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飛行時間法遷移率測量儀 FlyTOF

飛行時間法遷移率測量儀FlyTOF是東譜科技HiTran瞬態綜合光電特性測量平台中的重要成員。該系統利用飛行時間法（Time-Of-Flight，TOF）測量半導體材料的遷移率以及相關的光電特性，廣泛適用於各類半導體材料，如矽基半導體、第二代半導體、第三代寬帶隙半導體、有機半導體、鈣鈦礦半導體、量子點半導體、二維材料半導體、金屬-有機框架（MOF）、共價有機框架（COF）等。該設備具備瞬態光電流測量、電子遷移率測量、空穴遷移率測量、二維平面的成像、水平載流子遷移率測量等功能。

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產品簡介

FlyTOF以飛行時間法載流子遷移率測量為核心。系統通過脈衝光激發、外加電場和TOF瞬態光電流采集獲得載流子渡越時間，並計算電子遷移率或空穴遷移率。最早於2012年為行業提供搭建式系統，並於2019年全新推出的業內首款自動化、集成化的飛行時間法遷移率測量商業化設備。

FlyTOF飛行時間法遷移率測量儀是東譜科技HiTran瞬態綜合光電特性測量平台中的重要成員。該系統利用飛行時間法（time-of-flight，TOF）測量半導體材料的遷移率以及相關的光電特性，廣泛適用於各類半導體材料，如矽基半導體、第二代半導體、第三代寬帶隙半導體、有機半導體、鈣鈦礦半導體、量子點半導體、二維材料半導體、金屬-有機框架（MOF）、共價有機框架（COF）等。FlyTOF基於我司的MagicBox主機研製而成，配備便捷的上位機控製和數據測量軟件，可助力客戶進行快速、準確的測量。FlyTOF是東譜科技源頭研發產品，是業內首款自動化、集成化的飛行時間法遷移率測試商業化設備。

遷移特性是半導體最為基礎的性質之一，是半導體在電子學和光電子學等領域進行應用的基礎。半導體的遷移率定義為單位電場下載流子的平均漂移速度。TOF遷移率測試方法直接由遷移率的定義發展而來。 相比於一些間接的遷移率測試方法，如空間電荷限製電流（SCLC）法等，TOF的方法被認為是最接近“真實”遷移率的一種測量方法。通過TOF瞬態光電流信號的分析，可以得到電子遷移率、空穴遷移率等參數；用戶還可以利用這些數據，結合材料的物理模型進行分析，得到雜質濃度、缺陷、能帶混亂度、電荷跳躍距離等參數。

作為TOF遷移率測試方法商業化應用的先行者，東譜科技已攜手客戶廣泛探索了FlyTOF在有機半導體、矽基半導體、鈣鈦礦半導體、二維材料、共價有機框架等領域的應用。東譜期待與您共同開拓FlyTOF更多的應用領域。

產品特點

□ 載流子遷移率測量值覆蓋10-9~106 cm2/(V.s)；

□ 業內首款高度集成化、自動化TOF商業設備；

□ 電子/空穴遷移率；

□ 水平/表面電子/空穴遷移率；

□ 載流子二維成像Mapping；

□ 基於TOF瞬態光電流；

□ 專業的信號調教，電磁兼容噪聲小；

□ 行業最先進的TOF測試功能；

□ 軟件自動控製，測試快速便捷；

□ 快速換樣裝置，惰性氣體氛圍測試；

□ 可實現寬溫度範圍的變溫測試（選配）；

□ 可通過可視化系統看到光斑照射情況；

□ 可靈活耦合各種類型的激發光源。

□ 利用飛行時間法（TOF）測量載流子遷移率；

□ 由TOF瞬態光電流提取渡越時間，並計算電子遷移率或空穴遷移率。

產品功能

□ 飛行時間法瞬態光電流測量

□ 半導體材料電子遷移率測量

□ 半導體材料空穴遷移率測量

□ 載流子濃度測量

□ 載流子壽命測量

□ 可選變溫測量

□ 可選Lateral-TOF測試功能及附件

□ 可選配TOF二維掃描（mapping）功能及附件

功能說明：

TOF+Mapping

標配TOF：縱向TOF；

Mapping功能：可以對TOF的信號進行二維平面的成像；

Lateral-TOF功能：可以以水平的方式對樣品的遷移率進行測試。

產品應用

□ 有機半導體

□ 量子點半導體

□ 元素半導體（Si、Ge等）

□ 金屬-有機框架（MOF）

□ 二維材料

□ 寬帶隙第三代半導體

□ 鈣鈦礦材料

□ 化合物半導體（InGaAs等）

□ 共價有機框（COF）

□ 其它半導體材料

規格型號

規格配置

高性能版（E300）

標配版（S300）

經濟版（W300）

TOF標配功能

√

√

√

Mapping模塊

可選

可選

×

Lateral-TOF

可選

可選

×

* Lateral-TOF：

□ 包含顯微系統、探針系統、針對Lateral-TOF的光路及電子部件系統等，具有非標性質，詳情請與銷售專員聯系。

* 可選配置/部件：

□ 337nm 納秒氣體激光器；

□ 532nm納秒調Q固體激光器；

□ 355 nm納秒調Q固體激光器；

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

□ 可調諧 OPO 激光器，波長範圍：210-2400 nm。

測試樣例

專業名詞解析

TOF遷移率： 飛行時間法（TOF）遷移率由載流子在已知厚度和電場下的渡越時間計算，屬於漂移遷移率。它直接對應載流子平均漂移速度，但要求樣品幾何和電場條件滿足方法假設；

渡越時間： 渡越時間是光生載流子通過樣品有效厚度所需的時間，是TOF遷移率計算的核心量。不同的波形拐點判定方法可能得到不同結果，應明確提取規則；

色散輸運： 色散輸運指載流子渡越時間分布較寬、瞬態電流缺少清晰平台或拐點的輸運行為，常與無序和陷阱有關。此時遷移率解釋需結合波形模型而非機械取單點；

Lateral-TOF： Lateral-TOF采用平面內電極結構測量載流子橫向遷移過程，適合研究薄膜表面或平面內輸運。其電場分布和有效遷移距離與傳統垂直TOF不同；

遷移率-壽命積μτ： 遷移率-壽命積μτ綜合反映載流子移動能力和存活時間，常用於評估輻射探測器和厚膜器件的電荷收集能力。它不是單獨的遷移率，也不能替代壽命測量。

常見問題

FlyTOF是飛行時間法遷移率測量儀，核心功能是利用飛行時間法（TOF）瞬態光電流獲得載流子渡越時間，並計算電子遷移率或空穴遷移率。理解FlyTOF時，重點關注TOF遷移率、渡越時間、色散輸運、Lateral-TOF和遷移率-壽命積μτ。不同方法對應不同樣品結構、載流子狀態和物理模型。TOF測量光生載流子在電場下的漂移渡越，霍爾法依賴磁場橫向響應，SCLC依賴注入與空間電荷模型。

1. 問：FlyTOF是什麼設備，核心測量或功能是什麼？

答：FlyTOF是飛行時間法遷移率測量儀，核心功能是利用飛行時間法（TOF）瞬態光電流獲得載流子渡越時間，並計算電子遷移率或空穴遷移率。利用飛行時間法（TOF）測量載流子遷移率。開展實驗前，應先明確希望比較的指標、工作條件和數據輸出，再據此設計FlyTOF的測量流程。

2. 問：TOF遷移率是什麼？

答：飛行時間法（TOF）遷移率由載流子在已知厚度和電場下的渡越時間計算，屬於漂移遷移率。它直接對應載流子平均漂移速度，但要求樣品幾何和電場條件滿足方法假設。

3. 問：如何正確理解渡越時間，常見誤區是什麼？

答：渡越時間是光生載流子通過樣品有效厚度所需的時間，是TOF遷移率計算的核心量。不同的波形拐點判定方法可能得到不同結果，應明確提取規則。常見誤區是隻比較最終數值，卻忽略測試條件、校準狀態或樣品差異。使用FlyTOF進行跨樣品比較時，應保證關鍵條件一緻並報告不確定度。

4. 問：TOF遷移率與霍爾遷移率、SCLC遷移率為什麼不能直接互換？

答：不同方法對應不同樣品結構、載流子狀態和物理模型。TOF測量光生載流子在電場下的漂移渡越，霍爾法依賴磁場橫向響應，SCLC依賴注入與空間電荷模型。

5. 問：FlyTOF測試中，哪些實驗條件最影響結果？

答：遷移率提取需準確輸入樣品厚度、電場和渡越時間判定方法。還應記錄與渡越時間和Lateral-TOF相關的設置，因為這些條件可能改變信號幅值、時間尺度、空間分布或計算結果。缺少條件記錄時，即使曲線外觀相似，也不宜直接比較。

6. 問：如何提高FlyTOF數據的重複性和跨樣品可比性？

答：溫度依賴測試應記錄樣品接觸和熱平衡時間。建議設置空白、標準樣品或重複樣品，固定采集設置、校準方式和數據處理流程，並保留原始數據與完整元數據。批量測試還應監測系統隨時間的漂移。

7. 問：針對色散輸運，怎樣設計一組更容易複核的實驗？

答：先固定樣品製備和FlyTOF的基礎采集條件，再隻改變一個目標變量；隨後進行重複測量、條件反轉或對照實驗，並檢查原始數據是否支持同一趨勢。若色散輸運的解釋依賴模型，應同時報告模型假設、擬合殘差和參數不確定度。

8. 問：Lateral-TOF為什麼容易造成誤判？如何排查？

答：Lateral-TOF采用平面內電極結構測量載流子橫向遷移過程，適合研究薄膜表面或平面內輸運。其電場分布和有效遷移距離與傳統垂直TOF不同。排查時可從儀器校準、背景與空白、信號強度依賴、時間或空間重複性四個方面入手。隻有誤差來源被控製後，FlyTOF結果才適合用於機理討論。

9. 問：遷移率-壽命積μτ與當前研究熱點有什麼關系？

答：遷移率-壽命積μτ綜合反映載流子移動能力和存活時間，常用於評估輻射探測器和厚膜器件的電荷收集能力。它不是單獨的遷移率，也不能替代壽命測量。該問題連接FlyTOF測量與當前科研中的性能比較、過程追蹤或可靠性評價。報告結果時，應給出明確實驗條件和判斷邊界，避免把相關性寫成因果關系。

10. 問：研究人員解讀FlyTOF結果時，如何避免過度結論？

答：應先確認測試條件與方法假設，再結合色散輸運、Lateral-TOF及獨立表征交叉判斷。單一數值、單張圖譜或一次測試通常不足以支持完整機理結論；重複實驗、對照組和原始數據質量比結論措辭更重要。

產品關鍵詞：載流子遷移率測量系統/測試，電子遷移率測試，空穴遷移率測試，電子遷移率檢測，半導體測試儀，半導體參數分析儀，半導體器件參數測試儀，渡越時間測量，飛行時間測量儀，少數載流子壽命測試儀，載流子壽命測試儀器，遷移率壽命積測量，少數載流子測試，水平載流子測試儀，橫向載流子測試，載流子濃度測量儀，少子壽命測試儀

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


飛行時間法遷移率測量儀FlyTOF


▎載流子遷移率

  • 遷移率是衡量半導體性能的重要參數，它決定半導體材料的導電特性，也影響半導體的各種光電性能，如發光、光伏、時間響應特性等。在半導體研究及應用領域，針對載流子遷移率特性及其測量方法的研究，有著非常廣泛的關注。
  • 目前行業報道的載流子遷移率測量方法包括：
  1. Time-of-flight (TOF)：飛行時間法;
  2. Drift mobility：漂移遷移率;
  3. Bulky mobility：體遷移率;
  4. Hall effect：霍爾效應;
  5. Band mobility：帶遷移率;
  6.  Field transistor：場效應晶體管;
  7.  Mobility at 2D interface and at high current densities：二維界面處在高電流密度下的遷移率;
  8. Microwave and Terahertz：微波和太赫茲;
  9. Optical method：光學方法;
  10. Space charge limited current (SCLC)：空間電荷限製電流;
  11.  Mobility based on space charge limited current assumption：基於空間電荷限製電流假設的遷移率 .
  • 上述每種方法都有其特點，比如，霍爾效應法主要適用於較大的無機半導體載流子遷移率的測量；飛行時間（TOF）法遷移率的測量範圍廣，特別是在有機半導體材料等低遷移率的測試場景中有無可替代的作用。



▎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測試方法

在眾多的遷移率測試方法中，飛行時間（TOF）法被認為是最接近遷移率本身特性的一種測量方法。因為半導體的遷移率定義為載流子在電場下的平均漂移速度。而TOF的遷移率測試方法，是直接從半導體遷移率定義出發發展的測量方法。


                 載流子遷移率：單位電場下載流子的平均漂移速度。




▎TOF技術曆史背景

  • 1957年，Spear 就開始利用TOF的技術研究硒半導體的遷移率

  • 1960年，Kepler和LeBlanc等人就利用TOF的技術研究蒽基有機半導體的性質


  • 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).

飛行時間法遷移率測量儀 FlyTOF
飛行時間法遷移率測量儀FlyTOF是東譜科技HiTran瞬態綜合光電特性測量平台中的重要成員。該系統利用飛行時間法（Time-Of-Flight，TOF）測量半導體材料的遷移率以及相關的光電特性，廣泛適用於各類半導體材料，如矽基半導體、第二代半導體、第三代寬帶隙半導體、有機半導體、鈣鈦礦半導體、量子點半導體、二維材料半導體、金屬-有機框架（MOF）、共價有機框架（COF）等。該設備具備瞬態光電流測量、電子遷移率測量、空穴遷移率測量、二維平面的成像、水平載流子遷移率測量等功能。
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