Aufbau eines Photolumineszenz-Messplatzes zur Charakterisierung von Wafern und Solarzellen aus kristallinem Silizium

Abstract

Die Arbeit behandelt neben den Grundlagen der Lumineszenz in Silizium den Aufbau und die Entwicklung eines Photolumineszenz-Messplatzes. Bei der Photolumineszenz-Methode kommt die optische Anregung von Ladungsträgern mittels eines Infrarotlasers bzw. mittels eines LED-Arrays zum Einsatz. Die im Silizium auftretende Rekombinationsstrahlung (Lumineszenz) wird mittels einer sensitiven Infrarotkamera detektiert, wodurch sich unter anderem Informationen über Ladungsträger-Lebensdauern in Siliziumwafern ermitteln lassen.Im Rahmen der Arbeit wurden die beiden Anregungsmechanismen bezüglich ihres optischen Verhaltens dahingehend optimiert, bestmögliche und artefaktfreie Photolumineszenz-Messungen zu ermöglichen. Dazu wurden unter anderem eingehende Verbesserungen bezüglich der für Photolumineszenz-Messungen essentiellen optischen Filterung der intensiven Anregungsstrahlung durchgeführt. Hierbei wurde ein Langpassfilter auf GaAs-Basis verwendet, welcher die gestellten Anforderungen ideal erfüllt. Auf einige der bei kamerabasierten Lumineszenz-Messplätzen auftretenden Messartefakte, wie beispielsweise eine zentralsymmetrische Intensitätsüberhöhung, wird ebenfalls eingegangen. Des Weiteren wurde ein Algorithmus erarbeitet, welcher mittels externer QSSPC-Messung die Lebensdauer-Kalibrierung der PL-Aufnahmen ermöglicht. Die diesbezüglich durchgeführten Untersuchungen zum Zustandekommen des verwendeten QSSPC-Lebensdauermittelwerts sind detailiert behandelt.Abschließend werden einige mittels des aufgebauten Messplatzes ermöglichte Messungen vorgestellt. Dazu gehören ebenso Messungen, welche die Kombination aus elektrischer und optischer Anregung von Solarzellen verwenden.