光增强氢氟酸钝化法：一种检测体相硅缺陷的灵敏技术

本实验的总体目标是采用一种室温下的表面钝化方法，以抑制表面复合，从而能够准确表征体相硅中的缺陷。该方法有助于我们理解哪些缺陷会限制高纯度硅片的少子寿命，而这类硅片正是实现极高效率太阳能电池所必需的。该技术的主要优势在于可在室温下进行，这意味着在测量过程中体相硅缺陷的复合活性不会发生变化。

该技术的应用意义在于能够测量体相硅中低浓度缺陷的复合活性，而这些缺陷若采用其他技术则很难检测。通常，初次接触该方法的研究人员可能会遇到困难，因为其对高纯度去离子水和化学清洗步骤的要求在初期往往未被充分理解，因此必须严格按照步骤执行实验流程。溶液配制（包括氢氟酸配制的重要注意事项）以及常规装置搭建和设备校准说明均已在文本方案中提供。

完成上述目标后，使用化学处理方法对硅片进行清洗。首先将样品装入石英支架中，然后将支架转移至用于常规用途的氢氟酸浴中。

大约10秒后，样品将变为疏水性。将其从浴液中取出，并通过三个去离子水浴清洗。接下来，在通风橱中，将支架缓慢浸入SC1溶液中，该溶液已维持在75摄氏度的温度下。

让处理持续10分钟。同时，将三个经过化学清洗的两升烧杯装满去离子水。SC1处理后，通过三个水浴对样品进行冲洗。

接下来，将样品浸入专用的氢氟酸溶液中约10秒。然后使用三份新鲜的去离子水进行冲洗。现在，将样品转移至已配制好SC2溶液并加热至稳定75摄氏度的通风橱中。

将样品浸入SC2溶液中10分钟。SC2处理后，使用三个去离子水浴清洗样品。如有需要，可将样品在最后一个水浴中浸泡过夜。

清洗后，将样品浸入另一个专用的氢氟酸溶液中处理10秒。再次将样品依次通过三个盛有新鲜去离子水的容器进行清洗。随后，将样品转移至通风橱中，其中TMAH溶液已稳定加热至约85摄氏度，缓慢将样品浸入TMAH溶液中以刻蚀晶圆。

让其反应五分钟，以去除约五微米的硅。接着，使用至少三个去离子水浴清洗，以去除残留的黏性TMAH溶液。这些相同的冲洗烧杯可在此处重复使用。

冲洗完毕后，需在两小时内进行测量。该操作应在通风橱内进行。准备过程中，用去离子水填充两个2升的塑料烧杯。

在通风橱中准备一些塑料镊子以处理样品。在计算机上打开 Lifetime Tester 文件，该文件包含氢氟酸测量装置的正确校准系数。从模式选项中选择“瞬态”，并输入晶圆参数的描述信息。

现在，小心地将氢氟酸容器的盖子拧紧，并将其放置在 Lifetime Tester 的载物台上，对准代表感应线圈位置的蓝色圆圈中心。让溶液静置约一分钟后再继续操作。随后，在计算机上点击“归零仪器”按钮，以测量溶液的电压。

测量完成后，小心地将氢氟酸容器放回通风橱台面。打开瓶盖，并用通风橱内水龙头的去离子水冲洗瓶盖上的冷凝液。然后，使用镊子将一片晶圆转移至氢氟酸溶液中。

轻轻将晶圆压至浴槽底部。然后盖上盖子，小心地将容器移回寿命测试仪的测试台。将晶圆置于感应线圈正上方中心位置。

在进行测量之前，请确保关闭通风橱的照明灯。然后打开卤素灯以照射硅片，并持续约一分钟。在照射期间，在软件中点击“测量”按钮。

软件将开始采集数据。在提示框中输入文件名，并将“Sample Averaging”选项设置为10。光照约一分钟后，关闭光源，立即点击“Taking Data”窗口中的Average按钮。

软件将执行10次测量。然后，单击“确定”。现在，小心地将容器放回通风橱台面，谨慎取下盖子，并小心取出晶圆。使用专用的冲洗烧杯对测试过的晶圆进行冲洗，最后用通风橱内的去离子水龙头进行最终冲洗。

然后，保存已测试的晶圆，并对每个待测硅片重复上述过程。实验结束后，请按照文本方案中提供的清理说明进行操作。根据所述方案，硅片经过处理、刻蚀、浸入氢氟酸，并使用光电导工具进行测量，得到由表面复合效应主导的少子寿命曲线，如蓝色三角形所示。

当浸没在氢氟酸溶液中的硅片由卤素灯照射一分钟，随后立即进行光电导测量时，少子寿命将显著增加，如红色圆圈所示。寿命的增加源于表面复合的减少。一旦关闭卤素灯，表面钝化效果在数秒内即开始退化。

蓝色圆圈显示了光照后等待一分钟的后果。观看本视频后，您应能充分理解如何使用氢氟酸浴测量硅片的体寿命，特别是如何在测量前处理硅片、如何利用光源激活表面钝化，以及如何在光照后立即测量寿命。一旦掌握，该技术可在每片硅片两到三分钟内完成。

然而，制备用于测量的晶圆需要一小时，因此对晶圆进行批量测量更为节省时间。在进行该操作时，需牢记必须保持硅晶圆的清洁，以实现稳定且优异的表面钝化，从而能够检测和表征体相缺陷。切勿忘记，使用氢氟酸具有极高的危险性，在执行该技术时，必须始终采取预防措施，例如佩戴个人防护装备，并严格按步骤操作。