硅片中FeB、BO復合體測試

1、浙江昱輝陽光能源有限公司 -陳雙、祝禎鳳一、背景二、PV2000原理等簡介三、單晶硅片中FeB、BO復合體測試四、多晶硅片中FeB、BO復合體測試五、小結(jié) 繼少子壽命、碳氧含量、電阻率研究之后，F(xiàn)eB、BO復合體也進入大家的視線，其表征及改善也成為大家比較關(guān)注的問題之一。 并且，雖然SIMS和ICP-MS均能測試硅片中各種金屬雜質(zhì)，可是卻不能給出雜質(zhì)的分布情況。 基于此，研究硅片中雜質(zhì)的分布情況對表征硅晶體的質(zhì)量就更加重要，并在此基礎上，研究其對硅片質(zhì)量的影響并進行改善。 PV2000或硅晶片重金屬沾污測試系統(tǒng)，是Semilab SDI公司推出的測試設備，其原理： 采用表面光電壓法（SEMI國

2、際標準-391）測試原理，是用大于半導體禁帶寬度的能量(采用兩個激光器照射硅晶片表面），在其內(nèi)部將產(chǎn)生電子-空穴對。電子-空穴對向表面擴散，在耗盡層電場的作用下將發(fā)生分離，從而產(chǎn)生表面光電壓。而通過擴散長度的測試及其變化，又可計算得到其他參數(shù)。 載流子擴散長度是半導體材料或器件的重要電學參數(shù)，直接反映的是半導體材料、器件體內(nèi)的重金屬玷污和缺陷情況，同時也可表征BO復合體的含量。 Fecm-3= 1.05E16(Lafter-2 - Lbefore-2)SiSiSiSiSiSiSiSiBFeSiSiSiSiSiSiSiSiSiFe BSiBefore DissociationSiAfter Di

3、ssociation (optical)SiSiSiSiSiFeiSiSiBSiSiSiSiSiSiSiSiBFeiSiSiSiSiSiSiLight induced dissociationh 1.1eVFeiB+ BFei在P型硅片中，F(xiàn)e大多以FeB復合體的形式存在，是弱復合中心，見左圖。在能量大于1.1ev的光照下，這種FeB復合體極易打開，且以間隙態(tài)存在，這種間隙態(tài)是一種強復合中心，見下式：FeB復合體測試原理復合體測試原理FeB鍵的打開和復合影響硅片的擴散長度，通過測量擴散長度的變化，計算出Fe的含量，計算公式如下：6 6BO復合體的測試原理復合體的測試原理B + O2iLight

4、 induced dissociationh 1.1eV200C thermal dissociationEA = 1.38eVBO2iLifetime KillersFeiB+ BFei200C thermal dissociationEA = 1.17eVLight induced associationh 1.1eV同F(xiàn)eB復合體相似，BO復合體的打開或者復合同樣會影響擴散長度的變化，利用這種變化來計算BO復合體的濃度。在硅片中，光照下FeB復合體打開，BO復合體形成；可是在加熱條件下， FeB復合體打開，BO復合體也打開(見上)，利用這個差異，避免測試BO時FeB引起的干擾。圖1 晶棒

5、電阻率分布曲線圖2 晶棒FeB、BO分布曲線硅片編號1、整根晶棒共取樣片105片，電阻率測試取每段硅塊的頭尾2、電阻率分布在1-3*cm之間，與理論計算和我司控制目標相符；3、Fe分布比較均一，均低于5E10cm-3，頭部、尾部含量略高于中部；4、BO復合體頭部較低，靠近尾部區(qū)域有個別較高現(xiàn)象，但是基本在3E10cm-3 以下。隨機選取公司6寸晶棒，按照正常流程生產(chǎn)后，切片后每間隔約10mm取樣片一張；利用PV2000進行測試。分析：1、FeB復合體尾部稍高，與分凝有關(guān)，尾部金屬雜質(zhì)含量較高；2、BO復合體存在尾部稍高現(xiàn)象，與在該條件下，其他一些缺陷也被檢測到有關(guān)；3、硅片質(zhì)量FeB復合體濃度

6、均低于5E10cm-3 ，對少子壽命及電池片質(zhì)量影響較?。?硅片F(xiàn)e濃度在10E11cm-3以下，可通過后續(xù)的磷吸雜工藝去除，據(jù)文獻報道，當 Fe10E13cm-3時，會影響后續(xù)電池工藝(見圖3)。4、BO復合體濃度集中在 1.3-3E10cm-3之間，對后續(xù)電池片開路電壓影響較小(見圖4)。圖3 不同溫度下，鐵濃度與少子壽命關(guān)系圖J. Appl. Phys. 69(5), 3077圖4 開壓與BO復合體濃度關(guān)系圖A B C D E 頭 中 尾頭 中 尾頭 中 尾圖5 硅片測試結(jié)果圖示，自左至右依次是少子壽命/s、Fe、BO濃度/cm-3備注：1、圖5中頭中尾是從每段中按照生長方向取的的樣片；

7、少子壽命、少子壽命、FeBFeB、BOBO測試圖測試圖小結(jié) 少子壽命普遍呈現(xiàn)中間高，邊緣低，一方面與硅棒生長規(guī)律有關(guān)，另一方面 也與切片清洗有關(guān)； 尾部少子壽命高的區(qū)域偏向邊緣，與尾部晶體生長溫度梯度及雜質(zhì)較多有關(guān)； FeB、BO復合體分布比較均勻，濃度也較低； 硅片邊緣很小區(qū)域FeB、BO含量稍高，且基本在同一部位，與邊緣擴散有關(guān)； D、E段區(qū)域，F(xiàn)eB、BO復合體濃度均有所增加，與尾部雜質(zhì)含量高有關(guān)。備注：1、硅片編號1代表硅錠底部，12代表硅錠頂部。圖6 多晶硅塊電阻率及少子壽命分布圖7 多晶硅塊FeB、BO濃度分布/cm-3距離硅錠底部距離/cm隨機選取多晶硅錠及硅塊，切片后每間隔約1

8、0mm取樣片一張，研究分析多晶硅錠FeB、BO分布情況及濃度水平 。圖8 硅錠中Fe含量分布雜質(zhì)和缺陷對鑄造多晶硅壽命分布的影響,太陽能學報, 2007, Vol.28(12)1、硅塊電阻率在1.5-2.2*cm之間；2、Fe含量分布呈中間低，兩端高的趨勢，與坩堝及分凝有關(guān)；3、如前所述，硅片F(xiàn)e濃度在10E11cm-3以下，可通過后續(xù)的磷吸雜工藝去 除，對電池片影響較小.1、同一張硅片上，擴散長度高的區(qū)域從底到頂逐漸縮??；2、硅塊底部均存在兩邊緣擴散長度較低，而頂部逐漸變?yōu)橐贿厖^(qū)域低， 且面積擴大；擴散長度分布圖擴散長度分布圖112111087643295圖9 硅塊擴散長度分布圖1、底部Fe

9、含量高的區(qū)域主要集中在硅片邊緣，且存在一些Fe含量較大的點狀區(qū)域 (紅點區(qū)域)；2、接近頂部區(qū)域Fe分布較均勻，且含量增加；3、同圖9對比，邊緣處Fe含量高的區(qū)域，對應著少子壽命(擴散長度)也低；159圖10 Fe濃度分布圖1、底部BO復合體含量高的區(qū)域主要集中在兩條邊緣處；2、頂部BO復合體含量高的區(qū)域向中間分布，趨向均勻化；3、對比圖9，同樣，BO含量高的區(qū)域，少子壽命也較低。159圖11 BO濃度分布圖小結(jié)：硅塊中，由于分凝，F(xiàn)e及BO含量在頂部分布趨于均勻；硅片均呈現(xiàn)邊緣少子壽命較低，F(xiàn)e含量較高，與擴散和切片有關(guān)；Fe及BO復合體含量對少子壽命有影響，一般說來FeB、BO含量越高，少子壽命 越低；同單晶，多晶中BO復合體濃度集中在 1-8E10cm-3之間，對后續(xù)電池片開路電壓 影響較?。?目前，我們對硅片中的FeB、BO的研究還處在初級階段，主要分析其在硅片中的分布情況及濃度水平，但是對于FeB、BO對少子壽命、轉(zhuǎn)換效率以及光衰減有怎樣的關(guān)系，如何定量的去分析，這些還處在摸索階段，也是我們下一步開展工作的重點。 文獻報道BO對硅片少子壽命和光衰減影響較大趙玉文 P型(摻硼)晶硅太陽電池的光衰減機制和技術(shù)改進措施，BO的研究也越來越多，例如K. Peter 等研究PB復合體的形成對BO復合體測試的影響，同時也指出了不同測試條件下對測試結(jié)果的影響，包