半导体材料不仅是微电子工业的基础材料,也是光伏工业的基础材料,其体内的杂质或缺陷会显著地影响各种器件性能。随着半导体原材料向着大直径低缺陷方向发展,半导体器件的集成度越来越高,这对材料和器件的测试方法提出了更为苛刻的要求。为满足工业化生产的需求,测试方法必须满足非接触无损伤且灵敏度高的基本条件,才能用于生产过程的在线监测和无损表征。目前的测试方法主要利用光声光热原理,例如在过去二十年被广泛研究的光热辐射测量方法,其信号中既包含了载流子复合辐射成分,又包含了热辐射的成分,这使得信号的处理非常复杂并给定标过程带来了困难。　　 本文由半导体连续性方程出发,详细介绍了光载流子辐射测量技术的理论和应用。光载流子辐射测量是一种室温调制光致发光测量技术,由于在实验中仅对载流子复合辐射发光进行探测,滤除了信号中的热辐射成分,其信号大小与光生载流子的浓度成正比。这不仅使信号处理过程更为简单,还降低了实验系统成本。本文推导了光载流子辐射测量信号的理论计算表达式,并针对不同样品的实际情况发展了半无限厚度模型和三层理论模型。通过对模型进行仿真计算,分析了各个载流子输运参数对信号的影响并给予了物理解释。通过建立合适的优化算法,对光载流子辐射信号数据进行拟合分析,可反演获得待测的电学输运参数,如载流子的寿命和扩散系数,表面复合速度等,本文对这些参数的测量灵敏度也进行了理论分析。　　 利用搭建的光载流子辐射测量实验系统,我们对该技术的实际应用进行了研究。包括对不同规格样品电学输运参数的测量,并讨论了长时间光照对信号强度的影响。在监控离子注入的应用方面,本文分析了注入离子的种类、注入的剂量和能量与测量信号的关系,另外还分析了高温退火处理对信号的影响,为光载流子辐射测量的工业应用提供了初步的实验依据。　　 在用椭偏光谱对离子注入层的光学特性进行测量时,发现离子注入引入的缺陷主要改变了材料在可见光波段下的光学性质,对红外波段的光学性质影响很小。而当样品经退火处理后,缺陷得以修复,此时由于载流子吸收效应引起的光学性质变化主要集中在红外波段。本文对不同加工条件处理的硅片样品进行了椭偏光谱研究,给出了样品在可见至红外波段下的椭偏光谱,并通过建立等效光学模型对红外椭偏光谱测量数据进行分析,得到掺杂层的载流子浓度分布及电阻率等信息。