硅片中FeB、BO复合体测试

硅片中FeB、BO复合体的测试浙江昱辉阳光能源有限公司--陈双、祝祯凤一、背景二、PV2000原理等简介三、单晶硅片中FeB、BO复合体测试四、多晶硅片中FeB、BO复合体测试五、小结一、背景继少子寿命、碳氧含量、电阻率研究之后，FeB、BO复合体也进入大家的视线，其表征及改善也成为大家比较关注的问题之一。并且，虽然SIMS和ICP-MS均能测试硅片中各种金属杂质，可是却不能给出杂质的分布情况。基于此，研究硅片中杂质的分布情况对表征硅晶体的质量就更加重要，并在此基础上，研究其对硅片质量的影响并进行改善。二、PV2000原理等简介PV2000或硅晶片重金属沾污测试系统，是SemilabSDI公司推出的测试设备，其原理：采用表面光电压法（SEMI国际标准-391）测试原理，是用大于半导体禁带宽度的能量(采用两个激光器照射硅晶片表面），在其内部将产生电子-空穴对。电子-空穴对向表面扩散，在耗尽层电场的作用下将发生分离，从而产生表面光电压。而通过扩散长度的测试及其变化，又可计算得到其他参数。载流子扩散长度是半导体材料或器件的重要电学参数，直接反映的是半导体材料、器件体内的重金属玷污和缺陷情况，同时也可表征BO复合体的含量。[Fe][cm-3]=1.05E16(Lafter-2-Lbefore-2)SiSiSiSiSiSiSiSiBFeSiSiSiSiSiSiSiSiSiFeBSiBeforeDissociationSiAfterDissociation(optical)SiSiSiSiSiFeiSiSiBSiSiSiSiSiSiSiSiBFeiSiSiSiSiSiSiLightinduceddissociationh1.1eVFeiB+BFei在P型硅片中，Fe大多以FeB复合体的形式存在，是弱复合中心，见左图。在能量大于1.1ev的光照下，这种FeB复合体极易打开，且以间隙态存在，这种间隙态是一种强复合中心，见下式：FeB复合体测试原理FeB键的打开和复合影响硅片的扩散长度，通过测量扩散长度的变化，计算出Fe的含量，计算公式如下：6BO复合体的测试原理B+O2iLightinduceddissociationh1.1eV200ºCthermaldissociationEA=1.38eVBO2iLifetimeKillersFeiB+BFei200ºCthermaldissociationEA=1.17eVLightinducedassociationh1.1eV同FeB复合体相似，BO复合体的打开或者复合同样会影响扩散长度的变化，利用这种变化来计算BO复合体的浓度。在硅片中，光照下FeB复合体打开，BO复合体形成；可是在加热条件下，FeB复合体打开，BO复合体也打开(见上)，利用这个差异，避免测试BO时FeB引起的干扰。图1晶棒电阻率分布曲线图2晶棒FeB、BO分布曲线1.0E+101.0E+111.0E+121112131415161718191101样片编号atoms/cm3FeBO硅片编号1、整根晶棒共取样片105片，电阻率测试取每段硅块的头尾2、电阻率分布在1-3*cm之间，与理论计算和我司控制目标相符；3、Fe分布比较均一，均低于5E10cm-3，头部、尾部含量略高于中部；4、BO复合体头部较低，靠近尾部区域有个别较高现象，但是基本在3E10cm-3以下。三、单晶硅片FeB、BO复合体研究随机选取公司6寸晶棒，按照正常流程生产后，切片后每间隔约10mm取样片一张；利用PV2000进行测试。分析：1、FeB复合体尾部稍高，与分凝有关，尾部金属杂质含量较高；2、BO复合体存在尾部稍高现象，与在该条件下，其他一些缺陷也被检测到有关；3、硅片质量FeB复合体浓度均低于5E10cm-3，对少子寿命及电池片质量影响较小；硅片Fe浓度在10E11cm-3以下，可通过后续的磷吸杂工艺去除，据文献报道，当[Fe]10E13cm-3时，会影响后续电池工艺(见图3)。4、BO复合体浓度集中在1.3-3E10cm-3之间，对后续电池片开路电压影响较小(见图4)。图3不同温度下，铁浓度与少子寿命关系图J.Appl.Phys.69(5),3077图4开压与BO复合体浓度关系图ABCDE头中尾头中尾头中尾图5硅片测试结果图示，自左至右依次是少子寿命/s、Fe、BO浓度/cm-3备注：1、图5中头中尾是从每段中按照生长方向取的的样片；少子寿命、FeB、BO测试图小结少子寿命普遍呈现中间高，边缘低，一方面与硅棒生长规律有关，另一方面也与切片清洗有关；尾部少子寿命高的区域偏向边缘，与尾部晶体生长温度梯度及杂质较多有关；FeB、BO复合体分布比较均匀，浓度也较低；硅片边缘很小区域FeB、BO含量稍高，且基本在同一部位，与边缘扩散有关；D、E段区域，FeB、BO复合体浓度均有所增加，与尾部杂质含量高有关。备注：1、硅片编号1代表硅锭底部，12代表硅锭顶部。图6多晶硅块电阻率及少子寿命分布123456789101112距硅锭底部距离(cm)123456789FeB/BO浓度L_LIDDeActLID(1E10)Fe(1E11)123456789101112距硅锭底部距离(cm)123456789FeB/BO浓度L_LIDDeActLID(1E10)Fe(1E11)图7多晶硅块FeB、BO浓度分布/cm-3距离硅锭底部距离/cm四、多晶硅片FeB、BO复合体研究随机选取多晶硅锭及硅块，切片后每间隔约10mm取样片一张，研究分析多晶硅锭FeB、BO分布情况及浓度水平。图8硅锭中Fe含量分布杂质和缺陷对铸造多晶硅寿命分布的影响,太阳能学报,2007,Vol.28(12)1、硅块电阻率在1.5-2.2*cm之间；2、Fe含量分布呈中间低，两端高的趋势，与坩埚及分凝有关；3、如前所述，硅片Fe浓度在10E11cm-3以下，可通过后续的磷吸杂工艺去除，对电池片影响较小.1、同一张硅片上，扩散长度高的区域从底到顶逐渐缩小；2、硅块底部均存在两边缘扩散长度较低，而顶部逐渐变为一边区域低，且面积扩大；扩散长度分布图112111087643295图9硅块扩散长度分布图Fe浓度分布图1、底部Fe含量高的区域主要集中在硅片边缘，且存在一些Fe含量较大的点状区域(红点区域)；2、接近顶部区域Fe分布较均匀，且含量增加；3、同图9对比，边缘处Fe含量高的区域，对应着少子寿命(扩散长度)也低；159图10Fe浓度分布图BO浓度分布图1、底部BO复合体含量高的区域主要集中在两条边缘处；2、顶部BO复合体含量高的区域向中间分布，趋向均匀化；3、对比图9，同样，BO含量高的区域，少子寿命也较低。159图11BO浓度分布图小结：硅块中，由于分凝，Fe及BO含量在顶部分布趋于均匀；硅片均呈现边缘少子寿命较低，Fe含量较高，与扩散和切片有关；Fe及BO复合体含量对少子寿命有影响，一般说来FeB、BO含量越高，少子寿命越低；同单晶，多晶中BO复合体浓度集中在1-8E10cm-3之间，对后续电池片开路电压影响较小；五、小结目前，我们对硅片中的FeB、BO的研究还处在初级阶段，主要分析其在硅片中的分布情况及浓度水平，但是对于FeB、BO对少子寿命、转换效率以及光衰减有怎样的关系，如何定量的去分析，这些还处在摸索阶段，也是我们下一步开展工作的重点。文献报道BO对硅片少子寿命和光衰减影响较大[赵玉文P型(掺硼)晶硅太阳电池的光衰减机制和技术改进措施]，BO的研究也越来越多，例如K.Peter等研究PB复合体的形成对BO复合体测试的影响，同时也指出了不同测试条件下对测试结果的影响，包括光照强度、加热温度、时间等(K.Peteretc.MULTICRYSTALLINESOLARGRADESILICONSOLARCELLS)。由此，一方面FeB、BO复合体的测试，也亟需建立相关标准，使测试时有所依据；另一方面也需要我们深入研究，分析其与少子寿命等的内在联系，从而改善硅片质量。