WCT120操作手册.docx

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WCT120操作手册

P=27

量测寿命快速指引10步骤：

1.完整安装WCT-120，开机热机稳定30分钟。

2.检查设定及滤光镜，X5D灯头设在Man4，y1。

滤光片槽已置入IR通过滤光镜片，灯头高度40-45cm平台之上。

3.打开寿命量测软体；点选（键击）桌面捷径。

4.输入待测样品正确参数值。

也许每一片待测样品均要输入。

使用者也可经由量测分析之后去做适当修正：

下列参数

a.样品名称、b.厚度（cm）、c.电阻率（Ω.cm）、d.样品型式

5.输入正确分析参数：

包括

a.光学常数：

量参考硅片时，可使用0.7。

有绒面或被覆层的待测物可用近1之值。

b.指定MCD：

一般值选1E15。

参考硅片属低寿命，指定使用1E14。

c.偏光：

参考硅片、使用Φ。

d.分析模式：

参考硅片使用“Generalized”适用寿命在200us±50us

QSS适用＜200us

Transient适用＞200us

6.量测前先作“ZeroInstrument”设备归零。

7.将待测样品放置在平台中央。

8.按下量测钮“MeasureWafer”。

量测信号资料画面出现，以ZoomIn/Out钮去设定资料收集范围使得红、蓝信号（pc及Ref）均落在虚线范围内并没有被截头掉。

确定后，键击量测。

闪光发生。

再充电6sec后才可再次量测。

9.量测寿命试算表单自动计算出以MCD为函数的寿命。

10.参考硅片的片电阻值要在表示出厂值得10%才会表示机台是工作正常适当的。

P=29

量测分析原理

使用y1FlashingMade（QSSlifetime量测）（硬体），分析模式选Generalized是最稳当的饿、广泛的量测方式。

然而在＞100us时常用法是暂态法Transient。

暂态法的有利方便之处是不需要填入光学常数。

OpticalConstant。

而在量测要求高精准时使用者无法填入高精准的值。

暂态法的缺点是它限用在寿命较高的样品＞100us。

也相对带来些杂讯。

这两种方式我们在应用时如何交替使用呢？

Transient式时灯头闪光设为1/64.分析模式上设为Transient。

进行TransientPCD寿命量测。

正确选择发如下：

Flash光照模式分析模式寿命范围

y1╱QSS＜200us

╲GeneralizedAny*

1/64╱Transient＞100us

╲Generalized＞100us

一般来说寿命大于100MS，用Generalized选配y1θ21/64均可有相同寿命结果在相同少数载子密度下。

此事实上此种巧合可用来估计光学常数值#。

P=30

准稳态光导量测方法的说明：

1要使待测样本是在一个长延缓衰退脉冲型式的光下量测。

这个光的衰退常数至少要比量测的载子慢10倍以上。

也就是使得过剩载子的人口总数量总是一个稳定状态，或者说几乎接近稳定状态。

它表示的意思是载子的产生率与复合率达到一个平衡状态。

2必须同时量测样品的片电导及闪光的光强，且为时间的函数。

每一片段时间相对成为一个些许不同的稳定光注入水平。

此时样品的片电导也被在载台下层的射频感应线圈所耦合感应。

而每一稳定注入水平均是由校正过的光感应器所量测下来。

3软件转换片电导成为每一小片段时间平均过剩载子浓度Δn。

这是应用既有的半导体模式，移动率是掺杂浓度与注入水平的函数。

过剩载子浓度是经由减法闪光发生前的暗片电导来得到的。

4转换量测到的闪光光强成为电子/电洞对在每一片段时间的产生率G。

此时需要估计一个光学常数得并到在样本所吸收的入射光的量。

5计算载子寿命τ成为过剩载子浓度的函数，

Δn=G·τ（dΔn／dt=0）

在WCT-120我们使用X的闪光设定使得衰减常数约为2msec

所以QSSPC分析可以描述寿命小于200us的样品。

P=30-1

本质上QSSPC有下列优点：

1快而简单的量测方式给出一个大范围的过剩载子浓度相同的寿命值。

2由于样品在准稳态之条件下量测，非常相似于电池片在户外一定光强下开路状态所量测，其中复合加权的因素，及载子在电池片不同区域的现象几乎相似真实稳态之下完成。

3所计算的寿命是由所测量的绝对量子所得，而非它们的微分，所以较少X讯倾向的发生。

缺点：

要去估计OpticalConstant：

使用手册P:

31~37说明。

P=30-2

几个常用的物理公式：

F=ma，F=q·ξ

mv=F·τc=q·ξ·τc

v=q·ξ·τc/m

vd=q·ξ·τc/mｎ=（q·τc/mｎ）·ξ=un·ξc㎡/V·sec

u：

⒈晶格，⒉T，⒊X质，⒋ξ，⒌mｎ

简化：

nType=δn=n·q·un

PType=δn=p·q·up

图1：

在不同浓度掺杂下，u对T的变化

图2：

电子un,电洞up在不同X质的u函数

P=31

在QSSPC量测时如何决定光学常数OpticalConstant。

光学常数值常估计在5%内，对寿命不是十分敏感，一个5%的不确定性光学常数率，反应在寿命的5%不确定性。

此常数估计是基础于已知光吸收系数及硅片反射率与各种其上的各薄膜。

PC1D可以直接使用。

光学常数1相等于在2个太阳（1sun）之下的光产生电流为38mA/c㎡。

未经氧化层的裸硅片，其光学常数为0.7。

，愈薄地电池片此值愈小。

·表面绒面化会增加此常数值，再加上优化后的被覆层可达到1。

·非常厚的样品绒面化后加上AR被覆，量测到的光学常数肯能大于1.

时是因表面光生电流通常已超过38mA/c㎡。

·利用PC1D的下列图表可以估计不同被覆的光学常数，表P:

37页可以估计SiO2的厚度

所目视呈现的颜色。

·SWTON顾问使用Spectrophotometer整合跨光谱光源来估计反射及传送曲线。

P=38

暂态光导衰减（PCD）方法说明

以暂态方式来量测寿命是经由片光导的量测以下列步骤来完成。

1使样品在一个快速脉冲光之下照射；此光X动形成X值后随即衰退至暗室。

WCT-120所提供为10-20us宽。

2光闪完成后开始，量测慢速衰退的时间函数片电导，之后载子重新分布均匀地（evenly）硅片中。

3对每一片段时间转换片电导成为过剩载子的平均密度Δn，其讨论同QSSPC方式。

4对每一片刻的Δn，对时间微分得到载子寿命。

τ=-Δn/（dΔn/dt）

5此法要得到可靠的结果，待测样品在光照之后要有较明显的过剩载子密度，即载子寿命要明显长于闪光亮灯的时间，PCD法适用于量测寿命大于100usec。

若小于此，量测出的最小寿命将会缩减。

PCD法的优点.

优点：

方法一,不需像QSSPC一样要独立且同时量到XX.

PCD法的分析中光学参数较不相关。

光感应器只作为指示光照完成，去激发量测

开始并分析数据。

PCD法量测结果与光强、形状、吸收率是独立无关的。

缺点：

样品寿命要大于turn-off时间（10-20us）适用范围在＞100us。

结果靠微分dΔn/dt会导致有X讯资料产生，虽然此问题可用快速的平均法X

份消除它，但是仍为一缺点。

P=39

资料分析—QSS，TransientandGeneralized方法

·在QSS时，载子浓度基本上是在一稳态情形，产生率与复合率是平衡的，此时寿命可得到简化公式：

直观如同人口数与平均寿命。

τ=Δn/G（Eg.1）

·在暂态（Transient）时，由10-20us之光照后量测，慢缓衰退之片电导。

此时载子浓度并非在稳态，适当的表示式如下：

τ=﹣Δn/（dΔn/dt）（Eg.2）

并非在稳态的意思是它是可由一个简单Δn的指数衰退时间函数中去对时间微分它。

·如果将以上二种状况极端合并在一起，Nagel等人论证，可得公式

τ=﹣Δn/（G－dΔn/dt）（Eg.3）

注意事项：

在以上三种所量测的有效寿命也许不会相同。

主要是因为载子在硅片厚度穿透过程并不会完全相同。

在暂态时表面高度复合将占大部分而在中心部分则非常短促，表面在复合进行中的载子并不会被新产生出的载子快速补充过来。

所以暂态量测会稍微加权在硅片中心部的寿命，然而ture-steady-state方式则会受此照光表面的影响。

Generalized方式则量测测落在其二者之间。

一般而言，ture-steady-state最能反应当前载子形态及未来在电池片会呈现的结果，而这些差异在长寿命时较小，在低寿命时影响较大，尤其是在寿命受限于表面复合的状况。

P=40

移动率的模式

移动率是由射频感应线圈所量测到电导转换为过剩载子密度Δn的基数参数。

一般而言，电子/电洞的移动率是与掺杂种类与浓度相同。

也就与过剩载子密度本身Δn相关了！

试算表中重复测算达到移动率与Δn的自我一致（self-consistent）即得出什么。

（SINTON的知产权）

这些模式都已得到现今行业学界的论证。

量测到的寿命-有效寿命是什么意思？

WCT-120有三种条件去量测寿命：

暂态（Transient）。

准稳态（QSS）及一般态（Generalized）都称为有效寿命（effectivelifetime）。

在许多实物上有许多不同的复合机制来源，如在硅块中的杂质。

在表面发生的复合，这些竞争的复合来源均合并影响了有效寿命。

我们把它们分成下列5种：

1.Auger复合：

τAuger表示。

Auger相同地只有掺杂种类分布于浓度及注射水平与过剩载子浓度Δn。

2.辐射复合：

τRad表示。

辐射复合是相关于硅片中掺杂种类与浓度，及注射水平与过剩载子浓度Δn，大部分总是τRad远大于τAuger。

3.在硅块本质中的杂质与缺陷复合：

τSRH表示。

Shockly-Red-Hall（SRH）复合，τSRH

以样本中的杂质多少与缺陷程度来决定，及复合的力量（指截断面能阶及捕捉能力），掺杂与注入水平。

4.在硅块表面的杂质与缺陷复合。

称作表面复合速度S（单位为cm/s）而不是寿命值。

5.射极复合或高低介面（如背电场BSF）以Jo来表示射极饱和电流，寿命值。

此参数其实是Auger、SRH及表面复合早高掺杂的区域发生。

P=40-1

自然地，有些情况下，有些复合的来源会不存在或可忽略。

这些复合来源的影响一般来说是与注入水平或过剩载子浓度有关，Δn。

例如在Auger复合时是高注入水平时突出显赫。

也就是主要的复合来源非常相关于注入水平。

我们可以利用此特点去把不同复合参数来抽取出来（在不同的注入水平下）。

硅片的本体寿命我们可以收集起来如下：

1/τbulk=1/Anger+1/τrad+1/τSRH（Eg.4）

对于表面未经扩散的样品。

（如仅oxidized，nitrided或裸硅片）。

此时WCT-120所量到的有效寿命是如下：

1/τeff=1/τbulk+Sfront/w+Sback/w（Eg.5）

W是样品厚度，S是表面复合速度，一般来说与过剩载子密度Δn相关。

对于表面已经扩散的样品（或有高-低介面如BSF）

此时表示式为：

1/τeff=1/τbulk+J0front（Ndop＋Δｎ）/ｑｎｉ２ｗ　

＋　J0Back（Ndop＋Δｎ）/ｑｎｉ２ｗ　　　　　　（Eg.６）

其中Ndop是背景掺杂密度，ｎｉ是硅本质的载子浓度。

虽然ｎｉ

是与温度强烈相关，但J0/ｎｉ２则是不那么相关而对温度是独立的。

重要注意事项：

Eg.６中最右两项仅适用在本体寿命够长久并允许产生载子到达正背表面且当Ｓ或J0

够低的时候才可避免传送限制（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ－ｌｉｍｍｉｔ）的情形在近表面时发生。

一般来说此时τeff＞100μｓｅｃ

P=42

量测本体寿命（theBulklifetime）

有许多案例中都是想要直接量测出本体寿命。

若能完成则可决定出此时当下要新制出的硅片电特性质量，或去杂制程改善，或氢钝化制程改善。

是否适当，是否确实。

有许多方式可经解决此一问题，首先以公式Eg.6，求得SorJ0，然后扣除掉，即可求得本体寿命。

愈低的SorJ0，则所决定τbulk愈精准。

其次，如果SorJ0已充分够低了，那就将其假设式可忽略掉。

（换句话说，SorJ0项目比较τbulk项目是够小的一个数。

若此，有效寿命就是本体寿命了。

例如用高品质的浮区硅片，它们是在相同制程控制之下，有高本体寿命的硅片。

以它们来量测可以得出（推断出）S或J。

是否充分低了。

注意到若是检查未经扩散（non-diffused）的样品，这些控制硅片应是相同形态（n或p型）且有相同近似电阻率在这些样品中。

因为S值是强烈依掺杂浓度与n/p型态决定的。

一般来说，最好明确地分离表面与本体的影响是透过检查“不同厚度”变化程度实验来完成。

这些样品差一点就可是相同厚度了。

如果再假设Sfront与Sback。

两个是相同的参数。

1/τeff=1/τbulk+Sfront/w+Sback/w

=1/τbulk+2S/w

理论上，二片就够了量二次得到方程式求s及τbulk。

用四片可以有较佳的不确定性。

EXP：

╱1/τeff＇=1/τbulk+2S/w＇

╲1/τeff＂=1/τbulk+2S/w＂

P=4９

进阶使用者说明

除本文说明解释在WCT-120工具所量测的寿命结果及相关资讯外，各别的应用说明文档如：

裸硅片的测量、扩散硅片的测量、刚压、硅碇、硅块的测量、含铁杂质暂态的量测（interstitialiron），含硼氧化物缺陷浓度的量测均可取用参考。

量测解析饱和和电流密度—J0

在寿命试算表中抽离出饱和电流密度是只适用在待测样本已是经过单面或双面高掺杂制程，才具意义。

而这个高掺杂区是形成了p-n介面，例如在一片p-型硅片上经由磷扩散制程（如下：

载气通过液态pocl3，混入少量氧后进入加热炉管，如此一来硅片表面形成氧化层，在温度800—900℃，磷氧化层扩散列到硅中，约20分钟靠近硅表面区域，磷杂质的浓度超过硼杂质，而得到一层薄的，重掺杂的n型区）或如背面电场的高-低介面，。

另外像含高固定电荷的电解质薄膜（如氮化硅SiliconNitride）在未经过扩散制程的表面，也会引起干一个介面，或在硅片表面的空泛区（depletionRegion）也都适用这个饱和电流密度J0去定出此区域的性质。

物理上，J0表示在这一重掺杂区域及其表面复合程度的增强。

一般来说，愈重掺的区域，会有愈大的复合。

（即较大的J0值）也就是那里高重掺区的Anger复合更多。

然而另外加上氧化物的钝化膜在介面可以减少复合，也降低了所量测到的J0值。

特别注意若在重掺表面有‘死层’（dead-layer）出现，表面钝化此时并未获利，反而是此钝化膜经由‘场效’钝化固定住了电荷，如同氮化硅固定住正电荷，故此在n-型射极钝化是非常好的，但应用在p-型射极，此时J0被调查到会增加。

比未经钝化还糟糕。

P=4９-1

要准确地量测J0值所相关的地区无论包括了或没有包括了这一钝化膜，基本上比硅片都要在高注入情况下进行。

此涵义是过剩载子密度要在拟合范围内（fitRange），必须明显大于此硅片的基础掺杂密度。

（背景掺杂）

在使用WCT-120工具满困难使用高达5×1016㎝﹣3的过剩载子密度，所以J0量测时硅片掺杂密度常会在10E15㎝﹣3之下。

因为大部分电池片基材会有比10E15㎝﹣3更高的掺杂，所以特定的实验用低掺杂样品是必须准备的。

通常单晶硅的样品是可以通用的。

它也有确定一个合理长的本体扩散长度（longbulkdiffusionlength）的优点，也都为了较精确J0值的量测。

理论上在过剩载子密度稍高于基础掺杂（basedoping）状况时是可能从寿命量测中抽离出J0值。

但它是要用比在寿命试算表（WCT-120）还复杂的模式且易于产生其他不确定性。

当高注入的资料被量测后，重要的是要去目视确认在右上图形中寿命导数是否有一线性相关于过剩载子密度。

如果是有相关线性，J0的抽离才有可靠性。

如果图中资料不是十分挺直，表示的是J0偏高，造成复合率在基材到扩散区的载子受限。

这种结果，使得资料在试算表中较高载子密度之处，会低于线性拟合而下垂。

（droopy）

发生如此现象时此J0已无法精确量测、无论如何将成为一片品质量不好的电池片。

P=4９-2

一般来说，J0量测的样品最佳情形是采用对称性样品。

有相同的扩散，与钝化膜在正反两面均有。

J0是归属于每一面都有的，所以一半所量测到的值为J0。

以不同厚度的多种样本可使得J0的抽离更精确，实务上若想要用单一片硅片量测到的J0，就仅是扩散面那一面的J0。

那必须此单一面作非常高品质的钝化，确认保证另一表面是复合主宰的地区，很明显的是要确保没有扩散的那一面。

在高注入下不会有复合贡献，那是不实际的。

精确量测J0的九个基本条件：

1.样品是要在高注入之下。

2.在扩散区域内的产生量是最小的，这可经由WCT-120配上IRpassfilter来得到确认。

3.在基材中扩散长度是足够长至使载子扩散到各表面。

4.饱和电流密度并不高，以致于复合率在扩散区内，基材中载子受到了限制运送。

本法量测有效寿命时，估计约比100us大，也假设条件，3、4是满足的。

ImpliedVoc隐含Voc电压是什么？

首先ImpliedVoc是一个非常实用的输出电压，它可以说相同基材，有直接等同Suns-Voc的曲线，而Suns-Voc假设有一可量测接触的介面，ImpliedVoc所揭示的讯息是相同精准的参数，包含了一个理想的因素—是电压的函数。

也呈现了并联电阻Shunts。

事实上它包括了光照IV曲线中全部的讯息。

除了串联电阻的效应，（串联电阻约有75%是发生在finger与Emilter间接触的阻抗）。

其余均与Suns-Voc所得量测一样。

有些注意事项在解释此项ImpliedVoc是必要的。

首先它是由公式（Eg.7）所计算出来的。

Voc=KT/q·㏑（n·p/ni2）（Eg.7）

此表示式是仅严格适用在寄出边缘与广泛区的n与p浓度。

如果少数载子什么够长且表面作了合理的钝化制程，由试算表（WCT-120）所决定出的Δn值是几乎常数值贯穿全部硅片厚度。

也包括了空泛区边缘（theedgeofdepletionregion）。

此时的ImpliedVoc是满精准的。

另一方面少数载子寿命若太短而其扩散长度LD=sqrt（Dz），其中Dz是少数载子的扩散率（diffusivity）会比电池片的厚度还要短，此时适用白光（whitelight）下的ImpliedVoc就不为真了！

换句话说，平均少数载子浓度在试算表中会比在空泛区边缘当地的少数载子浓度要低。

（假设收集介面（collectingJunction）是在光照片）导致低估Voc值。

在此情形时建议方案是改变在试算表分析中的硅片厚度与扩散长度。

这样将会在靠近介面的载子浓度估算得到较佳值。

另一问题可被防止的方法是让光强均匀地被基材吸收，实务上会有些困难，去使光强达到保持Suns的条件。

当然Voc在IR光下与在阳光下是会十分不同的。

P=51

捕捉陷阱，空泛区调度及光偏压

有些太阳能等级的硅材料，像是多晶硅，带状硅片，均有少数载子陷井，它们相似复合中心，除了捕捉又释放少数载子。

陷井不会捕捉多数载子，也不会对复合作出贡献。

但事实上陷井会暂时地将少数载子从导带中移走（假设在p-type硅片），导致产生额外的电子、电洞对，直到少数载子浓度回到没有陷井时的状态。

这时此额外的多数载子会产生出额外的光电导，原本无陷井时不该发生的。

我们可以想象这些陷井就像是只有在基材中光照时才会激发启动的额外掺杂原子（dopantatoms）。

这些因为多数载子产生的光电导是属于一种人造文物（artifacts），在寿命量测中不纳入评比的，因为它并没有反应复合寿命。

这种陷井限象在寿命量测中，在低过剩载子密度时会快速的增加外显寿命（apparent）。

在较高的过剩载子密度，这些陷井早已饱和了也反应了复合寿命的情形。

幸运的是大多数陷井的呈现时，陷井密度较低以致于寿命在一个太阳附近开路条件下量测时来被陷井影响。

但有些陷井密度会被影响。

若此，寿命试算表中允许对此陷井捕捉现象，经设定光偏方式来修正。

使寿命量测资料扩大可行的区域并进入较低的载子密度。

基本上，光偏压指定了目前光电导减掉陷井效应所量测到的光电导，而消除了陷井效应的冲击！

P=51-1

选择正确的光偏压值是重要的。

详细选定程序请参考文件[9],大多数情况下，以下指引可得到合理的结果；

·选择一个光偏压可以使得‘偏压点CD’值是量测过剩少数载子密度的范围中靠近最低末端。

·增加光偏压值，直到寿命范围中陷井已到达一个最小值。

陷井现象在以试算表中的量测可以作为对结晶缺陷在材料中呈现的量测。

包括结晶错位（dislocation），晶界，含金属杂质。

另外有陷井效应类似的现象是空泛区调度（DRM）。

此时空泛区产生在各介面处，是因钝化膜使表面充电现象，因宽度及基材中载子浓度而变化，因光强而增加。

会引起光导的调度现象却无关乎复合，在外显的寿命上有快速的增加发生在低过剩载子浓度之处。

使用相同以上的指引，也可将DRM效应透过偏压光降到最小。

P=52

低寿命样品

有时硅片虽然已有很好的钝化薄膜，仍仅产出很低的寿命。

这指出此硅片本身就有缺陷或有杂质。

在此情况，使用白光下，解释寿命要注意些以下讨论。

白光大部分会被吸收在靠近硅片上平面。

大部分电子/电洞对也在此域区产生，如果少数载子扩散长度小于硅片厚度，则过剩载子将会在去向集中在正面，致使计算Δn的试算时产生错误，因为WCT-120是内含假设RFsenzer所值测感应到的载子是分布贯穿整个硅片厚度的。

为了估计是否以上效应对量测产生冲击，启发我们去计算少数载子的扩散长度，经由公式

LD=sqrt（Dτ），

其中D是少数载子扩散度。

一个好的经验法则与报告。

此时的寿命是将样品厚度用2×LD取代；当W＞2LD时。

如此给出了一个合理的估计过剩载子密度值。

注意：

在ImpliedVoc时相同情形我们用LD来取代W，因那时我们需要靠近介面边缘的载子浓度估计。

范例：

少数载子扩散度在1Ω㎝，低注入条件时。

Lifetime（us）2×LD（1Ω㎝p-type）um2×LD（1Ω㎝ntype）（um）

0.13222

110468

10328216

1001040680

更换样品厚度用2倍扩散长度，会使试算表重算寿命。

通常一、二次重复计算可达自我一致性的结果。

注意此时所得仍是近似值。

假设少数载子是均匀分布厚度中。

另外替选方案是采用红外光（即使使用IR-passfilter）作为光源，原来样本的W厚度可以再使用了！

P=54

除错

问题：

量测不会被激发，按下“MesureWafer”钮，在跳出的视窗中没有原始电压（raw-voltage）追踪图。

Answer：

此表示量测没有被适当激发。

通常量测是被channel2，从光感应器激发的。

请检查下列：

·闪灯光源供应器是否未接上，或未被打开（Turnon）

·闪灯是否不允许盖章的，当它仍在二次闪光间充电时的状态，使用者必须等待听到beep声，才可再闪光。