硅作為最為廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料,在半導(dǎo)體芯片、微電子器件及太陽能光伏領(lǐng)域占有十分重要的地位。隨著半導(dǎo)體芯片性能不斷提升、太陽能電池發(fā)電量需求不斷增加,對硅晶圓、硅基太陽能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝質(zhì)量要求越來越高。硅晶圓載流子輸運特性及硅基太陽能電池的載流子輸運特性和電性能準確檢測與分析已成為其質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。因此,發(fā)展一種可靠的無損檢測技術(shù)對硅晶圓及硅基太陽能電池特性進行準確表征與分析具有十分重要的意義。鎖相光致載流子輻射檢測技術(shù)是一種光致發(fā)光技術(shù)（Photolunminescence,PL）與鎖相（lock-in）信號提取技術(shù)相結(jié)合的新型光學(xué)非接觸檢測技術(shù),包括基于單點探測的光致載流子輻射檢測技術(shù)（Photocarrier radiometry,PCR）和基于焦平面相機探測的鎖相光致載流子成像檢測技術(shù)（Lock-in carrierography/photolunminescence,LIC/LIPL）。相比傳統(tǒng)光致發(fā)光檢測技術(shù),鎖相光致載流子輻射檢測技術(shù)（PCR/LIPL）具有頻域動態(tài)、自校正、信噪比高等優(yōu)勢,為定量分析半導(dǎo)體材料特性參數(shù)（載流子參數(shù)與電性能參數(shù)）提供新途徑。本文... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 硅晶圓和硅太陽能電池主要特性參數(shù)
        1.2.1 載流子參數(shù)
        1.2.2 電性能參數(shù)
    1.3 光學(xué)檢測方法及研究現(xiàn)狀
        1.3.1 光電導(dǎo)衰減技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 鎖相熱成像檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 光致發(fā)光檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.3.4 鎖相光致載流子輻射檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡析
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 光致載流子密度波模型建立與PCR信號仿真
    2.1 引言
    2.2 不同結(jié)構(gòu)的光致載流子密度波模型
        2.2.1 載流子連續(xù)性方程
        2.2.2 單層硅晶圓等效結(jié)構(gòu)的一維載流子密度波模型
        2.2.3 雙層太陽能電池等效結(jié)構(gòu)的一維載流子密度波模型
    2.3 鎖相光致載流子輻射頻域信號
        2.3.1 零差PCR信號
        2.3.2 差動PCR信號
    2.4 載流子有效壽命模型及其PCR信號
    2.5 PCR信號數(shù)值仿真與靈敏性分析
        2.5.1 零差PCR信號頻域仿真
        2.5.2 差動PCR信號頻域仿真
        2.5.3 PCR信號對載流子輸運參數(shù)的相對靈敏系數(shù)模型及分析
    2.6 本章小結(jié)
第3章 PCR/LIPL檢測系統(tǒng)研制與硅晶圓載流子參數(shù)檢測
    3.1 引言
    3.2 鎖相光致載流子輻射檢測系統(tǒng)研制
        3.2.1 鎖相光致載流子激光激勵系統(tǒng)
        3.2.2 鎖相光致載流子信號采集系統(tǒng)
        3.2.3 鎖相光致載流子輻射軟件處理系統(tǒng)
        3.2.4 鎖相光致載流子輻射檢測系統(tǒng)校正
    3.3 硅晶圓載流子有效壽命與摻雜濃度及電阻率PCR/LIPL檢測
        3.3.1 參數(shù)擬合算法選取
        3.3.2 摻雜濃度及電阻率檢測試驗參數(shù)選擇
        3.3.3 硅晶圓載流子壽命與摻雜濃度及電阻率檢測
    3.4 硅晶圓載流子輸運參數(shù)的PCR/LIPL檢測
        3.4.1 LIPL差動頻域掃描檢測試驗參數(shù)選擇
        3.4.2 載流子輸運參數(shù)的PCR與 LIPL檢測結(jié)果
        3.4.3 氫氟酸清洗硅晶圓后載流子輸運參數(shù)成像檢測
    3.5 本章小結(jié)
第4章 硅太陽能電池電性能參數(shù)的LIPL成像檢測
    4.1 引言
    4.2 光照下太陽能電池輻射光電模型
    4.3 硅太陽能電池電性能參數(shù)的有限元仿真
        4.3.1 有限元仿真模型的建立
        4.3.2 飽和電流密度及其分布對發(fā)光光強的影響
        4.3.3 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻及其分布對發(fā)光光強的影響
        4.3.4 斷柵分布對發(fā)光光強的影響
    4.4 硅太陽能電池電性能參數(shù)的LIPL成像試驗研究
        4.4.1 硅太陽能電池樣件及樣品臺
        4.4.2 電荷遷移調(diào)制和光調(diào)制方法與分析
        4.4.3 開路電壓成像檢測
        4.4.4 飽和電流密度成像檢測
        4.4.5 串聯(lián)電阻成像檢測
    4.5 本章小結(jié)
第5章 輻照損傷單晶硅太陽能電池特性參數(shù)的PCR/LIPL檢測與分析
    5.1 引言
    5.2 輻照損傷單晶硅太陽能電池的零差PCR試驗
        5.2.1 單晶硅太陽能電池樣件及輻照試驗
        5.2.2 未輻照單晶硅太陽能電池的PCR試驗
        5.2.3 質(zhì)子輻照單晶硅太陽能電池PCR試驗
        5.2.4 電子輻照單晶硅太陽能電池的PCR試驗
    5.3 輻照損傷單晶硅太陽能電池的電性能PCR分析
        5.3.1 電子和質(zhì)子Monte-Carlo仿真
        5.3.2 缺陷參數(shù)對I-V曲線影響的仿真研究
        5.3.3 電子輻照損傷單晶硅太陽能電池電性能的PCR分析
        5.3.4 質(zhì)子輻照損傷太陽能電池電性能的PCR分析
    5.4 輻照損傷單晶硅太陽能電池的PCR/LIPL成像研究
        5.4.1 擴散長度的PCR成像試驗研究
        5.4.2 電性能參數(shù)的LIPL成像試驗研究
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙波長自由載流子吸收技術(shù)測量半導(dǎo)體載流子體壽命和表面復(fù)合速率[J]. 王謙,劉衛(wèi)國,鞏蕾,王利國,李亞清.  物理學(xué)報. 2018(21)
[2]基于氧化錫納米晶的低溫電子傳輸層型鈣鈦礦太陽電池的研究（英文）[J]. 趙晉津,魏麗玉,劉金喜,王鵬,劉正浩,賈春媚,李江宇.  Science China Materials. 2017(03)
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[4]硅太陽能電池的調(diào)制載流子紅外輻射動態(tài)響應(yīng)與參數(shù)分析[J]. 劉俊巖,秦雷,宋鵬,龔金龍,王揚,A.Mandelis.  物理學(xué)報. 2014(22)
[5]基于偏振光反射多點法測量薄膜參數(shù)[J]. 周進朝,宋亞杰,曾憲佑,王澤斌,黃佐華.  中國激光. 2012(12)
[6]半導(dǎo)體特性的調(diào)制自由載流子吸收變距頻率掃描方法研究[J]. 李巍,李斌成.  物理學(xué)報. 2009(09)
[7]調(diào)制自由載流子吸收測量半導(dǎo)體載流子輸運參數(shù)的三維理論[J]. 張希仁,李斌成,劉顯明.  物理學(xué)報. 2008(11)
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博士論文
[1]半導(dǎo)體材料特性的光載流子輻射檢測技術(shù)研究[D]. 王謙.中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所) 2016
[2]半導(dǎo)體材料的鎖相載流子輻射成像[D]. 孫啟明.電子科技大學(xué) 2015

碩士論文
[1]太陽能電池載流子輻射紅外光譜掃描檢測技術(shù)研究[D]. 宋鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3629029