Свет Enhanced плавиковой кислоты пассивация: чувствительного метода для обнаружения объемного кремния дефекты
Summary
Поверхности жидкости техника пассивации РТ исследовать рекомбинации деятельность сыпучих кремния дефектов описана. Для техника, чтобы быть успешным, три критические шаги: (I) химическую очистку и травление кремния, (II) погружение кремния в 15% плавиковой кислоты и (III) освещения в течение 1 мин.
Abstract
Процедура для измерения объемной жизни (> 100 мкс) кремниевых пластин, временно достижения очень высокий уровень пассивации поверхности при погружении пластин в плавиковой кислоте (HF) представлена. В результате этой процедуры три критических шагов, которые необходимо достичь объемной жизни. Во-первых, до погружения кремниевых пластин в HF, они химически очищены и затем врезался в 25% гидроксида тетраметиламмония. Во-вторых, химически модифицированный пластины помещают в большой пластиковый контейнер, заполненный смесью HF и соляной кислоты, а затем по центру над индуктивной катушки для фотопроводимости (ПК) измерений. В-третьих, для ингибирования поверхностной рекомбинации и измерить насыпную жизни, вафли освещены в 0,2 солнц в течение 1 мин с помощью галогенной лампы, освещение выключено, и измерение ПК сразу приняты. С помощью этой процедуры, характеристики сыпучих кремния дефектов могут быть точно определены. МехThermore, ожидается, что чувствительный метод РТ пассивации поверхности будет необходимо для изучения объемных дефектов кремния, когда их концентрация низка (<10 12 см -3).
Introduction
Высокая продолжительность жизни (> 1 мс) монокристаллического кремния становится все более важным для высокой эффективности солнечных батарей. Понимание рекомбинации характеристики встроенных примесей была и остается важной темой. Одним из наиболее широко используемых методов для изучения рекомбинации активности ростовых дефектов методом фотопроводимости 1. По этой методике, часто трудно полностью отделить от поверхности объемной рекомбинации, что делает его трудно исследовать рекомбинации характеристики взрослых в дефектов. К счастью существует несколько диэлектрических пленок, которые могут достичь очень низких эффективных скоростей поверхностной рекомбинации (S EFF) <5 см / сек, и таким образом эффективно ингибируют поверхностной рекомбинации. К ним относятся, нитрид кремния (SiN х: Н) 2, оксид алюминия (Al 2 O 3) 3 и аморфного кремния (а-Si: H) 4. Отложение иnealing температуры (~ 400 ° C) этих диэлектрических пленок считается достаточно низким, чтобы не навсегда отключить рекомбинации деятельность взрослый дефектами. Примерами этого являются железо-бор 5 и бора кислорода 6 дефекты. Тем не менее, в последнее время было установлено, что вакансия кислорода и фосфора вакансия дефекты н -типа Чохральского (Cz) кремния может быть полностью отключена при температуре 250-350 ° С 7,8. Аналогично дефект в поплавок-зоны (ФЗ) р-типа кремния был найден, чтобы деактивировать при ~ 250 ° C 9. Таким образом, традиционные методы, такие как пассивации плазмостимулированного химического осаждения из паровой (PECVD) и осаждения атомных слоев (ALD), не могут быть пригодны для ингибирования поверхностной рекомбинации изучить взрослые в массовых дефектов. Кроме того, SiN х: Н и А-Si: H пленок, как было показано, чтобы деактивировать объемном кремнии дефектов гидрированием 10,11. Поэтому для изучения рекомбинации активности O е выросла в дефектов, методика пассивации поверхности РТ будет идеальной. Мокрый химический пассивации поверхности выполняет это требование.
В 1990-е годы Horanyi др. Показали, что погружение кремниевых пластин в йода-этанол решения (IE) обеспечивает средства для пассивации кремниевых пластин, достижения S эфф <10 см / сек 12. В 2007 Мейер и др. Показали, что йод-метанол растворы (IM) могут уменьшить поверхностной рекомбинации до 7 см / с 13, в то время как в 2009 году Chhabra др. Показали, что S эфф 5 см / сек могут быть достигнуты путем погружения кремниевых пластин в хингидрона-метанол (QM) решений 14,15. Несмотря на отличную пассивации поверхности достигается IE, IM и решений QM, они не обеспечивают адекватной пассивации поверхности (S эфф <5 см / сек), чтобы измерить время жизни объемной кремниевых пластин высокой чистоты.
нт "> Еще одно средство для достижения высокого уровня поверхности пассивации путем погружения кремниевых пластин в фтористоводородной кислоты. Понятие использования HF для пассивации кремниевых пластин был впервые введен Yablonavitch др. в 1986 году, который продемонстрировал рекордно низкой S эф 0,25 ± 0,5 см / сек 16. Несмотря на то, отличное пассивации поверхности была достигнута на высоких пластин сопротивления, мы нашли технику, чтобы быть неповторяющиеся, таким образом, добавляя большую неопределенность в измерении жизни. Поэтому, чтобы ограничить неопределенность последовательно достижения очень низкий S эфф (~ 1 см / сек), мы разработали новую технику ВЧ пассивации, который включает три важных шагов, (I) химически очистки и травления кремниевых пластин, (II) погружение в 15% -ный раствор HF и (III) Подсветка в течение 1 мин 17,18. Эта процедура является простым и время эффективным в сравнении с традиционной PECVD и методов ALD осаждения, перечисленных выше.Protocol
Representative Results
Discussion
Успешное внедрение методики измерений жизни объемной кремния, описанного выше, основана на трех важных шагов, (I) химически чистки и травления кремниевых пластин, (II) погружение в 15% -ный раствор HF и (III) освещения в течение 1 мин 17, 18,19. Без этих шагов, основная жизни не может быть измер…
Declarações
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 |
Referências
- Sinton, R. A and Cuevas, A. Contactless determination of current-voltage characteristics and minority-carrier lifetimes in semiconductors from quasi-steady-state photoconductance data, Appl. Phys. Lett., 69(17), 2510-2512, (1996).
- Wan, Y., McIntosh, K. R., Thomson, A. F. and Cuevas. A., Low surface recombination velocity by low-absorption silicon nitride on c-Si, IEEE J. Photovoltaics., 3(1), 554-559, (2013).
- Hoex, B., Schmidt, J., Pohl, P., van de Sanden, M.C.M. and Kessels, W.M.M. Silicon surface passivation by atomic layer deposited Al2O3, J. App. Phys.,. 104(4), 044903, (2008).
- Dauwe, S., Schmidt, J. and Hezel, R. Very low surface recombination velocities on p.– and n.-type silicon wafers passivated with hydrogenated amorphous silicon films, Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE Photovoltaic Specialists Conference., 1246-1249, (2012).
- Macdonald, D., Cuevas, A. and Wong-Leung, J. Capture cross-sections of the acceptor level of iron-boron pairs in p-type silicon by injection-level dependent lifetime measurements, J. App. Phys., 89(12), 7932-7339, (2001).
- Schmidt, J. and Bothe, K. Structure and transformation of the metastable boron- and oxygen-related defect center in crystalline silicon, Phys. Rev. B., 69(2), 024107, (2004).
- Rougieux, F., Grant, N., Murphy, J. and Macdonald, D.Influence of Annealing and Bulk Hydrogenation on Lifetime Limiting Defects in Nitrogen-Doped Floating Zone Silicon,.IEEE J. Photovoltaics., 5(2), 495-498, (2014).
- Zheng, P., Rougieux, F., Grant, N. and Macdonald, D. Evidence for vacancy-related Recombination Active Defects in as-grown n-type Czochralski Silicon, IEEE J. Photovoltaics., 5(1), 183-188, (2014).
- Grant, N.E., Rougieux, F.E., Macdonald, D., Bullock, J. and Wan, Y. Grown-in point defects limiting the bulk lifetime of p.-type float-zone silicon wafers, J. App. Phys., 117(5), 055711, (2015).
- Hallam, B., et al. Hydrogen passivation of B-O defects in Czochralski silicon, Energy Procedia,. 38, 561-570, (2013).
- Hallam, B., et al. Advanced bulk defect passivation for silicon solar cells, IEEE J. Photovoltaics., 4(1), 88-95, (2014).
- Hornyi, T.S., Pavelka, T. and Ttt, P. In situ bulk lifetime measurement on silicon with a chemically passivated surface. App. Surf. Sci., 63(1-4), 306-311, (1993).
- Meier, D.L., Page, M.R., Iwaniczko, E., Xu, Y., Wang, Q. and Branz, H.M. Determination of surface recombination velocities for thermal oxide and amorphous silicon on float zone silicon. 17.th. NREL Crystalline Silicon Workshop., (2007).
- Chhabra, B., Bowden, S., Opila, R.L. and Honsberg, C. B. High effective minority carrier lifetime on silicon substrates using quinhydrone-methanol passivation, App. Phys. Lett., 96(6) , 063502, (2010).
- Chhabra, B., Weiland, C., Opila, R. L. and Honsberg, C. B. Surface characterization of quinhydrone-methanol and iodine-methanol passivated silicon substrates using X-ray photoelectron spectroscopy, Phys. Stat. Sol. (a), 208(1), 86-90, (2011).
- Yablonovitch, E., Allara, D. L., Chang, C. C., Gmitter, T. and Bright, T. B. Unusually low surface recombination velocity on silicon and germanium surfaces. Phys. Rev. Lett., 57(2), 249-252, (1986).
- Grant, N. E., McIntosh, K. R. and Tan, J. T. Evaluation of the bulk lifetime of silicon wafers by immersion in hydrofluoric acid and illumination, J. Solid State Sci. Technol., 1(2), P55-P61, (2012).
- Grant, N. E., et al. Light enhanced hydrofluoric acid passivation for evaluating silicon bulk lifetimes. 28.th. European Photovoltaic Solar Energy Conference., 883-887, (2013).
- Grant, N. E. Surface passivation and characterization of crystalline silicon by wet chemical treatments, PhD Thesis., (2012).
- Kern, W. The evolution of silicon wafer cleaning technology, J. Electrochem. Soc.,. 137(6), 1887-1892, (1990).
- Angermann, H., et al. Wet-chemical passivation of atomically flat and structured silicon substrates for solar cell application. App. Surf. Sci., 254(12), 3615-3625, (2008).
- Angermann, H., Henrion, W., Rseler, A. and Rebien, M. Wet-chemical passivation of Si(111)- and Si(100)-substrates. Mat. Sci. Eng. B,. 73(1-3), 178-183, (2000).
- Bertagna, V., Plougonven, C., Rouelle, F. and Chemla, M. p- and n-type silicon electrochemical properties in dilute hydrofluoric acid solutions. J. Electrochem. Soc.,. 143(11), 3532-3538, (1996).
- Bertagna, V., Erre, R., Rouelle, F. and Chemla, M. Ionic components dependence of the charge transfer reactions at the silicon/HF solution interface, J. Solid State Electrochem.,. 4(1), 42-51, (1999).
- Kolasinski, K. The mechanism of Si etching in fluoride solutions. Phys. Chem. Chem. Phys.,. 5(6), 1270-1278, (2003).
- Trucks, G. W., Raghavachari, K., Higashi, G. S. and Chabal, Y. J. Mechanism of HF etching of silicon surfaces: A theoretical understanding of hydrogen passivation. Phys. Rev. Lett. 65(4), 504-507, (1990).
- Zhang, X. G. Electrochemistry of silicon and its oxide, Kluwer Academic Publishers., (2001).
