Leicht verbesserte Flusssäure Passivierung: eine empfindliche Technik zum Nachweis von Bulk-Silizium-Defekte

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, ein Oberflächenpassivierungsverfahren bei Raumtemperatur zu verwenden, um die Oberflächenrekombination zu hemmen, so dass Siliziumdefekte genau charakterisiert werden können. Diese Methode kann uns helfen zu verstehen, welche Defekte die Lebensdauer von hochreinen Siliziumwafern begrenzen, die für Solarzellen mit sehr hohem Wirkungsgrad benötigt werden. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, was bedeutet, dass sich die Rekombinationsaktivität von Siliziumdefekten während der Messung nicht ändert.

Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf die Messung der Rekombinationsaktivität von Volumen-Siliziumdefekten, die in geringen Konzentrationen vorliegen und sonst mit anderen Techniken sehr schwer zu messen wären. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da die Anforderungen an hochreines DI-Wasser und chemische Reinigungsverfahren zunächst nicht verstanden werden, daher ist es unerlässlich, dass das Verfahren Schritt für Schritt befolgt wird. Die Lösungsvorbereitung, einschließlich wichtiger Hinweise zur Flusssäurevorbereitung, sowie allgemeine Anweisungen zur Einrichtung und Gerätekalibrierung sind im Textprotokoll enthalten.

Wenn Sie diese Ziele erreicht haben, fahren Sie mit der Reinigung der Siliziumwafer durch chemische Behandlungen fort. Beginnen Sie mit dem Laden der Proben in eine Quarzwiege. Bringen Sie dann die Wiege in ein Flusssäurebad, das für den allgemeinen Gebrauch bestimmt ist.

Nach etwa 10 Sekunden sind die Proben hydrophob. Nehmen Sie sie aus der Badewanne und spülen Sie sie ab, indem Sie sie durch drei entionisierte Wasserbäder führen. Tauchen Sie die Halterung anschließend in einem Abzug langsam in die SC1-Lösung, die auf einer Temperatur von 75 Grad Celsius gehalten wurde.

Lassen Sie die Behandlung 10 Minuten einwirken. Und in der Zwischenzeit werden drei chemisch gereinigte Zwei-Liter-Becher mit entionisiertem Wasser gefüllt. Spülen Sie die Proben nach der SC1-Behandlung ab, indem Sie sie durch die drei Wasserbäder führen.

Tauchen Sie die Proben anschließend für etwa 10 Sekunden in ein spezielles Flusssäurebad. Spülen Sie die Proben dann mit drei frischen deionisierten Wasserbädern ab. Bringen Sie nun die Proben in den Abzug, in dem die SC2-Lösung hergestellt und auf stabile 75 Grad Celsius erhitzt wurde.

Tauchen Sie die Proben 10 Minuten lang in die SC2-Lösung. Spülen Sie die Proben nach der SC2-Behandlung mit den drei deionisierten Wasserbädern ab. Lassen Sie die Proben bei Bedarf über Nacht im letzten Wasserbad bleiben.

Tauchen Sie die Proben nach dem Spülen für 10 Sekunden in ein weiteres spezielles Flusssäurebad. Spülen Sie die Proben erneut, indem Sie sie durch drei frische deionisierte Wasserbäder führen. Bringen Sie nun die Proben in den Abzug, wo die TMAH-Lösung stabil auf etwa 85 Grad Celsius erhitzt wird, und tauchen Sie die Proben langsam in die TMAH-Lösung, um die Wafer zu ätzen.

Lassen Sie sie fünf Minuten lang reagieren, um etwa fünf Mikrometer Silizium zu entfernen. Spülen Sie anschließend die klebrige TMAH-Lösung mit mindestens drei deionisierten Wasserbädern ab. Die gleichen Spülbecher können hier wieder eingesetzt werden.

Nach dem Spülen können Sie innerhalb von zwei Stunden mit den Messungen fortfahren. Dieser Vorgang wird unter einem Abzug durchgeführt. Füllen Sie zur Vorbereitung zwei Zwei-Liter-Plastikbecher mit entionisiertem Wasser.

Bereiten Sie auch eine Plastikpinzette in der Haube vor, um die Proben zu handhaben. Öffnen Sie auf dem Computer die Lifetime Tester-Datei, die die korrekten Kalibrierkoeffizienten für den Aufbau der Flusssäure-Messung enthält. Wählen Sie in den Modusoptionen die Option "Transient" aus und geben Sie eine Beschreibung der Variablen des Wafers ein.

Befestigen Sie nun vorsichtig den Deckel auf dem Flusssäurebehälter und stellen Sie ihn auf den Lifetime Tester-Tisch, zentriert über dem blauen Kreis, der die Position der Induktionsspule darstellt. Lassen Sie die Lösung etwa eine Minute lang absetzen, bevor Sie fortfahren. Klicken Sie dann auf dem Computer auf die Schaltfläche Zero Instrument, um die Spannung der Lösung zu messen.

Nach der Messung ist der Flusssäurebehälter vorsichtig wieder auf die Abzugsbank zu stellen. Nehmen Sie dort den Deckel ab und spülen Sie das Kondenswasser auf dem Deckel mit DI-Wasser aus dem Wasserhahn des Abzugs ab. Übertragen Sie nun mit einer Pinzette einen Wafer in das Flusssäurebad.

Drücken Sie die Waffel leicht auf den Boden des Bads. Setzen Sie dann den Deckel wieder auf und tragen Sie den Behälter vorsichtig zurück in die Phase des Lebensdauertesters. Zentrieren Sie den Wafer über der induktiven Spule.

Vergewissern Sie sich vor der Messung, dass die Abzugsleuchten ausgeschaltet sind. Schalten Sie nun die Halogenlampe ein, um den Siliziumwafer zu beleuchten, und lassen Sie sie etwa eine Minute lang eingeschaltet. Klicken Sie während der Beleuchtungsphase in der Software auf die Schaltfläche Messen.

Die Software beginnt dann mit der Datenerfassung. Geben Sie in der Eingabeaufforderung einen Dateinamen ein, und legen Sie die Option Stichprobenmittelung auf 10 fest. Schalten Sie die Lampe nach etwa einer Minute des Aufleuchtens aus und klicken Sie sofort auf die Schaltfläche Durchschnitt im Fenster Daten erfassen.

Die Software führt 10 Messungen durch. Klicken Sie dann auf OK. Stellen Sie nun den Behälter vorsichtig wieder auf die Abzugsbank, entfernen Sie vorsichtig den Deckel und entfernen Sie vorsichtig den Wafer. Spülen Sie den getesteten Wafer in den speziellen Spülbechern ab und spülen Sie ihn anschließend abschließend mit dem DI-Wasserhahn im Abzug ab.

Lagern Sie dann den getesteten Wafer und wiederholen Sie den Vorgang für jeden zu messenden Siliziumwafer. Befolgen Sie nach dem Experiment die Bereinigungsanweisungen im Textprotokoll. Gemäß dem beschriebenen Protokoll, bei dem Siliziumwafer behandelt, geätzt, in Flusssäure getaucht und mit dem Photoleitfähigkeitswerkzeug gemessen wurden, ergibt sich eine Lebensdauerkurve, die durch die Ergebnisse der Oberflächenrekombination begrenzt ist, wie durch die blauen Dreiecke zu sehen ist.

Wenn der in das Flusssäurebad eingetauchte Siliziumwafer eine Minute lang mit einer Halogenlampe beleuchtet wird und dann direkt nach der Beleuchtung eine Photoleitfähigkeitsmessung durchgeführt wird, kommt es zu einer signifikanten Verlängerung der Lebensdauer, wie an den roten Kreisen zu erkennen ist. Diese Erhöhung der Lebensdauer ist auf eine Verringerung der Oberflächenrekombination zurückzuführen. Die Oberflächenpassivierung begann sich innerhalb von Sekunden nach dem Ausschalten der Halogenlampe zu verschlechtern.

Die blauen Kreise zeigen die Konsequenz des Wartens auf eine Minute nach der Beleuchtung. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie die Lebensdauer von Siliziumwafern mit einem Flusssäurebad gemessen wird, insbesondere wie die Wafer vor der Messung behandelt werden, wie die Oberflächenpassivierung mit einer Lichtquelle aktiviert wird und wie die Lebensdauer unmittelbar nach der Beleuchtung gemessen wird. Einmal gemeistert, kann diese Technik in zwei bis drei Minuten pro Wafer durchgeführt werden.

Es dauert jedoch eine Stunde, die Wafer für die Messung vorzubereiten, und somit ist es zeiteffizient, Chargen von Wafern zu messen. Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass die Siliziumwafer sauber gehalten werden müssen, um eine konstant sehr gute Oberflächenpassivierung zu erreichen und somit Volumendefekte erkennen und charakterisieren zu können. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Flusssäure extrem gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieser Technik immer Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen persönlicher Schutzausrüstung und das Befolgen eines Schritt-für-Schritt-Verfahrens getroffen werden sollten.