Luz Enhanced pasivación ácido fluorhídrico: una técnica sensible para la detección de defectos de silicio a granel
Summary
Una técnica de pasivación de la superficie de líquido RT para investigar la actividad de recombinación de defectos de silicio a granel se describe. Para la técnica tenga éxito, se requieren tres pasos críticos (i) la limpieza química y el grabado de silicio, (ii) inmersión de silicio en 15% de ácido fluorhídrico y (iii) la iluminación durante 1 min.
Abstract
Un procedimiento para medir el tiempo de vida mayor (> 100 microsegundos) de obleas de silicio por alcanzar temporalmente un nivel muy alto de pasivación de la superficie cuando la inmersión de las obleas en ácido fluorhídrico (HF) se presenta. Por este procedimiento se requieren tres pasos críticos para alcanzar el tiempo de vida mayor. En primer lugar, antes de la inmersión de las obleas de silicio en HF, se limpian químicamente y posteriormente grabados en 25% de hidróxido de tetrametilamonio. En segundo lugar, las obleas tratadas químicamente se colocan entonces en un recipiente grande de plástico llena con una mezcla de HF y ácido clorhídrico y, a continuación centradas sobre una bobina inductiva para fotoconductancia mediciones (PC). En tercer lugar, para inhibir la recombinación superficial y medir el tiempo de vida mayor, las obleas se iluminan a 0.2 soles durante 1 min usando una lámpara de halógeno, la iluminación se apaga, y una medición de PC se toma inmediatamente. Por este procedimiento, las características de los defectos de silicio a granel se pueden determinar con precisión. PelajeAde-, se prevé que una técnica de pasivación superficie sensible RT será imprescindible para el examen de los defectos de silicio a granel cuando su concentración es baja (<10 12 cm -3).
Introduction
Alta vida (> 1 ms) silicio monocristalino es cada vez más importante para las células solares de alta eficiencia. La comprensión de las características de recombinación de impurezas incrustadas ha sido y sigue siendo un tema importante. Una de las técnicas más utilizadas para examinar la actividad de recombinación de defectos crecido-in por un método fotoconductancia 1. Mediante esta técnica a menudo es difícil a la superficie completamente separada de la recombinación a granel, por lo que es difícil examinar las características de recombinación de defectos en adultos. Afortunadamente existen varias películas dieléctricas que puede alcanzar velocidades muy bajas efectivas de recombinación superficial (S eff) de <5 cm / s, y por lo tanto inhibir eficazmente la recombinación superficial. Estos son, nitruro de silicio (SiN x H) 2, óxido de aluminio (Al 2 O 3) 3 y silicio amorfo (a-Si: H) 4. La deposición y unanealing temperaturas (~ 400 ° C) de estas películas dieléctricas se consideran lo suficientemente bajo como para no desactivar permanentemente la actividad de recombinación del adulto en los defectos. Ejemplos de esto son el oxígeno hierro-boro y boro 5 6 defectos. Sin embargo, recientemente se encontró que los defectos de vacantes de oxígeno y fósforo en vacante-n de tipo Czochralski (Cz) de silicio pueden ser completamente desactivadas a temperaturas de 250-350 ° C 7,8. Del mismo modo se encontró un defecto en flotador-zona (FZ) de silicio tipo p para desactivar a ~ 250 ° C 9. Por lo tanto, las técnicas de pasivación convencionales, tales como plasma mejorada deposición de vapor químico (PECVD) y la deposición de capa atómica (ALD) no pueden ser adecuados para la inhibición de recombinación superficial para examinar defectos a granel en adultos. Además, sen x: H y a-Si: H películas se han demostrado para desactivar defectos de silicio a granel a través de hidrogenación 10,11. Por lo tanto para examinar la actividad de recombinación o f cultiva en defectos, una técnica de pasivación de superficie RT sería ideal. Wet pasivación de la superficie química cumple este requisito.
En la década de 1990 Horanyi et al. Demostró que la inmersión de las obleas de silicio en soluciones de yodo-etanol (IE) proporciona un medio para pasivar las obleas de silicio, logrando S eff <10 cm / seg 12. En 2007 Meier et al. Mostró que las soluciones de yodo-metanol (IM) pueden reducir la recombinación superficie a 7 cm / s 13, mientras que en 2009 Chhabra et al. Demostró que S eff de 5 cm / seg se puede lograr mediante la inmersión de las obleas de silicio en soluciones 14,15 quinhydrone-metanol (QM). A pesar de la excelente pasivación de la superficie alcanzada por IE, mensajería instantánea y soluciones de gestión de calidad, que no proporcionan pasivación de la superficie adecuada (S eff <5 cm / seg) para medir el tiempo de vida mayor de obleas de silicio de alta pureza.
nt "> Otro medio para lograr un alto nivel de pasivación de la superficie está sumergiendo obleas de silicio en ácido HF. La idea de utilizar HF para pasivar obleas de silicio se introdujo por primera vez por Yablonavitch et al., en 1986, que demostró un mínimo histórico S eff de 0,25 ± 0,5 cm / seg 16. Aunque excelente pasivación superficial se logró en obleas de alta resistividad, que hemos encontrado la técnica para ser no repetibles, lo que añade una gran incertidumbre a la medición de por vida. Por lo tanto, para limitar la incertidumbre al lograr consistentemente un baja S ef (~ 1 cm / seg), hemos desarrollado una nueva técnica de pasivación HF que incorpora tres pasos críticos, (i) la limpieza y el grabado de obleas de silicio químicamente, (ii) la inmersión en una solución de HF al 15% y (iii) iluminación para 1 min 17,18. Este procedimiento es a la vez simple y eficiente en el tiempo en comparación con la PECVD tradicional y técnicas de deposición ALD enumerados anteriormente.Protocol
Representative Results
Discussion
La aplicación con éxito de la técnica de medición de tiempo de vida de silicio a granel se ha descrito anteriormente se basa en tres pasos críticos, (i) la limpieza química y grabado las obleas de silicio, (ii) la inmersión en una solución de HF al 15% y (iii) la iluminación durante 1 minuto 17, 18,19. Sin estos pasos, el tiempo de vida mayor no se puede medir con cualquier certeza.
Como la técnica de medición se lleva a cabo a temperatura ambiente, la calidad de pasiva…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This program has been supported by the Australian Government through the Australian Renewable Energy Agency (ARENA). Responsibility for the views, information or advice expressed herein is not accepted by the Australian Government.
Materials
| Hydrofluoric acid (48%) | Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrofluoric-acid-48%25,MDA_CHEM-100334 | 1003340500 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Hydrochloric acid 32%, AR | ACI Labscan, http://www.rcilabscan.com/modules/productview.php?product_id=1985 | 107209 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Ammonia (30%) Solution AR | Chem-supply, https://www.chemsupply.com.au/aa005-500m | AA005 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Hydrogen Peroxide (30%) | Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrogen-peroxide-30%25,MDA_CHEM-107209 | 1072092500 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Tetramethylammonium hydroxide (25% in H2O) | J.T Baker, https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4562992 | 5879-03 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| 640 mL round plastic container | Sistema, http://sistemaplastics.com/products/klip-it-round/640ml-round | N/A | This is a good container for storing the 15% HF solution in. |
| WCT-120 lifetime tester | Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com/Sinton-Instruments-WCT-120.html | N/A | |
| Dell workstation with Microsoft Office Pro, Data acquisition card and software including Sinton Software under existing license. | Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com | N/A | |
| Halogen optical lamp, ELH 300W, 120V | OSRAM Sylvania, http://www.sylvania.com/en-us/products/halogen/Pages/default.aspx | 54776 | Any equivalent lamp could be used. |
| Voltage power source | Home made power supply | N/A | Any power supply could be used provided it can produce up to 90 Volts and 1-5 Amps. |
| Conductivity meter | WTW, http://www.wtw.de/uploads/media/US_L_07_Cond_038_049_I_02.pdf | LF330 |
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