Дослідження рекомбінаційних параметрів нерівноважних носіїв заряду у технологічних пластинах Si тепловізійним методом

Сергей Васильевич Чирчик

doi:10.20535/S0021347020090034

Автор(и)

Сергей Васильевич Чирчик Київська державна академія декоративно-прикладного мистецтва і дизайну ім. Михайла Бойчука, Україна https://orcid.org/0000-0002-0158-5253

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020090034

Ключові слова:

рекомбінаційний параметр, час життя нерівноважних носіїв заряду, дифузійна довжина, швидкість поверхневої рекомбінації, монокристалічний кремній

Анотація

У роботі запропоновано підхід по дослідженню рекомбінаційних параметрів нерівноважних носіїв заряду у технологічних пластинах Si тепловізійним методом. До уваги взято час життя, дифузійна довжина і швидкість поверхневої рекомбінації носіїв заряду. Метод базується на вивченні просторового розподілу теплового випромінювання зразків Si за краєм власного поглинання в спектральному діапазоні 3–5 мкм за допомогою ІЧ камери. Наведено експериментальні результати досліджень технологічних зразків кремнію: розподіл концентрації надлишкових носіїв заряду в зразках кремнію (n–Si, r = 500 Ом∙см, d = 8 мм) і дифузійний розподіл носіїв заряду при Т = 150 °С. Температурна залежність дифузійної довжини і об’ємного часу життя в зразках кремнію виміряна трьома різними методами: за допомогою ІЧ камери, по кінетиці спаду теплового випромінювання за краєм власного поглинання при лазерному збудженні, і методом затухання фотопровідності. Запропонований підхід впроваджено в процесі вхідного контролю пластин кремнію, що використовуються для виготовлення сонячних панелей АТ «Квазар».

Посилання

В. И. Старосельский, Физика Полупроводниковых Приборов Микроэлектроники. Москва: Юрайт, 2019.
Л. А. Скворцов, Основы Фотометрической Радиометрии и Лазерной Термографии. Москва: Техносфера, 2017.
Y. Zeng et al., “Theoretical exploration towards high-efficiency tunnel oxide passivated carrier-selective contacts (topcon) solar cells,” Sol. Energy, vol. 155, pp. 654–660, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.07.014.
Д. В. Ахметов, Н. В. Фатеев, “Инфракрасная томография времени жизни и диффузионной длины носителей заряда в слитках полупроводникового кремния,” Физика и техника полупроводников, vol. 35, no. 1, pp. 40–47, 2001, uri: http://journals.ioffe.ru/articles/38426.
V. Malyutenko, S. Chyrchyk, “Surface recombination velocity in si wafers by photoinduced thermal emission,” Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 5, p. 051909, 2006, doi: https://doi.org/10.1063/1.2236467.
С. В. Чирчик, “Экспресс-метод определения рекомбинационных параметров в технологических пластинах кремния,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 55, no. 3, pp. 43–47, 2012, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347012030053.
G. G. Macfarlane, T. P. McLean, J. E. Quarrington, V. Roberts, “Fine structure in the absorption-edge spectrum of si,” Phys. Rev., vol. 111, no. 5, pp. 1245–1254, 1958, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.1245.
K. Rajkanan, R. Singh, J. Shewchun, “Absorption coefficient of silicon for solar cell calculations,” Solid-State Electron., vol. 22, no. 9, pp. 793–795, 1979, doi: https://doi.org/10.1016/0038-1101(79)90128-X.
W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, K. P. Homewood, “An efficient room-temperature silicon-based light-emitting diode,” Nature, vol. 410, no. 6825, pp. 192–194, 2001, doi: https://doi.org/10.1038/35065571.
H. R. Philipp, E. A. Taft, “Optical constants of silicon in the region 1 to 10 ev,” Phys. Rev., vol. 120, no. 1, pp. 37–38, 1960, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.120.37.
F. López, E. Bernabéu, “Refractive index of vacuum-evaporated sio thin films: dependence on substrate temperature,” Thin Solid Film., vol. 191, no. 1, pp. 13–19, 1990, doi: https://doi.org/10.1016/0040-6090(90)90269-J.
V. K. Malyutenko, “Si photonics expands to mid-wave and long-wave infrared: the fundamentals and applications,” in Silicon Photonics XI, 2016, vol. 9752, p. 97521D, doi: https://doi.org/10.1117/12.2208125.
D. L. Stierwalt, R. F. Potter, “Infra-red spectral emittance of si, ge and cds,” in Proc. Int. Conf. Phys. Semicond., 1962, p. 513.
С. С. Болгов, В. И. Пипа, О. Ю. Салюк, А. С. Арутюнов, “К вопросу о модуляции теплового излучения полупроводников,” Украинский физический журнал, vol. 38, no. 1, p. 19, 1993.
R. Brendel, M. Bail, B. Bodmann, J. Kentsch, M. Schulz, “Analysis of photoexcited charge carrier density profiles in si wafers by using an infrared camera,” Appl. Phys. Lett., vol. 80, no. 3, pp. 437–439, 2002, doi: https://doi.org/10.1063/1.1434308.
M. Schubert, J. Isenberg, S. Rein, W. Warta, “Temperature dependent carrier lifetime images,” in Proc. of 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2004, uri: https://www.researchgate.net/publication/233944020_Temperature_dependent_carrier_lifetime_images.
С. М. Файнштейн, Обработка Поверхности Полупроводниковых Приборов, 3rd ed. Москва: Энергия, 1970.
П. В. Булаев et al., “InGaAs/gaas/algaas-лазеры с широким контактом, полученные методом мос-гидридной эпитаксии,” Физика и техника полупроводников, vol. 36, no. 9, pp. 1144–1148, 2002, uri: http://www.siplus.ru/index.php?cid=154&pid=4904&sort=472u.
V. K. Malyutenko, G. I. Teslenko, “Determination of minority carrier lifetime by thermal emission method,” Electron Technol., vol. 24, no. 3–4, p. 97, 1991.
Л. П. Павлов, Методы Измерения Параметров Полупроводниковых Материалов. Москва: Высшая школа, 1987.
C. Jacoboni, C. Canali, G. Ottaviani, A. Alberigi Quaranta, “A review of some charge transport properties of silicon,” Solid-State Electron., vol. 20, no. 2, pp. 77–89, 1977, doi: https://doi.org/10.1016/0038-1101(77)90054-5.
А. И. Ансельм, Введение в Теорию Полупроводников: Учебное Пособие, 4th ed. Санкт-Петербург: Лань, 2017.