含一组电子模块，以执行源和测量操作、开关矩阵和缓冲、电机控制、场感测和低温恒温器温度控制。
[0063]
霍尔模块208包含磁体或电磁体系统。例如，霍尔模块208可以包含一组电机驱动的和(多个)自由旋转的偶极子线磁体、场传感器、样品台和电互连。霍尔模块的不同版本的各种限制性示例参考图3a
‑
图3c示出。
[0064]
测量室210可以是封闭的真空室，在其中进行样品测量，或者是制造在线测试系统的一部分。在一个或多个实施例中，测量室包括低温恒温器。模块210可以包含真空室、冷台、冰箱引擎和控制电子设备。
[0065]
光学模块212还可以包括向样品提供照射的系统，例如单色光源或宽带光源、连续
中性密度滤光器、光调制器滤光轮、光检测器和分束器。光学模块可以包括一个或多个激光器作为单色光源。或者，光学模块212可包括宽带光源和单色光源。
[0066]
在一个或多个实施例中，光学模块212将光引导通过由电机控制的连续中性密度滤光器以使光衰减。此外，光学模块212可以选择性地包括谐波调制器滤光轮(未示出)，谐波调制器滤光轮添加额外的光调制以提供微调(例如，光强度的 /
‑
50％)。谐波调制器滤光轮在恒定旋转下产生正弦衰减。光学模块212还可以包括透镜、分束器和棱镜或楔形透镜，用于测量室210中的受测样品。
[0067]
图3a
‑
图3c示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性霍尔模块。如图所示，在实施例中，例如在系统200中，可以使用霍尔模块的各种配置。为了简洁起见，省略了在本文描述的其他实施例中采用的类似元件的重复描述。
[0068]
图3a示出了霍尔模块208a，其包括旋转磁体，例如旋转平行偶极子线磁体，以提供ac磁场。一个或两个磁体驻留在测量室210内部，外部磁体在外部旋转，以驱动位于测量室210内部的磁体组装件。
[0069]
图3b示出了直列式霍尔模块208b。霍尔模块208b在线提供，例如，在生产线允许制造生产线内在线设备的霍尔测量的情况下。如图所示，照射被引导(例如，从光学模块212)到生产线上，以在例如传送带上生产时对受测样品进行照射。旋转磁体，例如旋转平行偶极子线磁体，为霍尔测量提供ac磁场，霍尔测量经由一个或多个接触探针进行。在一个或多个实施例中，在线霍尔模块208b允许在制造过程中对器件进行更快或更迅速的在线光电霍尔测量。
[0070]
图3c示出了霍尔模块208c，其包括提供ac磁场的电磁体。如图所示，霍尔模块208c可以包括例如由ac电源(未示出)驱动的ac电磁系统或helmholtz线圈系统。在该实施例中，来自光学模块212的光通过钻孔到达保持在测量室(例如，低温恒温器)中的样品。
[0071]
图4示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统。现在提供系统300的每个组件的详细描述。为了简洁起见，省略了在本文描述的其他实施例中采用的类似元件的重复描述。因此，图4示出了系统200的霍尔模块208、测量模块210和光学模块212的示例性配置400。
[0072]
为了说明的目的，在图4所示的示例中，霍尔模块208和测量室210可以包括由例如在类似于图3a所示的霍尔模块208a的配置中的电机404和齿轮箱406驱动的偶极子线(dl)磁体402。为了简洁起见，省略了在本文描述的其他实施例中采用的类似元件的重复描述，例如图3b
‑
图3c所示的实施例。在一个或多个实施例中，dl磁体402可以是具有均匀横向磁化的圆柱，其磁极(北极或南极)在曲面的对侧。
[0073]
在霍尔模块208中，霍尔传感器408可以邻近电机驱动的dl磁体402，以监测磁体的相位或旋转角度。霍尔传感器408可以是响应于磁场而改变其输出电压的设备。
[0074]
一个或多个自由旋转的dl磁体410可以位于测量室310内。第一自由旋转的dl磁体410可以位于腔室310的靠近电机驱动的dl磁体402的区域内。例如，电机驱动的dl磁体402可以邻近腔室210的顶侧。因此，第一自由旋转的dl磁体410可以存在于腔室210内，靠近腔室210的顶侧。这种配置可以允许电机驱动的dl磁体402及其相关硬件(例如步进电机404和齿轮箱406)放置在腔室210的外部。在一个或多个实施例中，这种布置可用于节省腔室210内的空间，并防止电机404和其他硬件暴露于腔室210内的低温环境。
[0075]
可选地，腔室210中还可以包括至少一个第二自由旋转的dl磁体412。可以包括第二自由旋转的dl磁体412，以提高受测样品上的场强。如图4所示，当存在时，第二自由旋转的dl磁体412可以位于腔室210内，与第一自由旋转的dl磁体410相对(样品位于他们之间)并远离电机驱动的d1磁体402。
[0076]
同样如图4所示，电机驱动的dl磁体402可以邻近腔室210的顶侧，并且第二自由旋转的dl磁体412可以远离腔室210的顶侧(即，邻近腔室的底侧)。同样如图4所示，电机驱动的dl磁体402的旋转方向可以与第一自由旋转的dl磁体410的旋转方向相反，并且当存在时，与第二自由旋转的dl磁体412的旋转方向相同。第一自由旋转dl磁体410的旋转可以基于电机驱动dl磁体402的旋转，而第二自由旋转dl磁体412的旋转可以基于第一自由旋转dl磁体410的旋转。
[0077]
冷台414可用于调节测量室210中样品的温度。如图4所示，冷台414可以由电子仪器模块306调节。
[0078]
样品台允许样品安装在两个方向之一：相对于总磁场垂直或平行。样品208的样品台(未示出)分析垂直于用于光
‑
霍尔测量的磁场或平行于用于光电磁(pem)测量的磁场。当样品垂直于总磁场安装时(例如，样品在y
‑
z平面上)，可以进行霍尔测量。当样品平行于总磁场安装时(例如，样品在x
‑
z平面上)，可以进行pem测量。不同的样品底座或可移动/可旋转底座可用于在这两个方向上安装样品。
[0079]
图5示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性的、非限制性的对用于能解析载流子的光
‑
霍尔测量的受测样品的光照射的调制。在一个实施例中，控制光学模块(例如光学模块212)提供如照射502所示的离散设置和间隔的、从暗到亮变化的光。然后，可以在照射502下的离散设置和间隔来执行霍尔测量(σ
‑
h)。
[0080]
在另一个实施例中，根据偏置点(诸如σ0)左右的照射504来调制光。在σ0处执行σ和h的初始测量。可以在光学模块212(图5中未示出)中转动调制器滤光轮，以提供在偏置点σ0左右以光强度δσ振荡的照射。与上述等式(1)
‑
(13)一致地，斜率可以通过实验和dh/dσ～δh/δσ来测量，以求解各种少数载流子和多数载流子特性。该实施例可用于实现更快速的测量，例如，如果在特定光强或特定条件下需要霍尔测量。此外，由于其照射和测量范围较短，该实施例不太容易出现长期漂移误差。
[0081]
图6示出了根据本文描述的一个或多个实施例，可以由图2所示的系统产生的示例性非限制性霍尔测量分析结果。例如，如图所示，可以由数据 信号分析程序204为钙钛矿六端霍尔棒样品提供的霍尔测量分析结果被显示为示例非限制性显示。特别地，数据 信号分析程序204可以输出显示以下内容的结果：ac场磁阻数据；σ
‑
h曲线图分析；迁移率和载流子密度；以及复合寿命和扩散长度。显示的曲线和配置是示例的非限制性的输出。根据实施例，可以提供任何类型的结果显示。
[0082]
图7是根据本文描述的一个或多个实施方式的用于霍尔测量的方法700的非限制性示例。为了简洁，省略了在本文描述的其它实施例中采用的类似元件的重复描述。
[0083]
在702中，方法700可以包括照射在测量室210中提供的受测样品。
[0084]
在704，方法700可以包括调制受测样品的照射。
[0085]
在706，方法700可以包括基于调制照射，例如图5所示的调制照射，测量受测样品的霍尔测量。在一个或多个实施例中，测量样品以确定其电导率、霍尔系数、以及霍尔系数
变化对电导率变化的导数(或斜率)。这可以通过使用例如连续密度滤光器426和滤光轮428在一定光强度范围内测量霍尔系数和电导率来进行。或者，可以在选定的光强度下测量电导率和霍尔系数，然后，可以旋转滤光轮428以基于所得的测量获得导数(或斜率)。
[0086]
在708中，方法700可以包括基于霍尔测量和调制照射确定受测样品中的第一载流子迁移率、第二载流子迁移率和光载流子密度。在一个实施方式中，第一(或多数)载流子迁移率和第二(或少数)载流子迁移率可以基于考虑样品的光
‑
霍尔测量、载流子迁移率的差异和后续解之间的误差率的迭代过程来确定。该迭代过程可以通过各种技术来处理，例如由数据 信号分析程序204执行的机器学习算法，该算法在环境1000中操作以对误差率建模并为样品的测量开发收敛解。参考图9，提供了根据一个或多个实施例的用于开发收敛解的示例非限制性方法流程图。
[0087]
图8示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于霍尔测量的方法800的非限制性示例。例如，方法800可以由控制程序202实现以提供如上所述的霍尔测量的一个或多个方法。为了简洁，省略了在本文描述的其它实施例中采用的类似元件的重复描述。
[0088]
在802，将样品安装在例如测量室210中。控制程序202指示测量室210测量磁体间隙g、样品位置x和样品尺寸a。
[0089]
在804，确定样品上的最大磁场b
max
。例如，通过测量偶极子线磁体与样品之间的间隙，将该样品放置在中心。
[0090]
在806，进行暗霍尔测量。例如，控制程序202可以指示光学模块212关闭对样品的照射，从而使样品在测量室210中处于黑暗或弱光条件下。
[0091]
在808，控制程序202测量测量室210中样品的接触电阻。
[0092]
在810，控制程序202测量测量室210中样品的薄片或纵向电阻。
[0093]
在812，控制程序202指示霍尔模块208例如通过旋转磁体402(如图4所示)来产生ac磁场。控制程序202然后可以测量样品的横向磁阻(mr)。
[0094]
在814，控制程序202和数据 信号程序208合作处理mr信号。例如，数据 信号程序208可以执行背景差分法以及样品的傅立叶和功率谱密度分析。如上所述，参考图6示出了分析和结果的非限制性示例。
[0095]
在816，控制程序202执行锁定检测，并从测量中提取霍尔系数。在一个实施例中，控制程序202根据从样品提取的时间序列横向磁阻数据(r
xy
)来确定霍尔系数。
[0096]
在818，控制程序202计算多数载流子类型、类型迁移率和密度。
[0097]
在820，控制程序202执行样品的光霍尔测量。在一个或多个实施例中，控制程序202指示光学模块212设置光强度，例如，使用滤光轮428(如图4所示)。此外，控制程序202可以使用pd检测器434(如图4所示)记录该光强度水平。
[0098]
在822，控制程序202测量样品的接触电阻。
[0099]
在824，控制程序202测量磁场b＝0时样品的纵向电阻，并确定样品的电导率σ。
[0100]
在826，控制程序202指示霍尔模块208调制提供给测量室210的ac磁信号。控制程序202然后测量由ac磁信号产生的样品随时间的横向mr(r
xy
)。
[0101]
在828，控制程序202和数据 信号程序204合作再次处理mr信号，以执行背景差分法和样品的傅立叶和功率谱密度分析。
[0102]
在830，控制程序202执行锁定检测并提取霍尔信号并确定样品的霍尔系数h。
[0103]
在832，控制程序202选择调制照射的方法。如上所述，参考图5描述了调制照射的非限制性示例。控制程序202可以基于各种准则，例如用户输入和/或控制程序202中的一个或多个设置，来选择调制照射的方法。为了说明的目的，在832，控制程序202可以在方法i或方法ii之间选择。如果控制程序202选择方法i，则过程800进行到834。如果控制程序202选择方法ii，则过程800进行到838。
[0104]
在834，控制程序202已经选择了方法ii，并指示光学模块212旋转谐波调制器滤光轮428(如图4所示)。
[0105]
在836，控制程序202基于光学模块212提供的照射的调制来测量δh(霍尔系数的变化)以及δσ(电导率的变化)。
[0106]
处理然后进行到838。在838，控制程序202确定是否在另一种光强度下重复，例如，根据图5所示的光调制。如果控制程序202选择在另一个光强度下重复，则处理流回到820，并如上所述进行。如果控制程序202选择不重复，则处理进行到840。
[0107]
在840，控制程序202测量样品的反射率、吸收和透射，例如，吸收pd452和吸收子模块440(如图4所示)。
[0108]
在842，控制程序202测量pd校准因子k
pd
。校准因子可以基于已经作为样品放置在测量室210中的参考pd(例如硅pd)来确定。
[0109]
在844，控制程序202和数据 信号分析程序204合作输出各种数据分析结果。如上所述，在一个或多个实施例中，本文描述的能够解析载流子的光
‑
霍尔技术能够提取和测量多数载流子特性和少数载流子特性两者。此外，还可以确定诸如复合寿命、扩散长度和复合系数等参数。如上所述，例如，参考图6示出了可以由控制程序202和/或数据 信号分析程序204提供的示例非限制性结果。
[0110]
图9示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于具有变化的迁移率的光
‑
霍尔测量的方法900的非限制性示例。在一个实施例中，第一(例如多数)载流子迁移率和第二(例如少数)载流子迁移率可以基于考虑了样品的光霍尔测量、载流子迁移率的差异以及后续解之间的误差率的迭代过程来确定。操作环境1000可以处理该迭代过程，以计算后续解之间的误差率，并获得测量的收敛解。
[0111]
例如，方法900可以由控制程序202和数据 信号分析程序204在环境1000中操作来实施，以获得收敛解。可以测试收敛解来确认载流子迁移率是否恒定。如果载流子迁移率不恒定，则数据 信号分析程序204可以被配置为使用广义方程并执行迭代计算，直到解收敛。将不针对方法900描述示例的非限制性过程。
[0112]
在902，控制程序202获得如上所述的电导率σ和霍尔系数h。
[0113]
在904，控制程序202与数据 信号分析程序204合作来计算δμ(迁移率)和δn(光载流子密度)的基线或初始值。
[0114]
在906，控制程序202与数据 信号分析程序204合作来求解载流子迁移率μ
p
和μ
n
以及光载流子密度δn与电导率(σ)的关系。
[0115]
在908，控制程序202与数据 信号分析程序204合作来计算以下内容：
[0116]
δμ
h
′
＝[δμ
h
c1]c2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0117]
其中：
[0118][0119][0120][0121]
在910处，控制程序202与数据 信号分析程序204合作来迭代计算新的δμ
′
。
[0122]
在912，控制程序202与数据 信号分析程序204合作来基于权重系数w迭代计算下一个δμ
′
：δμ
′
n 1
(σ)＝wδμ
n
′
(σ) (1
‑
w)δμ
n
‑1′
(σ)，其中n是迭代次数。
[0123]
在914处，控制程序202确定用于δμ
′
的解是否正在收敛。例如，控制程序202可以使用以下方程来检查收敛：|δμ
n 1
(σ)/δμ
n
(σ)|
→
1。
[0124]
如果δμ
′
的解收敛，则处理流向916。如果不是，则处理在906重复。
[0125]
在916，控制程序202与数据 信号分析程序204合作来报告被认为是收敛的载流子迁移率、光载流子密度(δn)和被吸收的光密度g
γ
的最终结果。系统可以并入深度神经网络以根据各种样品对各种光
‑
霍尔测量情形进行分类。
[0126]
图10以及以下讨论旨在提供对其中可实现所公开的主题的各方面的合适环境的一般描述。为了简洁，省略了在本文描述的其它实施例中采用的类似元件的重复描述。图10示出了其中可促进本文描述的一个或多个实施例的示例、非限制性操作环境的框图。为了简洁，省略了在本文描述的其它实施例中采用的类似元件的重复描述。参考图10，用于实现本公开的各方面的合适的操作环境1000还可以包括计算机1012。计算机1012还可以包括处理单元1014、系统存储器1016和系统总线1018。系统总线1018将包括但不限于系统存储器1016的系统组件耦合到处理单元1014。处理单元1014可以是各种可用处理器中的任一种。双微处理器和其它多处理器体系结构也可用作处理单元1014。系统总线1018可以是若干类型的总线结构中的任何一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线体系结构的局部总线，这些总线体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)、微通道体系结构(msa)、扩展isa(eisa)、智能驱动电子设备(ide)、vesa局部总线(vlb)、外围组件互连(pci)、卡总线、通用串行总线(usb)、高级图形端口(agp)、firewire(ieee 1394)、和小型计算机系统接口(scsi)。系统存储器1016还可以包括易失性存储器1020和非易失性存储器1022。基本输入/输出系统(bios)包含诸如在启动期间在计算机1010内的元件之间传输信息的基本例程，它被存储在非易失性存储器1022中。作为说明而非限制，非易失性存储器1022可以包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、闪存或非易失性随机存取存储器(ram)(例如，铁电ram(feram))。易失性存储器1020还可以包括随机存取存储器(ram)，其充当外部高速缓冲存储器。作为说明而非限制，ram可以以许多形式获得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据速率sdram(ddr sdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路dram(sldram)、直接型rambus ram(drram)、直接型rambus动态ram(drdram)和rambus动态ram。
[0127]
计算机1012还可以包括可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质。例如，图10示出了盘存储1024。盘存储1024还可包括但不限于，诸如磁盘驱动器、软盘驱动器、
磁带驱动器、jaz驱动器、zip驱动器、ls
‑
100驱动器、闪存卡、或记忆棒之类的设备。盘存储1024还可以包括单独的存储介质或与其它存储介质组合的存储介质，其它存储介质包括但不限于，诸如紧致盘rom设备(cd
‑
rom)、cd可记录驱动器(cd
‑
r驱动器)、cd可重写驱动器(cd
‑
rw驱动器)或数字多功能盘rom驱动器(dvd
‑
rom)等光盘驱动器。为了便于将盘存储1024连接到系统总线1018，通常使用诸如接口1026之类的可移动或不可移动接口。图10还描绘了充当用户和在合适的操作环境1000中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。这样的软件还可以包括例如操作系统1028。可存储在盘存储1024上的操作系统1028用于控制和分配计算机1012的资源。系统应用1030利用操作系统1028通过例如存储在系统存储器1016或盘存储1024上的程序模块1032和程序数据1034对资源的管理。应当理解，本公开可以用各种操作系统或操作系统的组合来实现。用户通过输入设备1036把命令或信息输入到计算机1012中。输入设备1036包括但不限于诸如鼠标、跟踪球、指示笔、触摸垫等定点设备、键盘、麦克风、操纵杆、游戏手柄、圆盘式卫星天线、扫描仪、tv调谐卡、数码相机、数码摄像机、web摄像头等。这些和其它输入设备通过系统总线1018经由接口端口1038连接到处理单元1014。接口端口1038包括，例如，串行端口、并行端口、游戏端口、以及通用串行总线(usb)。(一个或多个)输出设备1040使用与(一个或多个)输入设备1036相同类型的端口中的一些端口。因此，例如，usb端口可用于向计算机1012提供输入，并从计算机1012向输出设备1040输出信息。提供输出适配器1042来说明存在某些需要专用适配器的输出设备1040，如监视器、扬声器和打印机，以及其它输出设备1040。作为示例而非限制，输出适配器1042包括提供输出设备1040和系统总线1018之间的连接方法的显卡和声卡。应当注意，其它设备和/或设备的系统提供输入和输出能力，诸如远程计算机1044。
[0128]
计算机1012在使用与一个或多个远程计算机(如远程计算机1044)的逻辑连接的联网环境中操作。远程计算机1044可以是计算机、服务器、路由器、网络pc、工作站、基于微处理器的电器、对等设备或其它常见的网络节点等，并且通常还可包括关于计算机1012所描述的许多或所有元件。为了简洁起见，仅存储器存储设备1046与远程计算机1044一起示出。远程计算机1044通过网络接口1048被逻辑地连接到计算机1012，然后经由通信连接1050被物理地连接。网络接口1048包括有线和/或无线通信网络，例如局域网(lan)、广域网(wan)、蜂窝网络等。lan技术包括光纤分布式数据接口(fddi)、铜线分布式数据接口(cddi)、以太网、令牌环等。wan技术包括，但不限于，点对点链路、像综合业务数字网(isdn)及其变体那样的电路交换网络、分组交换网络、以及数字用户线(dsl)。通信连接1050是指用于将网络接口1048连接到系统总线1018的硬件/软件。虽然为了清楚地说明，通信连接1050被示为在计算机1012内部，但是它也可以在计算机1012外部。仅出于示例性目的，用于连接到网络接口1048的硬件/软件还可以包括内部和外部技术，诸如包括常规电话级调制解调器、电缆调制解调器和dsl调制解调器的调制解调器、isdn适配器和以太网卡。
[0129]
为了解释的简单起见，将方法和/或计算机实现的方法描绘和描述为一系列动作。可以理解和明白，本发明不受所示动作和/或动作次序的限制，例如，动作可以按各种次序和/或同时发生，并且可以与本文未呈现和描述的其它动作一起发生。此外，并非所有示出的动作都是实现根据所公开的主题的计算机实现的方法所必需的。另外，本领域技术人员将理解和明白，计算机实现的方法可以替换地经由状态图或事件被表示为一系列相互关联的状态。另外，还应当理解，下文中以及贯穿本说明书所公开的计算机实现的方法能够被存
储在制品上，以便于将这些计算机实现的方法传输和转移到计算机。如本文所使用的术语制品旨在涵盖可从任何计算机可读设备或存储介质访问的计算机程序。
[0130]
本发明可以是任何可能的技术细节集成水平的系统、方法、装置和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或多个介质)，该计算机可读程序指令用于使处理器执行本发明的各方面。计算机可读存储介质可以是能够保留和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷举列表还可以包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、诸如上面记录有指令的打孔卡或凹槽中的凸起结构的机械编码装置，以及上述的任何适当组合。如本文所使用的计算机可读存储介质不应被解释为暂时性信号本身，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，通过光纤线缆的光脉冲)、或通过导线传输的电信号。
[0131]
本文描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络，例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络，下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路的配置数据，或者以一种或多种编程语言(包括面向对象的编程语言，例如smalltalk、c 等)和过程式编程语言(例如“c”编程语言、matlab、pythonor类似编程语言)的任何组合编写的源代码或目标代码。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行，部分在用户的计算机上执行，作为独立的软件包执行，部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者可以连接到外部计算机(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)。在一些实施例中，为了执行本发明的各方面，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令以使电子电路个性化。
[0132]
本文参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的各方面。将理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令来实现。这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的方法。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，其可以引导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实现流程图和/或框图的一
个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作动作，以产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
[0133]
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方案中，框中所注明的功能可不按图中所注明的次序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实现。
[0134]
尽管以上在运行在计算机和/或计算机上的计算机程序产品的计算机可执行指令的一般上下文中描述了本主题，但本领域的技术人员将认识到，本公开也可结合其它程序模块来实现。通常，程序模块包括执行特定任务和/或实现特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构等。此外，本领域的技术人员可以理解，本发明的计算机实现的方法可以用其它计算机系统配置来实施，包括单处理器或多处理器计算机系统、小型计算设备、大型计算机、以及计算机、手持式计算设备(例如，pda、电话)、基于微处理器的或可编程的消费或工业电子产品等。所示的各方面也可以在其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行的分布式计算环境中实践。然而，本公开的一些方面，如果不是所有方面，可以在独立计算机上实践。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备中。
[0135]
如本技术中所使用的，术语“组件”、“系统”、“平台”、“接口”等可以指代和/或可以包括计算机相关的实体或与具有一个或多个特定功能的操作机器相关的实体。这里公开的实体可以是硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，组件可以是，但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。作为说明，在服务器上运行的应用程序和服务器都可以是组件。一个或多个组件可以驻留在进程和/或执行的线程内，并且组件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多计算机之间。在另一示例中，相应组件可从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。这些组件可以经由本地和/或远程进程进行通信，例如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自一个组件的数据，该组件经由该信号与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或通过诸如因特网之类的网络与其它系统进行交互)。作为另一个示例，组件可以是具有由电气或电子电路操作的机械部件提供的特定功能的装置，该电气或电子电路由处理器执行的软件或固件应用程序操作。在这种情况下，处理器可以在装置的内部或外部，并且可以执行软件或固件应用的至少一部分。作为又一示例，组件可以是通过电子组件而不是机械部件来提供特定功能的装置，其中电子组件可以包括处理器或其他方法以执行至少部分地赋予电子组件的功能的软件或固件。在一方面，组件可经由虚拟机来仿真电子组件，例如在云计算系统内。
[0136]
此外，术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另外指定，或者从上下文中清楚，否则“x采用a或b”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，
如果x使用a；x采用b；或者x采用a和b两者，则在任何前述实例下都满足“x采用a或b”。此外，除非另外指定或从上下文中清楚是指单数形式，否则如在本说明书和附图中使用的不定冠词“一”和“一个”一般应被解释为表示“一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例”和/或“示例性的”用于表示用作示例、实例或说明。为了避免疑惑，本文公开的主题不受这些示例限制。此外，本文中描述为“示例”和/或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为比其它方面或设计优选或有利，也不意味着排除本领域普通技术人员已知的等效示例性结构和技术。
[0137]
如在本说明书中所采用的，术语“处理器”可以指基本上任何计算处理单元或设备，包括但不限于单核处理器；具有软件多线程执行能力的单处理器；多核处理器；具有软件多线程执行能力的多核处理器；具有硬件多线程技术的多核处理器；平行平台；以及具有分布式共享存储器的并行平台。另外，处理器可以指被设计为执行本文描述的功能的集成电路、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑控制器(plc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任意组合。此外，处理器可以采用纳米级架构，例如但不限于基于分子和量子点的晶体管、开关和门，以便优化空间使用或增强用户设备的性能。处理器也可以实现为计算处理单元的组合。在本公开中，诸如“存储”、“数据库”以及与组件的操作和功能相关的基本上任何其他信息存储组件之类的术语被用来指代“存储器组件”、在“存储器”中包含的实体或包含存储器的组件。应了解，本文所描述的存储器和/或存储器组件可为易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。作为说明而非限制，非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除rom(eeprom)、闪存或非易失性随机存取存储器(ram)(例如，铁电ram(feram)，易失性存储器可包括ram，ram可用作外部高速缓存存储器，例如作为说明而非限制，ram可以许多形式获得，诸如同步ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双倍数据率(ddr sdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路dram(sldram)、直接型rambus ram(drram)、直接型rambus动态ram(drdram)和rambus动态ram(rdram)。另外，本文公开的系统或计算机实现的方法的存储器组件旨在包括但不限于包括这些和任何其他合适类型的存储器。
[0138]
以上描述的内容仅包括系统和计算机实现的方法的示例。当然，不可能为了描述本公开而描述组件或计算机实现的方法的每个可想到的组合，但是本领域的普通技术人员可以认识到，本公开的许多进一步的组合和置换是可能的。此外，就在详细描述、权利要求书、附录和附图中使用术语“包括”、“具有”、“拥有”等来说，这些术语旨在以与术语“包含”在权利要求书中用作过渡词时所解释的类似的方式为包含性的。已经出于说明的目的呈现了对各种实施例的描述，但是不旨在是穷举的或限于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上存在的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所公开的实施例。