The Effect of heat treatment on lifetime in silicon cell materials

Abstract

ÖZET SILICON GONEŞ PILI MALZEMELERİNDE ISIL İŞLEMİN ÜMÛR SÛRESİNE ETKİSİ ÇIKLA, Tugay Yüksek Lisans Tezi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Y. Doç. Dr. Müzeyyen SARITAŞ Şubat 1988, 76 sahi f e Yarı iletken devre veya entegre devre yapımı yüksek sıcaklıklarda ki ısıl işleme eşdeğer çok sayıda yüksek sıcaklık işlem basamakları gerektirmek tedir ve bitmiş devrelerdeki ömür süresi temel taşta(bulk) ölçülen ömür süre sinin altında bulunmaktadır. Bu tezde, n-tipi silikon tek kristallerde isti işlemin azınlık taşıyıcı ların ömür sürelerine etkisi foto iletkenlik düşme tekniği yardımıyla araştı rıldı, önce filaman ömür süresi, temel taş ve yüzey ömür süreleri; Malzemenin boyutlarına, azınlık taşıyıcıların difuzyon sabitelerine ve yüzey rekorabinas yon hızlarına bağlı olarak elde edildi. Filaman ömür süresinin ölçümünden önce numunenin iletkenlik tipi ve özdirenci ölçüldü. Silicon tek kristal indeki azın lık taşıyıcıların ömür sürelerini foto iletkenlik düşme tekniği île ölçmek için gerekli optimum deney şartları belirlendi. Bu çalışma boyunca foto iletkenlik düşme tekniği, filaman ömür süresi ve sonra da temel taşın ömür süresini belirlemek için kullanıldı. Yüzey temiz leme işlemlerinin ömür süresi ve özdirence etkisi de araştırıldı. Isıl işlemin azınlık taşıyıcıların ömür sürelerine etkisini görebilmek için n-tipi silikon tek kristallerden kesilmiş numuneler H2/N2 karışımı bir gaz ortamda belirli sürelerde ısıl işleme tabi tutuldular. Rekombînasyon mer kezlerini oluşturmak için gerekli olan enerji, temel taştaki ömür süresinin sıcaklığın tersine karşı çizim eğrisinden elde edildi. Ru re kombinasyon merkez leri, yaklaşık 0.85 eV'luk oluşum enerjisi veren bir Boltzmann tipi denklemi sağlamaktadır. Isıl işlemin etkisi ile ömür sürelerındeki değişim, silikon tekkristal indeki oksijenin, boşlukların, sığ katkı maddelerin ye diğer safsızla rın numune içerisindeki davranışl arına atfedildi- Gözlemlerin izahı tez içe risinde tartışılmaktadır. vı

ABSTRACT THE EFFECT OF HEAT TREATMENT ON LIFETIME IH SILICON SOLAR CELL MATERIALS ÇIKLÂ, Tugay M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Müzeyyen SARITAŞ February 1988, 76 pages The fabrication of semiconductor devices or integrated circuits involves several high temperature steps equivalent to high temperature annealing, and the lifetime in finished devices was found lower than those measured in the bulk of the semiconductor material. In this thesis, the effect of heat treatment on the minority carrier lifetime, in n-type silicon single crystals, has been investigated by the pho- toconductive decay(PCD) technique. First, the filament lifetime, the bulk and the surface lifetime expressions were obtained in terms of sample dimensions, diffusion constants and surface recombination velocities of minority carriers. The conductivity type and the resistivity of the specimen were measured before the filament lifetime measurements were made. The optimum experimental condi tions for the measurement of minority carrier lifetime in homogeneous silicon single crystals have been determined by the PCD method. The PCD method has been used throughout the experiments to determine the filament lifetime and henceforth the bulk lifetime. The effect of surface treat ments on the lifetime and resistiyity of the specimens has also heen studied. To see the effect of heat treatment on the minority carrier lifetime, a number of specimens cut from n-type silicon single crystal materials have been heated for a certain periods of time, in H2/N2 mixture. The formation energies to create the recombination centers for quenched and annealed silicon specimens have been obtained from the bulk lifetime versus reciprocal temperature graphs. The creation of such centers resulted in a Boltzmann type relationship yielding a formation energy approximately 0.85 eV. The variation in lifetime with mannealing temperature has heen attributed to the behaviour of oxygen, vacan cies, shallow dopant species, and other impurities in silicon single crystals, Recombination mechanism explaining the observed phenomena has been discussed in the thesis. TV