少子寿命原理

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少子寿命检测设备结构原理及维护要点

少子寿命设备的应用

对于太阳能工业而言,少子寿命是一个非常重要的指标,它表征了硅料内部缺陷的多少,当然也就直接指出了太阳能电池品质的好坏。由于电池制造过程又是不可逆的,那么在电池工艺之前就了解其品质是极其重要的,少子寿命测量就为此提供了非常直观可靠的依据。

其应用也很广泛,多晶铸锭去头尾、单晶硅棒截头尾、硅片少子寿命测量等,无论是半导体还是太阳能领域,它都是必备的检测设备。

少子寿命设备构成

既然是微波+脉冲激光,那必然就有微波模块、激光模块,对应的微波控制器和激光控制器,然后还有数据采集卡和接口电路。

而针对扫描式设备而言,就必然有电机、电机驱动电路和控制电路(电机卡)、导轨滑块、皮带齿轮、限位开关等等,整体构成了运动系统以支持设备带着测量头进行扫描操作。

少子寿命原理

硅材料少数载流子的寿命检测,是一个综合过程,包含激发载流子、微波信号反馈、数据采集及处理、电机系统管理、软件操作等。

其基本原理是通过一定波长并具有一定功率的脉冲激光,照射到硅材料表面,由于光生伏特效应,硅料内部会产生大量少数载流子,这些载流子在激光撤掉后趋于消失,而这个过程需要一定的时间,我们将这段时间叫做少数载流子寿命,也叫做弛豫时间常数(见《半导体工艺》一书)。

那么如何测量少子寿命呢?那就用到了微波,一定波长的微波具有穿透绝缘体而被导体反射的特性,因此在激光照射硅材料及撤掉激光的这个过程中,硅材料从近似绝缘体变成了近似导体,再由近似导体变成了近似绝缘体,而照在其上的微波也由于硅料的这种变化,呈现出震荡,如图:

由上图可见,受激光激发后载流子数量激增,因而反射回来的微波能量也响应增大,随着激光脉冲关闭,反射微波能量也随着降低,载流子数量趋于平衡态。

将这个振荡信号采集到电脑中,通过数据处理从而得到清晰、平滑的曲线,就是我们看到的少子寿命曲线了。而扫描式少子寿命测试仪的每个扫描点,都是这样的一个曲线组成的,然后取平均值后,再用相应色标进行画点操作,形成如下图的图像:

其中不同的颜色代表不同的数值,也就是不同的微波功率。

少子寿命的日常维护

少子寿命分开放式和封闭式两种,对于开放式少子寿命设备,主要是轻拿轻放,并将硅锭严格放到右下角,如果不对齐的话,很可能造成标尺不准确。

对于封闭式的设备,要小心不能碰到机器外壳边缘,否则极易造成崩边。

另外,需要定期对设备内部进行清理,设备由于长期使用会在设备里面造成各种杂志、螺丝等,需要定期进行清理,否则的话导致设备里面造成污染,对高度测量、微波反馈造成影响,从而影响准确性。

针对AutoSetting而言,由于硅锭的电阻率分布并不均匀,并且同一个炉子出来的不同锭其电阻率差别也比较大,如果采用固定频率的微波进行扫描,结果差别可能会比较大,因此就需要在硅锭的某一点上设定微波频率,然后用这个固定的微波频率来扫描响应的硅锭,这里我们是做了一个假设,即针对某一个硅锭而言,其电阻率分布是均匀的。

这样就有了一个问题,即针对某一点电阻率的微波设定,其反馈的微波功率是最强的,而针对其他点,微波反馈强度会有变化,因此以偏概全的对整个硅锭扫描的话,会导致数据并不真实,因此需要在第一次Autosetting的时候保证功率在50mv以上,如果有问题的话,就需要进行调整。