JP2014241414A - ルミネセンス像形成を用いた間接バンドギャップ半導体の試験方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2006年5月5日出願のオーストラリア仮特許出願第2006902366号の優先権を主張するものであり、その開示内容の全体を参照により援用する。
・間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像、
・間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像、
・間接バンドギャップ半導体デバイスを、ホトルミネセンスの誘起に適した入射光で励起し、同時に間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像、
のいずれを含んでいてもよい。
図1の方法の一実施形態において、領域の相対強度の比較は、
(i)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電気的励起信号を印加することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
(ii)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子が開回路状態で生成されたホトルミネセンス像と、
の間で行われる。
(i)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルが開回路値に対して低い電圧レベルで生成されたホトルミネセンス像と、
(ii)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子が開回路状態で生成されたホトルミネセンス像と、
の間で行われる。
(i)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電気的励起信号を印加することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
(ii)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルが開回路状態に対して低い電圧レベルで生成されたホトルミネセンス像と、
の間で行われる。
(i)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に第1レベルの電気的励起信号を印加することによって生成された第1エレクトロルミネセンス像と、
(ii)間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に第2レベルの電気的励起信号を印加することによって生成された第2エレクトロルミネセンス像と、
の間で行われる。
図2a〜2cは、不完全な太陽電池から生成されたエレクトロルミネセンスとホトルミネセンス像の実際の例である。これらの像は、縦方向(すなわち、像の上から下へ)に配設された2つのバスバーと、バスバーを横断して水平方向(すなわち、像を横切って左から右へ)に配設された複数の細い指を示す。
・太陽電池の寿命を短縮させやすい半導体基板材料中の欠陥(例えば汚染)、
・相対的に強度の高い領域に比べて相対的に少量の電流が流れる太陽電池中の電気的に絶縁された領域、
のいずれかに起因し得る。
回路値に対して降下させることである。その結果、照射に応答して発生するキャリアは太陽電池から引き抜かれ、したがって、太陽電池の像が暗くなる。なお、短絡回路の替わりに、他の負荷状態、外部電圧または外部電流を太陽電池の接点端子に印加して、同じまたは同様の効果を得てもよい。
・太陽電池の長寿命化、または、
・相対的に強度の低い領域に比べて相対的に低い電流が流れている、太陽電池構造中の電気的に絶縁された領域、
のいずれかに起因し得る。
・材料品質(すなわち、局部的な少数キャリアの寿命)の変動、または、
・相対的に強度の低い領域に比べて相対的に少量の電流が流れる太陽電池構造中の電気的に絶縁された領域、
のいずれかを示す。
・太陽電池の接点端子に電気的信号または順方向のバイアス(例えば、電圧または電流)を印加してエレクトロルミネセンスの発光を誘起すること、および/または、
・太陽電池にホトルミネセンスの発光を誘起するのに適した光で太陽電池を照射し、同時に、太陽電池を照射しながら太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させること、
を含んでいてもよい。
・前述のように、太陽電池を電気的信号または順方向バイアスで励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像、
・ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起し、同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像、
のいずれかを含んでいてもよい。太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることは、外部バイアス、負荷、短絡回路、または電圧を太陽電池の接点端子間に印加することによって行うことができる。これに代えて、電流を太陽電池の接点端子に注入または接点端子から引き抜いてもよい。
・太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像、
・太陽電池の接点端子を開回路状態に維持しながら、ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起することによって生成されたホトルミネセンス像、
・ホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で太陽電池を励起し、同時に太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像、
を含むことができる。
印加し、外部バイアス電圧による励起に応答して太陽電池から発光されたエレクトロルミネセンスを捕捉または記録することによって得られた。
Claims (56)
- 間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する方法であって、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起して前記間接バンドギャップ半導体デバイスにルミネセンスを発光させるステップと、
複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスで、前記外部励起に応答して前記間接バンドギャップ半導体デバイスから発光されたルミネセンスの像を捕捉するステップと、
2つ以上の前記ルミネセンス像中の領域の相対的強度の比較に基づいて、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するステップと、を含み、
前記ルミネセンス像は、少なくとも1つのホトルミネセンス像を含み、
前記空間分解特性を測定するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの電気的に絶縁された領域を空間的に分解するステップを含む方法。 - 前記少なくとも1つのホトルミネセンス像中の前記ホトルミネセンスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも1cm2から生ずることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記空間分解特性を測定するステップは、1つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、少なくとも1つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記空間分解特性を測定するステップは、少なくとも2つのルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するステップを含み、前記ルミネセンス像は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択される請求項1に記載の方法。 - 前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気的信号を印加して前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するステップとからなるステップの群の少なくとも1つを含む請求項1に記載の方法。 - 前記空間分解特性を測定するステップは、ホトルミネセンス像とエレクトロルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するステップを含む請求項5に記載の方法。
- 前記電気的に絶縁された領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域に対応し、前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域がない請求項6に記載の方法。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射するステップを含み、
前記方法は、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップをさらに含む請求項1に記載の方法。 - 前記空間分解特性を測定するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させない少なくとも1つのホトルミネセンス像と、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させた少なくとも1つのホトルミネセンス像の対応する領域の強度を比較するステップを含む請求項8に記載の方法。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に負荷を加えるステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間を短絡するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電圧を印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電流を注入するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子から電流を引き抜くステップとからなるステップの群から選択されるステップを含む請求項8または9に記載の方法。 - 前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させるステップを含む請求項8または9に記載の方法。
- 前記電気的に絶縁された領域は、前記接点端子間の電圧が低いホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応し、前記接点端子間の電圧が開回路電圧値であるホトルミネセンス像中の他の領域に比較して強度変化した対応する領域がない請求項11に記載の方法。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスを外部励起するステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気信号を印加して前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射し、同時に前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させるステップを含む請求項1に記載の方法。 - 前記空間分解特性を測定するステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させて、少なくとも1つのエレクトロルミネセンス像中と少なくとも1つのホトルミネセンス像中の対応する領域の強度を比較するステップを含む請求項13に記載の方法。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に負荷を加えるステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間を短絡するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間に電圧を印加するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電流を注入するステップと、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子から電流を引き抜くステップとからなる群から選択されるステップを含むことができる請求項13または14に記載の方法。 - 前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して同時に変化させるステップは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させるステップを含む請求項13または14に記載の方法。
- 前記電気的に絶縁された領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域と、前記接点端子間の電圧が低い前記ホトルミネセンス像中の他の領域に比較して強度の高い領域とに対応する請求項16に記載の方法。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスは、シリコンデバイス、光起電力デバイス、および太陽電池の1つ以上を含む請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 太陽電池中の電気的に絶縁された領域を特定する方法であって、前記太陽電池は、表面に少なくとも1つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体ウェーハの一部を含み、前記方法は、
前記太陽電池を励起してルミネセンスを発光させるステップと、
複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスで、前記少なくとも1つの発光されたルミネセンスの像を捕捉するステップと、
前記少なくとも1つのルミネセンス像中の領域の強度比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するために前記少なくとも1つのルミネセンス像を処理するステップとを含み、
前記ルミネセンス像は、少なくとも1つのホトルミネセンス像を含む方法。 - 前記金属パターンは、少なくとも1つのバスバーに電気的に接続された複数の平行な指を含む格子を含み、前記電気的に絶縁された領域は、
指と、
バスバーと、
指とバスバー間の接続部と、
からなる群から選択される1つ以上の項目の破損を含む請求項19に記載の方法。 - 前記少なくとも1つのホトルミネセンス像中の前記ホトルミネセンスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも1cm2から生ずることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記太陽電池を励起してルミネセンスを発光させるステップは、
前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で照射するサブステップと、
前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して同時に変化させるサブステップを含む請求項20に記載の方法。 - 前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを同時に変化させるサブステップは、
前記太陽電池の接点端子間に外部バイアスを印加するステップと、
前記太陽電池の接点端子間に負荷を加えるステップと、
前記太陽電池の接点端子間を短絡するステップと、
前記太陽電池の接点端子間に電圧を印加するステップと、
前記太陽電池の接点端子に電流を注入するステップと、
前記太陽電池の接点端子から電流を引き抜くステップとからなるステップの群から選択されるステップを含む請求項22に記載の方法。 - 相対的に強度の高い領域の検出に基づいて破損した指が特定される請求項22に記載の方法。
- 前記相対的に強度の高い領域は、指の一部分に近接する細長い領域を含む請求項24に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのルミネセンス像を処理するステップは、少なくとも2つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するステップを含む請求項19に記載の方法。
- 前記少なくとも2つのルミネセンス像は、
前記太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記太陽電池の接点端子を開回路状態に維持しながら、前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記太陽電池の接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択されるルミネセンス像を含む請求項26に記載の方法。 - 前記処理ステップは、1つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を少なくとも1つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較するステップを含む請求項27に記載の方法。
- 間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定する装置であって、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを励起してルミネセンスを発光させる励起手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスによって発光されたルミネセンスの像を捕捉する、複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスと、
2つ以上の前記ルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの空間分解特性を測定するために前記ルミネセンス像を処理する処理手段とを備え、
前記ルミネセンス像は、少なくとも1つのホトルミネセンス像を含み、
前記空間分解特性は、前記間接バンドギャップ半導体デバイス中の電気的に絶縁された領域を含む装置。 - 前記励起手段及び前記像捕捉デバイスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも1cm2からのホトルミネセンス像を生成かつ捕捉するように適用される請求項29に記載の装置。
- 前記処理手段は、1つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を少なくとも1つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域間の強度比と比較するように構成された請求項29に記載の装置。
- 前記処理手段は、少なくとも2つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度を比較するように構成され、前記ルミネセンス像は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子を開回路状態に維持しながら、前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスをホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択される請求項29に記載の装置。 - 前記励起手段は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射する照射手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するために前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気的な信号を印加する電気的信号発生手段とからなる励起手段の群の少なくとも1つを含む請求項30に記載の装置。 - 前記処理手段は、ホトルミネセンス像とエレクトロルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するように構成される請求項33に記載の装置。
- 前記電気的に絶縁されたまたは接続不良の領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域に対応し、前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域がない請求項34に記載の装置。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させる電圧変化手段をさらに備える請求項30に記載の装置。
- 前記処理手段は、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させない少なくとも1つのホトルミネセンス像と、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させた少なくとも1つのホトルミネセンス像中の対応する領域の強度を比較するように構成される請求項36に記載の装置。
- 前記電圧変化手段は、
外部バイアス手段と、
負荷と、
短絡回路と、
電圧源と、
電流源と、
電流シンクと、
からなる群から選択される電圧変化手段を含む請求項37に記載の装置。 - 前記電圧変化手段は、前記接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させる請求項36または37に記載の装置。
- 前記電気的に絶縁された領域は、前記接点端子間の電圧が降下された前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応し、前記接点端子間の電圧が開回路電圧値である前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度変化した対応する領域がない請求項39に記載の装置。
- 前記励起手段は、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスにエレクトロルミネセンスを誘起するために前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子に電気的信号を印加する電気的信号発生手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスを前記間接バンドギャップ半導体デバイスにホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射する照射手段と、
前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させる電圧変化手段と、を含む請求項30に記載の装置。 - 前記処理手段は、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの接点端子間の電圧を開回路値に対して変化させて、少なくとも1つのエレクトロルミネセンス像と少なくとも1つのホトルミネセンス像中の領域の相対的強度を比較するように構成された請求項41に記載の装置。
- 前記電圧変化手段は、
外部バイアス手段と、
負荷と、
短絡回路と、
電圧源と、
電流源と、
電流シンクと、
からなる群から選択される電圧変化手段を含む請求項41または42に記載の装置。 - 前記電圧変化手段は、前記接点端子間の電圧を開回路値に対して降下させる請求項41または44に記載の装置。
- 前記電気的に絶縁された領域は、前記エレクトロルミネセンス像中の他の領域に対して強度の低い領域、および前記接点端子間の電圧を降下させた前記ホトルミネセンス像中の他の領域に対して強度の高い領域に対応する請求項44に記載の装置。
- 前記間接バンドギャップ半導体デバイスは、シリコンデバイス、光起電力デバイス、太陽電池の1つ以上を含む請求項29〜45のいずれか1項に記載の装置。
- 太陽電池中の電気的に絶縁された領域を特定する装置であって、前記太陽電池は、表面上に少なくとも1つの金属パターンが配設された間接バンドギャップ半導体デバイスの一部を含み、
前記太陽電池を励起してルミネセンスを発光させる励起手段と、
前記発光したルミネセンスの少なくとも1つの像を捕捉する、複数の感光性電子素子を有する像捕捉デバイスと、
前記少なくとも1つのルミネセンス像中の領域の強度の比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するために、前記少なくとも1つのルミンセンス像を処理する処理手段と、を備え、
前記ルミネセンス像は、少なくとも1つのホトルミネセンス像を含む装置。 - 前記金属パターンは、少なくとも1つのバスバーに電気的に接続された複数の平行な指を含む格子を含み、前記電気的に絶縁された領域は、
指と、
バスバーと、
指とバスバー間の接続部と、
からなる群から選択される1つ以上の項目の破損を含む請求項47に記載の装置。 - 前記励起手段及び前記像捕捉デバイスは、前記間接バンドギャップ半導体デバイスの少なくとも1cm2からの本人ルミネセンス像を生成かつ捕捉するように適用される請求項47に記載の装置。
- 前記励起手段は、
前記太陽電池を前記太陽電池にホトルミネセンスを誘起するのに適した光で照射する照射手段と、
前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させる電圧変化手段を含む請求項47に記載の装置。 - 前記電圧変化手段は、
外部バイアス手段と、
負荷と、
短絡回路と、
電圧源と、
電流源と、
電流シンクと、
からなる群から選択される電圧変化手段を含む請求項50に記載の装置。 - 前記処理手段は、相対的に強度の高い領域の検出に基づいて、破損した指または指とバスバー間の破損した接続を特定するように構成された請求項50に記載の装置。
- 前記相対的に強度の高い領域は、指の一部分に近接した細長い領域を含む請求項52に記載の装置。
- 前記処理手段は、少なくとも2つのルミネセンス像中の領域の相対的な強度の比較に基づいて前記金属パターン中の破損を特定するように構成された請求項48に記載の装置。
- 前記少なくとも2つのルミンセンス像は、
前記太陽電池を電気的信号で励起することによって生成されたエレクトロルミネセンス像と、
前記太陽電池の接点端子を開回路状態に維持しながら、前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起することによって生成されたホトルミネセンス像と、
前記太陽電池をホトルミネセンスを誘起するのに適した入射光で励起し、同時に前記太陽電池の接点端子間の電圧レベルを開回路値に対して変化させることによって生成されたホトルミネセンス像とからなるルミネセンス像の群から選択されるルミネセンス像を含む請求項54に記載の装置。 - 前記処理手段は、1つの前記ルミネセンス像中の異なる領域間の強度比を、少なくとも1つの他の前記ルミネセンス像中の対応する領域の強度比と比較する請求項55に記載の装置。
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