Luz Enhanced pasivación ácido fluorhídrico: una técnica sensible para la detección de defectos de silicio a granel

El objetivo general de este procedimiento es utilizar un método de pasivación de superficie a temperatura ambiente para inhibir la recombinación de superficies, de modo que los defectos de silicio a granel puedan caracterizarse con precisión. Este método puede ayudarnos a comprender qué defectos limitarán la vida útil de las obleas de silicio de alta pureza, que se requieren para las células solares de muy alta eficiencia. La principal ventaja de esta técnica es que se puede realizar a temperatura ambiente, lo que significa que la actividad de recombinación de defectos de silicio a granel no cambiará durante la medición.

Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la medición de la actividad de recombinación de defectos de silicio a granel que existen en bajas concentraciones que, de otro modo, serían muy difíciles de medir con otras técnicas. Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque inicialmente no se comprende el requisito de los procedimientos de limpieza química y agua desionizada de alta pureza, por lo que es imperativo que el procedimiento se siga paso a paso. La preparación de la solución, incluidas las notas vitales sobre la preparación del ácido fluorhídrico, así como las instrucciones generales de configuración y calibración del equipo, se proporcionan en el protocolo de texto.

Una vez conseguidos estos objetivos, se procede a la limpieza de las obleas de silicio mediante tratamientos químicos. Comience cargando las muestras en una cuna de cuarzo. Luego, transfiera la cuna a un baño de ácido fluorhídrico destinado para uso general.

Después de unos 10 segundos, las muestras serán hidrofóbicas. Sácalos del baño y enjuágalos pasándolos por tres baños de agua desionizada. A continuación, en una campana extractora, sumerja lentamente la cuna en la solución SC1, que se ha mantenido a una temperatura de 75 grados centígrados.

Deje que el tratamiento actúe durante 10 minutos. Y mientras tanto, llene tres vasos de precipitados de dos litros limpiados químicamente con agua desionizada. Después del tratamiento SC1, enjuague las muestras pasándolas por los tres baños de agua.

A continuación, sumerja las muestras en un baño de ácido fluorhídrico específico durante unos 10 segundos. A continuación, enjuague las muestras con tres baños de agua fresca desionizada. Ahora, mueva las muestras a la campana extractora donde se preparó la solución SC2 y se calentó a una temperatura estable de 75 grados centígrados.

Sumerja las muestras en la solución SC2 durante 10 minutos. Después del tratamiento SC2, enjuague las muestras con los tres baños de agua desionizada. Si es necesario, deje que las muestras permanezcan en el último baño de agua durante la noche.

Después del enjuague, sumerja las muestras en otro baño de ácido fluorhídrico durante 10 segundos. Nuevamente, enjuague las muestras pasándolas por tres baños de agua fresca desionizada. Ahora, lleve las muestras a la campana extractora donde la solución de TMAH se calienta de manera estable a unos 85 grados Celsius, y sumerja lentamente las muestras en la solución de TMAH para grabar las obleas.

Déjalos reaccionar durante cinco minutos para eliminar unas cinco micras de silicio. A continuación, enjuague la solución pegajosa de TMAH con al menos tres baños de agua desionizada. Los mismos vasos de precipitados de enjuague se pueden reutilizar aquí.

Una vez enjuagado, proceda a tomar medidas dentro de las dos horas. Este proceso se lleva a cabo bajo una campana extractora. En preparación, llene dos vasos de precipitados de plástico de dos litros con agua desionizada.

Prepare también unas pinzas de plástico en la capucha para manipular las muestras. En el equipo, abra el archivo Lifetime Tester, que contiene los coeficientes de calibración correctos para la configuración de medición de ácido fluorhídrico. Seleccione transitorio en las opciones de modo e introduzca una descripción de las variables de la oblea.

Ahora, asegure con cuidado la tapa en el recipiente de ácido fluorhídrico y muévala a la etapa del probador de vida útil, centrada sobre el círculo azul, que representa la posición de la bobina inductiva. Deje que la solución se asiente durante aproximadamente un minuto antes de continuar. Luego, en la computadora, haga clic en el botón Instrumento cero para medir el voltaje de la solución.

Después de realizar la medición, devuelva con cuidado el recipiente de ácido fluorhídrico al banco de la campana extractora. Allí, retire la tapa y enjuague cualquier condensación en la tapa con agua desionizada del grifo de agua de la campana extractora. Ahora, con unas pinzas, transfiera una oblea al baño de ácido fluorhídrico.

Presione ligeramente la oblea hasta el fondo del baño. Luego, vuelva a colocar la tapa y lleve con cuidado el recipiente de regreso a la etapa de prueba de vida útil. Centre la oblea sobre la bobina inductiva.

Antes de realizar una medición, asegúrese de que las luces de la campana extractora estén apagadas. Ahora, encienda la lámpara halógena para iluminar la oblea de silicio y manténgala encendida durante aproximadamente un minuto. Durante el período de iluminación, en el software, haga clic en el botón Medir.

A continuación, el software comenzará a tomar datos. Rellene la solicitud con un nombre de archivo y establezca la opción Promedio de muestra en 10. Después de aproximadamente un minuto de iluminación, apague la lámpara e inmediatamente haga clic en el botón Promedio en la ventana Tomando datos.

El software realizará 10 mediciones. A continuación, haga clic en Aceptar. Ahora, regrese con cuidado el recipiente al banco de la campana extractora, retire con cuidado la tapa y retire con cuidado la oblea. Enjuague la oblea probada en los vasos de precipitados de enjuague dedicados, seguido de un enjuague final con el grifo de agua desionizada en la campana de gases.

A continuación, almacene la oblea probada y repita el proceso para cada oblea de silicio que se va a medir. Después del experimento, siga las instrucciones de limpieza proporcionadas en el protocolo de texto. Siguiendo el protocolo descrito, en el que las obleas de silicio se trataron, se grabaron, se sumergieron en ácido fluorhídrico y se midieron con la herramienta de fotoconductancia, se obtuvo una curva de vida útil, que está limitada por los resultados de recombinación de superficie, como se ve en los triángulos azules.

Cuando la oblea de silicio sumergida en el baño de ácido fluorhídrico se ilumina con una lámpara halógena durante un minuto, y luego se realiza una medición de fotoconductancia directamente después de la iluminación, se producirá un aumento significativo en la vida útil, como se ve en los círculos rojos. Este aumento de la vida útil se debe a una reducción de la recombinación de superficies. La pasivación de la superficie comenzó a degradarse a los pocos segundos de apagar la lámpara halógena.

Los círculos azules muestran la consecuencia de esperar un minuto después de la iluminación. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo medir la vida útil a granel de las obleas de silicio utilizando un baño de ácido fluorhídrico, específicamente cómo tratar las obleas antes de la medición, cómo activar la pasivación de la superficie mediante el uso de una fuente de luz y cómo medir la vida útil inmediatamente después de la iluminación. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en dos o tres minutos por oblea.

Sin embargo, llevará una hora preparar las obleas para la medición y, por lo tanto, es eficiente medir lotes de obleas. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que las obleas de silicio deben mantenerse limpias para lograr una muy buena pasivación superficial de manera constante y, por lo tanto, poder detectar y caracterizar defectos a granel. No olvide que trabajar con ácido fluorhídrico puede ser extremadamente peligroso, y siempre se deben tomar precauciones como usar equipo de protección personal y seguir el procedimiento paso a paso mientras se realiza esta técnica.