Электрофизические измерения.

Измерения удельного электрического сопротивления на пластинах продольного и поперечного распила mc-Si осуществляли стандартным для пластин sc-Si четырёхзондовым методом (ASTM F43-99) на установке «РОМЕТР» с линейным расположением зондов на расстоянии друг от друга 1,3 мм, где через крайние зонды пропускают электрический ток, а на средних измеряется разность потенциалов. Её основные технические характеристики следующие:

- Диапазон измерения удельного сопротивления – от 0,001 до 1000 Ом∙см;

- Предел допускаемой основной относительной погрешности – не более

В лабораторной установке для измерения удельного сопротивления «РОМЕТР» предусмотрен замер температуры образца и введение соответствующей поправки на выдаваемое значение УЭС при отклонении температуры от комнатной в соответствии с уравнением температурной зависимости проводимости полупроводника:

(10)

где T- температура образца, E_g – ширина запрещённой зоны.

Выпрямляющие свойства контакта металл - полупроводник опреде­ляются типом носителей заряда в полупроводнике. Метод точечно-кон­тактного выпрямления основан на качественном сравнении сопротив­лений точечного контакта металл - полупроводник при различных полярностях приложенного напряжения [99]. Поэтому, тип электропроводности мы контролировали по ходу или направлению изгиба вольтамперной характеристики точечного контакта на рабочем окне программы, управляющей осциллографом фирмы «Velleman Instruments» с функцией двухкоординатного графопостроителя.

Для определения подвижности по измерениям эффекта Холла и известному удельному сопротивлению образцы mc-Si делали в виде пластинок прямоугольной формы. Толщина измерялась микрометром и составляла 2±0,1 мм. Контакты наносились с помощью In-Ga пасты на торцевые части образца. Перед измерениями проверялось отсутствие выпрямления тока на нанесённых контактах с помощью контроля электрического сопротивления в обеих полярностях (единицы Ом). Постоянное магнитное поле в зазоре электромагнита ФЛ-1 составляло 8800 Эрстед. Ток через контакты задавался с помощью источника тока В5-43 (0.1–10 мА), напряжение на «холловских» контактах измерялось вольтамперометром Щ-1518 (на уровне десятков и сотен микровольт). Чтобы минимизировать погрешности, связанные с конечной площадью контактов, величиной и стабильностью контактного сопротивления, измерения проводились при двух направлениях тока и магнитного поля, а измеренные величины усреднялись для четырех пар контактов.

Контактные измерения фотопроводимости для определения времени жизни ННЗ предусматривает стандарт SEMI MF28 при условии высокой диффузионной длины ННЗ и использовании невыпрямляющих контактов [100]. По этой причине измерение времени жизни ННЗ проводили бесконтактным СВЧ – резонаторным методом (стандарт SEMI MF1535) по кривой релаксации фотопроводимости (рис. 18). При проведении бесконтактных измерений оговаривается относительная погрешность ±30% на результат определения времени жизни.

Рис. 18. Нарастание и спад фотопроводимости, соответственно, при включении и выключении фотовозбуждения.

Значение t_ннз, полученное непосредственно из измерения называется эффективным временем жизни ННЗ. После этого необходимо вычислить объёмное время жизни из соотношения:

(11)

где τ_V - объёмное время жизни, τ_S – время поверхностной рекомбинации. Причём вклад от поверхностной рекомбинации можно разделить на две составляющих: диффузию и собственно поверхностную рекомбинацию

(12)

где D – коэффициент диффузии ННЗ, S–скорость поверхностной рекомбинации, d - толщина образца. Поскольку величина τ_sr может меняться существенным образом (до 6 порядков и даже более), то именно она наиболее сильно влияет на эффективное время жизни. Для обеспечения точности измерения объёмного времени жизни существуют три подхода:

1) Устранение поверхностной рекомбинации. Проводится окисление и/или пассивация поверхности согласно конкретной методике, после чего τ_S становится пренебрежимо малой, и тогда объёмное время жизни берётся непосредственно из измерения, т.е. из условия τ_eff≈τ_V.

2) Использование поверхностной рекомбинации. Для этого поверхность образца наоборот «ухудшают» таким образом, что S считается бесконечной и τ_{s r} считается равным нулю. Тогда с учётом (11) и (12):

(13)

3) Измерение скорости поверхностной рекомбинации, основанное на использовании нескольких источников света различного коэффициента поглощения в объёме полупроводника α. Это подразумевает различное влияние процессов поверхностной рекомбинации на результат измерения эффективного времени жизни. Экстраполяцией результатов измерения τ_eff и α находят объёмное время жизни ННЗ.

Измеряемое эффективное время жизни определяется от начальной точки, соответствующей 0,7 сигнала фотопроводимости (для устранения влияния высших гармоник), а объёмное (точнее скорректированное эффективное) время жизни в программе, управляющей лабораторной установкой «ТАУМЕТР-2М», рассчитывается по формуле (13). Для этого перед расчетом кроме толщины необходимо указать тип проводимости и коэффициент диффузии (может варьироваться в пределах 11-13 см²/с для р-типа и 33-37 см²/с для n-типа).

Использование кремния для изготовления ФЭП к эффективностью ~15% накладывает следующие требования на электрофизические параметры полупроводника: удельное сопротивление в интервале 0,5-3,0 Ом·см, время жизни ННЗ более 5 мкс, диффузионная длина ННЗ порядка и более 100 мкм. Традиционно контролируемыми параметрами в полупроводниковом производстве являются тип проводимости, удельное сопротивление и время жизни ННЗ. Снижение холловской подвижности основных носителей заряда в направлении кристаллизации слитка mc-Si примерно происходит в интервале от 350 до 50 см²/В·с [101].