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飞行时间法迁移率测量仪 FlyTOF

飞行时间法迁移率测量仪FlyTOF是东谱科技HiTran瞬态综合光电特性测量平台中的重要成员。该系统利用飞行时间法（Time-Of-Flight，TOF）测量半导体材料的迁移率以及相关的光电特性，广泛适用于各类半导体材料，如硅基半导体、第二代半导体、第三代宽带隙半导体、有机半导体、钙钛矿半导体、量子点半导体、二维材料半导体、金属-有机框架（MOF）、共价有机框架（COF）等。该设备具备瞬态光电流测量、电子迁移率测量、空穴迁移率测量、二维平面的成像、水平载流子迁移率测量等功能。

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产品简介

FlyTOF以飞行时间法载流子迁移率测量为核心。系统通过脉冲光激发、外加电场和TOF瞬态光电流采集获得载流子渡越时间，并计算电子迁移率或空穴迁移率。最早于2012年为行业提供搭建式系统，并于2019年全新推出的业内首款自动化、集成化的飞行时间法迁移率测量商业化设备。

FlyTOF飞行时间法迁移率测量仪是东谱科技HiTran瞬态综合光电特性测量平台中的重要成员。该系统利用飞行时间法（time-of-flight，TOF）测量半导体材料的迁移率以及相关的光电特性，广泛适用于各类半导体材料，如硅基半导体、第二代半导体、第三代宽带隙半导体、有机半导体、钙钛矿半导体、量子点半导体、二维材料半导体、金属-有机框架（MOF）、共价有机框架（COF）等。FlyTOF基于我司的MagicBox主机研制而成，配备便捷的上位机控制和数据测量软件，可助力客户进行快速、准确的测量。FlyTOF是东谱科技源头研发产品，是业内首款自动化、集成化的飞行时间法迁移率测试商业化设备。

迁移特性是半导体最为基础的性质之一，是半导体在电子学和光电子学等领域进行应用的基础。半导体的迁移率定义为单位电场下载流子的平均漂移速度。TOF迁移率测试方法直接由迁移率的定义发展而来。 相比于一些间接的迁移率测试方法，如空间电荷限制电流（SCLC）法等，TOF的方法被认为是最接近“真实”迁移率的一种测量方法。通过TOF瞬态光电流信号的分析，可以得到电子迁移率、空穴迁移率等参数；用户还可以利用这些数据，结合材料的物理模型进行分析，得到杂质浓度、缺陷、能带混乱度、电荷跳跃距离等参数。

作为TOF迁移率测试方法商业化应用的先行者，东谱科技已携手客户广泛探索了FlyTOF在有机半导体、硅基半导体、钙钛矿半导体、二维材料、共价有机框架等领域的应用。东谱期待与您共同开拓FlyTOF更多的应用领域。

产品特点

□ 载流子迁移率测量值覆盖10-9~106 cm2/(V.s)；

□ 业内首款高度集成化、自动化TOF商业设备；

□ 电子/空穴迁移率；

□ 水平/表面电子/空穴迁移率；

□ 载流子二维成像Mapping；

□ 基于TOF瞬态光电流；

□ 专业的信号调教，电磁兼容噪声小；

□ 行业最先进的TOF测试功能；

□ 软件自动控制，测试快速便捷；

□ 快速换样装置，惰性气体氛围测试；

□ 可实现宽温度范围的变温测试（选配）；

□ 可通过可视化系统看到光斑照射情况；

□ 可灵活耦合各种类型的激发光源。

□ 利用飞行时间法（TOF）测量载流子迁移率；

□ 由TOF瞬态光电流提取渡越时间，并计算电子迁移率或空穴迁移率。

产品功能

□ 飞行时间法瞬态光电流测量

□ 半导体材料电子迁移率测量

□ 半导体材料空穴迁移率测量

□ 载流子浓度测量

□ 载流子寿命测量

□ 可选变温测量

□ 可选Lateral-TOF测试功能及附件

□ 可选配TOF二维扫描（mapping）功能及附件

功能说明：

TOF+Mapping

标配TOF：纵向TOF；

Mapping功能：可以对TOF的信号进行二维平面的成像；

Lateral-TOF功能：可以以水平的方式对样品的迁移率进行测试。

产品应用

□ 有机半导体

□ 量子点半导体

□ 元素半导体（Si、Ge等）

□ 金属-有机框架（MOF）

□ 二维材料

□ 宽带隙第三代半导体

□ 钙钛矿材料

□ 化合物半导体（InGaAs等）

□ 共价有机框（COF）

□ 其它半导体材料

规格型号

规格配置

高性能版（E300）

标配版（S300）

经济版（W300）

TOF标配功能

√

√

√

Mapping模块

可选

可选

×

Lateral-TOF

可选

可选

×

* Lateral-TOF：

□ 包含显微系统、探针系统、针对Lateral-TOF的光路及电子部件系统等，具有非标性质，详情请与销售专员联系。

* 可选配置/部件：

□ 337nm 纳秒气体激光器；

□ 532nm纳秒调Q固体激光器；

□ 355 nm纳秒调Q固体激光器；

□ Nd:YAG激光器 1064 nm、532 nm、355 nm、266 nm；

□ 可调谐 OPO 激光器，波长范围：210-2400 nm。

测试样例

专业名词解析

TOF迁移率： 飞行时间法（TOF）迁移率由载流子在已知厚度和电场下的渡越时间计算，属于漂移迁移率。它直接对应载流子平均漂移速度，但要求样品几何和电场条件满足方法假设；

渡越时间： 渡越时间是光生载流子通过样品有效厚度所需的时间，是TOF迁移率计算的核心量。不同的波形拐点判定方法可能得到不同结果，应明确提取规则；

色散输运： 色散输运指载流子渡越时间分布较宽、瞬态电流缺少清晰平台或拐点的输运行为，常与无序和陷阱有关。此时迁移率解释需结合波形模型而非机械取单点；

Lateral-TOF： Lateral-TOF采用平面内电极结构测量载流子横向迁移过程，适合研究薄膜表面或平面内输运。其电场分布和有效迁移距离与传统垂直TOF不同；

迁移率-寿命积μτ： 迁移率-寿命积μτ综合反映载流子移动能力和存活时间，常用于评估辐射探测器和厚膜器件的电荷收集能力。它不是单独的迁移率，也不能替代寿命测量。

常见问题

FlyTOF是飞行时间法迁移率测量仪，核心功能是利用飞行时间法（TOF）瞬态光电流获得载流子渡越时间，并计算电子迁移率或空穴迁移率。理解FlyTOF时，重点关注TOF迁移率、渡越时间、色散输运、Lateral-TOF和迁移率-寿命积μτ。不同方法对应不同样品结构、载流子状态和物理模型。TOF测量光生载流子在电场下的漂移渡越，霍尔法依赖磁场横向响应，SCLC依赖注入与空间电荷模型。

1. 问：FlyTOF是什么设备，核心测量或功能是什么？

答：FlyTOF是飞行时间法迁移率测量仪，核心功能是利用飞行时间法（TOF）瞬态光电流获得载流子渡越时间，并计算电子迁移率或空穴迁移率。利用飞行时间法（TOF）测量载流子迁移率。开展实验前，应先明确希望比较的指标、工作条件和数据输出，再据此设计FlyTOF的测量流程。

2. 问：TOF迁移率是什么？

答：飞行时间法（TOF）迁移率由载流子在已知厚度和电场下的渡越时间计算，属于漂移迁移率。它直接对应载流子平均漂移速度，但要求样品几何和电场条件满足方法假设。

3. 问：如何正确理解渡越时间，常见误区是什么？

答：渡越时间是光生载流子通过样品有效厚度所需的时间，是TOF迁移率计算的核心量。不同的波形拐点判定方法可能得到不同结果，应明确提取规则。常见误区是只比较最终数值，却忽略测试条件、校准状态或样品差异。使用FlyTOF进行跨样品比较时，应保证关键条件一致并报告不确定度。

4. 问：TOF迁移率与霍尔迁移率、SCLC迁移率为什么不能直接互换？

答：不同方法对应不同样品结构、载流子状态和物理模型。TOF测量光生载流子在电场下的漂移渡越，霍尔法依赖磁场横向响应，SCLC依赖注入与空间电荷模型。

5. 问：FlyTOF测试中，哪些实验条件最影响结果？

答：迁移率提取需准确输入样品厚度、电场和渡越时间判定方法。还应记录与渡越时间和Lateral-TOF相关的设置，因为这些条件可能改变信号幅值、时间尺度、空间分布或计算结果。缺少条件记录时，即使曲线外观相似，也不宜直接比较。

6. 问：如何提高FlyTOF数据的重复性和跨样品可比性？

答：温度依赖测试应记录样品接触和热平衡时间。建议设置空白、标准样品或重复样品，固定采集设置、校准方式和数据处理流程，并保留原始数据与完整元数据。批量测试还应监测系统随时间的漂移。

7. 问：针对色散输运，怎样设计一组更容易复核的实验？

答：先固定样品制备和FlyTOF的基础采集条件，再只改变一个目标变量；随后进行重复测量、条件反转或对照实验，并检查原始数据是否支持同一趋势。若色散输运的解释依赖模型，应同时报告模型假设、拟合残差和参数不确定度。

8. 问：Lateral-TOF为什么容易造成误判？如何排查？

答：Lateral-TOF采用平面内电极结构测量载流子横向迁移过程，适合研究薄膜表面或平面内输运。其电场分布和有效迁移距离与传统垂直TOF不同。排查时可从仪器校准、背景与空白、信号强度依赖、时间或空间重复性四个方面入手。只有误差来源被控制后，FlyTOF结果才适合用于机理讨论。

9. 问：迁移率-寿命积μτ与当前研究热点有什么关系？

答：迁移率-寿命积μτ综合反映载流子移动能力和存活时间，常用于评估辐射探测器和厚膜器件的电荷收集能力。它不是单独的迁移率，也不能替代寿命测量。该问题连接FlyTOF测量与当前科研中的性能比较、过程追踪或可靠性评价。报告结果时，应给出明确实验条件和判断边界，避免把相关性写成因果关系。

10. 问：研究人员解读FlyTOF结果时，如何避免过度结论？

答：应先确认测试条件与方法假设，再结合色散输运、Lateral-TOF及独立表征交叉判断。单一数值、单张图谱或一次测试通常不足以支持完整机理结论；重复实验、对照组和原始数据质量比结论措辞更重要。

产品关键词：载流子迁移率测量系统/测试，电子迁移率测试，空穴迁移率测试，电子迁移率检测，半导体测试仪，半导体参数分析仪，半导体器件参数测试仪，渡越时间测量，飞行时间测量仪，少数载流子寿命测试仪，载流子寿命测试仪器，迁移率寿命积测量，少数载流子测试，水平载流子测试仪，横向载流子测试，载流子浓度测量仪，少子寿命测试仪

Key words: Carrier mobility Measurement system/Test, electron mobility test, Hole mobility Test, electron mobility test, semiconductor tester, semiconductor parameter analyzer, semiconductor device parameter tester, transit time measurement, time of Flight measurement, minority carrier life tester, carrier life testing instrument, Mobility lifetime product measurement, minority carrier test, Level Carrier tester, transverse carrier tester, carrier concentration tester, minority lifetime tester


飞行时间法迁移率测量仪FlyTOF


▎载流子迁移率

  • 迁移率是衡量半导体性能的重要参数，它决定半导体材料的导电特性，也影响半导体的各种光电性能，如发光、光伏、时间响应特性等。在半导体研究及应用领域，针对载流子迁移率特性及其测量方法的研究，有着非常广泛的关注。
  • 目前行业报道的载流子迁移率测量方法包括：
  1. Time-of-flight (TOF)：飞行时间法;
  2. Drift mobility：漂移迁移率;
  3. Bulky mobility：体迁移率;
  4. Hall effect：霍尔效应;
  5. Band mobility：带迁移率;
  6.  Field transistor：场效应晶体管;
  7.  Mobility at 2D interface and at high current densities：二维界面处在高电流密度下的迁移率;
  8. Microwave and Terahertz：微波和太赫兹;
  9. Optical method：光学方法;
  10. Space charge limited current (SCLC)：空间电荷限制电流;
  11.  Mobility based on space charge limited current assumption：基于空间电荷限制电流假设的迁移率 .
  • 上述每种方法都有其特点，比如，霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量；飞行时间（TOF）法迁移率的测量范围广，特别是在有机半导体材料等低迁移率的测试场景中有无可替代的作用。



▎TOF工作原理

  • Steps of a TOF test

  1. Light excitation; Photo-carriers are generated near the light incidence electrode ;
  2. Photo-carriers drift to the counter electrode under the bias;
  3. Photo-current is formed and detected.
  • TOF测试方法

在众多的迁移率测试方法中，飞行时间（TOF）法被认为是最接近迁移率本身特性的一种测量方法。因为半导体的迁移率定义为载流子在电场下的平均漂移速度。而TOF的迁移率测试方法，是直接从半导体迁移率定义出发发展的测量方法。


                 载流子迁移率：单位电场下载流子的平均漂移速度。




▎TOF技术历史背景

  • 1957年，Spear 就开始利用TOF的技术研究硒半导体的迁移率

  • 1960年，Kepler和LeBlanc等人就利用TOF的技术研究蒽基有机半导体的性质


  • Since 1950s, time-of-flight has always been the key method to measure mobility of semiconductors/insulators until now.
  • If we would like to achieve the drift and bulky mobility, TOF seems to be the only choice.
  • The mobility from TOF is closest to the mobility definition (mean drift velocity per unitary electric field).

飞行时间法迁移率测量仪 FlyTOF
飞行时间法迁移率测量仪FlyTOF是东谱科技HiTran瞬态综合光电特性测量平台中的重要成员。该系统利用飞行时间法（Time-Of-Flight，TOF）测量半导体材料的迁移率以及相关的光电特性，广泛适用于各类半导体材料，如硅基半导体、第二代半导体、第三代宽带隙半导体、有机半导体、钙钛矿半导体、量子点半导体、二维材料半导体、金属-有机框架（MOF）、共价有机框架（COF）等。该设备具备瞬态光电流测量、电子迁移率测量、空穴迁移率测量、二维平面的成像、水平载流子迁移率测量等功能。
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