半导体材料的少子寿命是评价半导体器件的性能的一项重要指标,在众多少子寿命测量技术中,微波光电导测试技术因具有高精度、无接触、即时测量等优点而被广泛应用。微波谐振腔是一种特殊的传感器,具有高精度、抗干扰能力强、高敏感度的优点。微波谐振腔利用微扰探测理论,利用谐振腔传感器输出功率变化和谐振频率偏移,可实现材料介电常数、磁导率和与之相关的物理过程的探测。本研究基于微波谐振腔微扰理论,研究目标为利用圆柱谐振腔实现半导体在光激发后的非平衡载流子瞬态动力学测量,在理论方面详细阐述了微波微扰法,结合半导体的能级结构理论,利用受迫振动的谐振子模型分析出,光生载流子分为自由载流子和被陷阱俘获的载流子,自由载流子主要引起介电常数虚部变化,消耗微波功率;被束缚的载流子参与极化作用,主要引起介电常数实部的变化,使谐振腔的频率发生偏移。本工作的重点是谐振腔设计,耦合,以及阻抗匹配调节,没有具体区分光电导和光介电两个效应。在谐振腔传感器设计方面,利用电磁场理论分析了圆柱腔内的电磁场形态和分布方式,设计了两个不同品质因数的表面镀金的黄铜圆柱体谐振腔,分别谐振TE₀₁₁和TM₀₁₂模式。并利用业界公认标准的HFSS软件作为电磁仿真平台对谐振腔进行耦合方式设计,进行了矩形孔、圆形孔、天线耦合的讨论和模拟,对影响耦合效果的耦合孔参数、传输微波的波导长度进行了分析和优化,使用矩形耦合孔的谐振系统的反射系数衰减在-30dB左右,具有良好的谐振效果,谐振腔的空载品质因数可达16000左右,具有很高的灵敏度。并利用单支节平衡调配器等效实现传输波导管长度的变化,用于调节谐振腔的耦合和整个系统的时间分辨率,对它的作用效果进行了仿真分析。最后搭建了用于半导体材料光生载流子动力学测量的系统,根据电路理论分析,系统的测试极限与负载腔的品质因数和谐振频率有关。对几组常用的光电材料:碘化银、锐钛矿二氧化钛、钙钛矿、硫化镉的光生载流子动力学的测量对系统性能进行了验证,获得了理论预期的结果,表明系统可以有效地采集到的样品的光生载流子动力学过程,信号曲线的指数衰减或高斯形态与仪器的分辨率、系统的灵敏度有关。理想的光电导信号应该具有指数衰减的形式,高品质因数的谐振腔在增大系统灵敏度的同时也降低了系统的时间分辨率,导致了光电导信号的高斯曲线形态。系统的时间分辨率在纳秒量级,并且可以适当调整,以便用于不同动力学衰减常数的半导体材料光生载流子瞬态动力学的测量。