H-Passivierung von Korngrenzen in multikristallinem Si

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FRITZ, Susanne, 2012. H-Passivierung von Korngrenzen in multikristallinem Si

@mastersthesis{Fritz2012H-Pas-24363, title={H-Passivierung von Korngrenzen in multikristallinem Si}, year={2012}, author={Fritz, Susanne}, note={Diplomarbeit} }

H-Passivierung von Korngrenzen in multikristallinem Si 2013-09-11T10:11:02Z Fritz, Susanne deu deposit-license Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit von Lebensdauermessungen an Proben, deren Oberflächen mit Chinhydron-Methanol passiviert wurden, durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die Reproduzierbarkeit stark von der Reinigung der Proben und der Zeit zwischen den einzelnen Messungen abhängt. Auch die Möglichkeit eines lichtinduzierten Passiviermechanismus wurde in Betracht gezogen. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich, wenn auf eine möglichst identische Durchführung der verschiedenen Prozessschritte geachtet wird, Abweichungen vom Mittelwert der Messungen an einer Probe von unter 10% erzielen lassen.<br /><br />In einem weiteren Experiment wurde der Einfluss der Defektumverteilung bei einer Temperatur von 390°C auf die Lebensdauer von Proben aus multikristallinem Silizium ortsaufgelöst untersucht. Durch einen ersten zweistündigen Temperaturschritt konnte die mittlere Lebensdauer der drei untersuchten Proben um bis zu 50% verbessert werden. Ein Vergleich der Photolumineszenz-Aufnahmen der beiden Messungen vor und nach dem Temperaturschritt zeigte, dass sich auch die Rekombinationsaktivität der Korngrenzen verringert. Weitere Temperaturbehandlungen lie ßen einen immer geringer werdenden E ffekt erkennen. Nach einer Gesamtzeit von 32 h wurden die Proben erneut für 8 h bei 390°C behandelt. Die Veränderung der mittleren Lebensdauer durch diesen letzten Temperaturschritt lag unter 5%. Eine Betrachtung der ortsaufgelösten relativen Di fferenzen ergab, dass sich die Rekombinationsaktivität in diesem letzten Temperaturschritt auch lokal kaum veränderte. Aus diesem Grund wurden in weiteren Experimenten vor den eigentlichen Untersuchungen Pretemper-Schritte durchgeführt, um die Defektumverteilung vor den anderen Prozessschritten größ tenteils abzuschließen.<br /><br />Bei der Wasserstoff passivierung durch die Eindiff usion von Wasserstoff aus einer wasserstoff reichen SiNx-Schicht, die bei Temperaturen über 600°C in einem Feuerofen durchgeführt wird, können weitere Defektumverteilungen und die Auflösung von Präzipitaten auftreten. Daher wurde in einer weiteren Untersuchung nachgewiesen, dass auch durch die Eindi ffusion aus einer SiNx-Schicht bei tieferen Temperaturen (390°C) eine e ffektive Wasserstoffpassivierung von Defekten im mc-Si erreicht werden kann.<br /><br />Für das Experiment zur Bestimmung der Bindungsenergie von Wasserstoff an Korngrenzen wurde an einigen Proben vor dem Pretemper-Schritt und der Wasserstoffpassivierung ein Getterschritt in Form einer POCl3-Diff usion durchgeführt. Durch eine Betrachtung der Korngrenzen konnte gezeigt werden, dass die Rekombinationsaktivität von willkürlich orientierten Korngrenzen durch diesen Prozessschritt besonders effektiv reduziert werden kann. Koinzidenz- und Kleinwinkelkorngrenzen ließen dagegen eine geringere Verbesserung erkennen.<br /><br />Im Verlauf des Experiments stellte sich zudem heraus, dass willkürlich orientierte Korngrenzen nach einer Wassersto ffpassivierung mit vorangegangenem POCl3- und Pretemper-Schritt, kaum mehr rekombinationsaktiv sind. Andere Korngrenzentypen konnten durch diese Prozessfolge auch mit Wasserstoff passiviert werden, jedoch in geringerem Maß e. An Proben, die vor dem Pretemper-Schritt keine POCl3-Behandlung erhielten, konnte kein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Passivierbarkeit der unterschiedlichen Korngrenzen und dem Korngrenzentyp festgestellt werden. Dies lässt sich damit erklären, dass an Korngrenzen hauptsächlich off ene Bindungen mit Wassersto ff passiviert werden können. Die stark mit Verunreinigungen dekorierten, willkürlich orientierten Korngrenzen könnten sich daher ohne vorangegangene POCl3-Diffusion schlechter passivieren lassen, als nach einem Getterschritt, der diese Korngrenzen eff ektiv von Verunreinigungen befreit. Eine weitere Erklärung, die jedoch nach den Ergebnissen des Experiments zur Bestimmung der Bindungsenergien von Wasserstoff an Korngrenzen weniger wahrscheinlich erscheint, wäre, dass durch die Wasserstoff passivierung hauptsächlich Verunreinigungen passiviert werden. Die stark dekorierten willkürlich orientierten Korngrenzen, würden sich daher besser passivieren lassen.<br /><br />In dieser Diplomarbeit konnte die Bindungsenergie von Wasserstoff an Defekten in multikristallinem Silizium ortsaufgelöst bestimmt werden. Dazu wurde die Rekombinationsaktivität der untersuchten Proben mittels Photolumineszenzmessungen charakterisiert. Mit dieser Methode konnten für die 5x5 cm2 groß en Proben Bindungsenergiekarten mit einer Auflösung von ca. 50 μm pro Pixel erstellt werden, wodurch auch die Untersuchung von Korngrenzen ermöglicht wurde. Die zur Reaktivierung der wassersto ffpassivierten Defekte nötigen Temperaturschritte wurden mit variierenden Zeiten bei 390°C durchgeführt.<br /><br />An den Proben, bei denen die Wasserstoffdiff usion aus der SiNx:H-Schicht bei Temperaturen über 600°C im Feuerofen durchgeführt wurde, konnten Bindungsenergien von Wasserstoff an Korngrenzen im Bereich von 2,50 eV bis 2,53 eV berechnet werden. Diese Werte liegen sehr nahe beim Literaturwert von 2,5 eV [Pea92]. Für die bei 390°C passivierten Proben war die Qualität der ermittelten Bindungsenergiekarten schlechter. Aus diesem Grund konnten weniger Korngrenzen untersucht werden. Die errechneten Bindungsenergien von Wasserstoff an Korngrenzen liegen jedoch größ tenteils im selben Bereich. Mittels EBSD-Messungen konnten für einige Gebiete auf den Proben die Korngrenzen klassifiziert werden. An den untersuchten Korngrenzentypen konnte kein Zusammenhang zwischen der Bindungsenergie von Wasserstoff an die Korngrenzen und dem Korngrenzentyp gefunden werden. Da sich unter den betrachteten Korngrenzen jedoch keine Koinzidenzkorngrenzen mit geringer Koinzidenz(hoher Sigma -Wert) befanden, ist ein solcher Zusammenhang nicht auszuschlie ßen. Eine Untersuchung weiterer Korngrenzentypen in weiterführenden Experimenten könnte darüber Aufschluss geben. Die geringe Schwankung der ermittelten Bindungsenergiewerten legt die Vermutung nahe, dass an allen Korngrenzen die Bindungsenergie an die selbe Defektart, vermutlich o ffene Bindungen, ermittelt wurde.<br /><br />Während des gesamten Experiments wurden Temperaturreferenzproben mitgeführt, mittels derer ausgeschlossen werden sollte, dass sich die Veränderung der Rekombinationsaktivität der Proben auf Defektumverteilungen zurückführen lässt. Die Lebensdauern dieser Proben nahm jedoch nach den Temperaturbehandlungen zur Ausdi ffusion von Wassersto ff in einigen Fällen im selben Maß e ab, wie bei den wassersto ffpassivierten Proben. Da alle Proben vor der eigentlichen Untersuchung einen 40-stündigen Pretemperschritt erhielten, der die Defektumverteilung größtenteils abschließen sollte, wird vermutet, dass die Veränderung der Lebensdauern der Temperaturreferenzproben durch einen anderen Eff ekt erklärt werden kann. Um dies zu klären, werden momentan weitere Untersuchungen durchgeführt.<br /><br />Insgesamt stellt das durchgeführte Verfahren zur Bestimmung der Bindungsenergie von Wasserstoff an Defekten in Verbindung mit der ortsaufgelösten Charakterisierung der Rekombinationsaktivität mittels Photolumineszenzmessungen eine erfolgreiche Methode zur Untersuchung der Bindungsenergien an Korngrenzen dar. Die so ermittelten Bindungsenergien können zu einem verbesserten Verständnis der Wasserstoff passivierung verschiedener Defektarten führen. 2012 Fritz, Susanne 2013-09-11T10:11:02Z

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