DE102008044881A1

DE102008044881A1 - Messverfahren für eine Halbleiterstruktur

Info

Publication number: DE102008044881A1
Application number: DE102008044881A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Dr. Würfel; Martin Schubert; Martin Kasemann; Willhelm Warta
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-06-10
Also published as: EP2331942A1; WO2010022962A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Rückseite, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Erzeugen von Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur, B Bestimmen eines Zusammenhangs für diese Halbleiterstruktur zwischen der Materialqualität der Halbleiterstruktur, insbesondere der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, und der elektrischen Eigenschaft mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur (Vorder- oder Rückseite), insbesondere einer Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Vorder- oder Rückseite, wobei der Zusammenhang abhängig von a. einer Auswertung A1 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer ersten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A1 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und b. einer Auswertung A2 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer zweiten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A2 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung bestimmt wird und die erste spektrale Gewichtung zu der zweiten spektralen Gewichtung verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B zusätzlich mindestens eine dritte Auswertung A3 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommen wird, wobei sich die drei Auswertungen A1, A2 und A3 jeweils hinsichtlich der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und/oder bezüglich der Seite der ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Rückseite gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei optoelektronischen Bauelementen müssen die optischen und elektrischen Eigenschaften der verwendeten Materialien aufeinander angepasst sein. So ist für Solarzellen wichtig, dass die innerhalb der Eindringtiefe des einfallenden Sonnenlichts erzeugten Minoritätsladungsträger in der Lage sind, während ihrer Lebensdauer, d. h. bevor sie rekombinieren, den für sie vorgesehenen Kontakt zu erreichen. Dafür muss ihre Diffusionslänge größer sein als die Eindringtiefe des Lichts. Die Diffusionslänge charakterisiert die Verteilung der Minoritätsladungsträger in der Solarzelle aber nicht allein. Durch Rekombination an den Oberflächen, charakterisiert durch deren Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit, wird dort die Konzentration der Minoritätsladungsträger zusätzlich erniedrigt, wodurch die durch reine Diffusion bedingte exponentielle Verteilung der Minoritätsladungsträger verändert wird. Die veränderte Verteilung wird durch eine effektive Diffusionslänge charakterisiert. Während die Diffusionslänge eine reine Materialeigenschaft ist, ist die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit eine Eigenschaft des Bauelements. Beide zusammen bestimmen die effektive Diffusionslänge und damit, wie gut eine Solarzelle ihre Funktion erfüllen kann. Ihre experimentelle Ermittlung ist von großer Bedeutung für die Qualitätssicherung von Solarzellen.
Ein Teil der Rekombination der Minoritätsladungsträger ist strahlend, erzeugt also Photonen, die durch die Oberflächen emittiert werden. Ihre Intensität ist ein absolutes Maß für die Konzentration der Minoritätsladungsträger. Das Spektrum der emittierten Strahlung, der so genannten Lumineszenzstrahlung, wird dabei durch Reabsorption der Photonen innerhalb des emittierenden Materials beeinflusst. Da die Absorptionswahrscheinlichkeit für kurzwelliges Licht meist größer ist als für langwelliges Licht, ist die Intensität des kurzwelligen Lichts mehr ein Maß für die Konzentration der Minoritätsladungsträger in der Nähe der emittierenden Oberfläche, während langwelliges Licht mehr ein Maß für die Gesamtmenge der Minoritätsladungsträger ist. In verschiedenen Spektralbereichen erhält man unterschiedliche Beiträge von rekombinierenden Minoritätsladungsträgern aus unterschiedlichen Entfernungen von der emittierenden Oberfläche.
Es ist bekannt, dass durch Messung der emittierten Strahlung in 2 Spektralbereichen, einem kurzwelligen und einem längerwelligen, die effektive Diffusionslänge bestimmt werden kann. Es erfolgen somit zwei Auswertungen der emittierten Strahlung mit unterschiedlichen spektralen Gewichtungen bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung. In welchem Maße sich darin die reine Diffusion und die Oberflächenrekombination auswirken, ist unbekannt. Mit einer solchen Messung wird lediglich ein Zusammenhang zwischen möglichen Werten der wahren Diffusionslänge und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit hergestellt. Da unterschiedliche Kombinationen der beiden Größen das gleiche Messresultat zur Folge haben, muss eine der beiden Größen bekannt sein, um die andere zu ermitteln. Im Folgenden sind mit Zusammenhang von Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit immer solche Kombinationen möglicher Werte der beiden Größen gemeint, die mit der gemessenen effektiven Diffusionslänge verträglich sind.
Das beschriebene Messverfahren findet insbesondere zur Charakterisierung von Solarzellen oder Vorstufen bei der Herstellung einer Solarzelle Anwendung.
Bei Solarzellen, die auf einem Halbleiter wie beispielsweise Silizium basieren, ist es somit bekannt, anhand einer in der Solarzelle erzeugten Lumineszenzstrahlung einen Zusammenhang der Materialqualität der Halbleiterstruktur und der Oberflächeneigenschaften zu bestimmen, insbesondere den Zusammenhang der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger der Halbleiterstruktur und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer der Seiten der Solarzelle (Vorder- und/oder Rückseite).
Der Zusammenhang zwischen der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Vorder- und/oder Rückseite der Solarzelle wird dabei wie vorhergehend beschrieben anhand von zwei Auswertungen der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung bestimmt. Die beiden Auswertungen unterscheiden sich in der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung.
Typischerweise wird mittels optischer Filter wie beispielsweise Bandkantenfilter den Auswertungen jeweils eine Grenzwellenlänge zugeordnet, sodass bei einer Auswertung im Wesentlichen nur Lumineszenzstrahlung bis zu der Grenzwellenlänge gemessen und entsprechend ausgewertet wird. Die spektrale Gewichtung erfolgt somit durch Festlegung der Grenzwellenlänge.
Die Grenzwellenlängen für die beiden Auswertungen werden verschieden gewählt, sodass durch einen Vergleich der beiden Auswertungen wie beispielsweise eine Quotientenbildung der jeweils gemessenen Intensitäten der Lumineszenzstrahlung der Zusammenhang zwischen Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Die Quotientenbildung hat den Vorteil, dass dadurch alle Faktoren eliminiert werden, die das emittierte Spektrum unverändert lassen wie z. B. durch unterschiedliche Serienwiderstände bedingte Spannungsvariationen bei der Elektrolumineszenz oder inhomogene Beleuchtung bei der Photolumineszenz.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in Würfel, P. et al, „Diffusions lengths of silicon solar cells from luminescence images", Journal of Applied Physics, 2007. 101 (123110): p. 1–10 beschrieben. Weiterhin ist solch ein Verfahren in PCT/AU2007/001050 offenbart.
Mit diesem Verfahren lässt sich somit der Zusammenhang zwischen Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit bestimmen. Ist nun eine der Größen bekannt oder kann sie durch andersartige Messungen bestimmt werden, so kann aufgrund des ermittelten Zusammenhangs auf die verbleibende Größe geschlossen werden.
Typischerweise kann bei solchen Messungen die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit aufgrund von Erfahrungswerten abgeschätzt werden oder sie ist aufgrund anderer Messungen bekannt, sodass sich mit der beschriebenen Methode die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in der Halbleiterstruktur ermitteln lässt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Messverfahren zu vereinfachen und zu verbessern sowie eine breitere Anwendungsmöglichkeit zu schaffen.
Insbesondere soll eine Auswertung möglich sein, ohne dass eine der beiden physikalischen Größen (Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger oder Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit) vorbekannt sein muss.
Gelöst sind diese Aufgaben durch ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messverfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich mindestens eine Dritte Auswertung, beispielsweise die Intensität aus einem dritten Spektralbereich benutzt, um die durch Oberflächenrekombination verursachte Abweichung der Ladungsträgerverteilung von der für reine Diffusion erwarteten Verteilung zu bestimmen und daraus die Größe der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit. Erst durch diese mindestens eine zusätzliche Auswertung wird die Ermittlung von wahrer Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit als getrennte Größen möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mit Hilfe der Lumineszenzstrahlung kann auf alle Arten von Halbleitern oder Halbleiterstrukturen angewandt werden, also sowohl auf solche mit direkten als auch indirekten optischen Übergängen sowie auf anorganische und organische Halbleiter.
Der Begriff „Halbleiterstruktur” bezeichnet dabei eine Struktur, welche auf einem Halbleiter basiert und weitere Komponenten aufweisen kann, wie z. B. weitere Halbleiterschichten, elektrisch passivierende Schichten an den Oberflächen und/oder Schichten zur Verringerung der Reflektion optischer Strahlung. Ebenso sind Dotierungen in Teilbereichen zur Ausbildung eines pn-Übergangs möglich und Metallisierungen an den Oberflächen, zum Zu- oder Abführen von Ladungsträgern.
Das erfindungsgemäße Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Rückseite umfasst die folgenden Verfahrensschritte: In einem Verfahrenschritt A wird Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur erzeugt.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt B ein Zusammenhang für diese Halbleiterstruktur zwischen der elektrischen Materialqualität der Halbleiterstruktur und der elektrischen Eigenschaft mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur (d. h. der Vorder- und/oder der Rückseite) bestimmt. „Zusammenhang” bedeutet hierbei und im Folgenden, dass bei Vorgabe einer der beiden Größen die andere Größe bestimmt werden kann. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass zur Bestimmung des Zusammenhangs weitere Parameter berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Grunddotierung der Halbleiterstruktur oder Kenngrößen der verwendeten Messapparaturen und/oder optischen Filter.
Vorteilhafterweise wird die Materialqualität der Halbleiterstruktur mittels der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger beschrieben und die elektrische Eigenschaft mindestens einer Seite über die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an dieser Seite. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, andere physikalische Größen zu verwenden, wie beispielsweise die elektrische Materialqualität über die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger zu beschreiben.
Der vorgenannte Zusammenhang wird abhängig von einer ersten Auswertung A1 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer ersten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der ersten Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung bestimmt sowie abhängig von einer zweiten Auswertung A2 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer zweiten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A2 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung.
Bei den Auswertungen A1 und A2 wird jeweils lediglich die zu einer Seite der Halbleiterstruktur (Vorder- oder Rückseite) abgestrahlte Lumineszenzstrahlung berücksichtigt.
Die spektrale Gewichtung der ersten Auswertung A1 und der zweiten Auswertung A2 sind dabei verschieden.
Wesentlich ist, dass in Verfahrensschritt B zusätzlich mindestens eine dritte Auswertung A3 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommen wird. Die drei Auswertungen A1, A2 und A3 unterscheiden sich hinsichtlich der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und/oder bezüglich der Seite der Halbleiterstruktur, deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der Auswertung berücksichtigt wird.
Zwei beliebige der drei Auswertungen unterscheiden sich somit entweder hinsichtlich der spektralen Gewichtung, oder darin, dass bei einer Auswertung die zur Vorderseite abgestrahlte Lumineszenzstrahlung und bei der anderen Auswertung die zur Rückseite ausgestrahlten Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird oder sie unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der spektralen Gewichtung als auch der bei der Auswertung berücksichtigten Seite der Halbleiterstruktur.
Abhängig von den mindestens drei Auswertungen A1, A2 und A3 wird die Materialqualität der Halbleiterstruktur und/oder die elektrische Eigenschaft mindes tens einer Oberfläche der Halbleiterstruktur bestimmt. Die Bezeichnung „abhängig von” bedeutet hierbei und im Folgenden, dass die genannten Auswertungen wesentliche Parameter zur Bestimmung der genannten Ergebnisgrößen sind, wie beispielsweise die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger als Maß für die elektrische Materialqualität der Halbleiterstruktur. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Bestimmung von weiteren Parametern abhängig ist, insbesondere von physikalischen Materialparametern der untersuchten Halbleiterstruktur oder Kenngrößen der verwendeten Messapparatur oder von verwendeten optischen Filtern.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, die Materialqualität und/oder die Oberflächeneigenschaft zu bestimmen, ohne dass eine dieser beiden Größen vorbekannt sein muss. Insbesondere ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bestimmung sowohl der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, als auch der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit einer Seite der Halbleiterstruktur möglich.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis des Anmelders, dass die mindestens eine zusätzliche Auswertung A3 verglichen mit den vorbekannten Messverfahren dadurch, dass sie sich hinsichtlich der spektralen Gewichtung und/oder der berücksichtigten Seite der Halbleiterstruktur von den beiden anderen Auswertungen unterscheidet, die notwendige Zusatzinformation liefert, um aus dem Zusammenhang zwischen Materialqualität der Halbleiterstruktur und elektrischer Oberflächeneigenschaft mindestens einer der Seiten der Halbleiterstruktur genau ein Wertepaar für die Materialqualität und die elektrische Oberflächeneigenschaft zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Messverfahren eignet sich zur Anwendung bei anorganischen und organischen Halbleitern und zwar sowohl mit direkten als auch indirekten optischen Übergängen, insbesondere bei Silizium und aus Silizium hergestellten Solarzellen, bzw. deren Vorstufen bei der Herstellung.
Die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ist grundsätzlich bekannt und beispielsweise in WO 2008/014537 , Seite 20, Zeile 21 bis Seite 29, Zeile 28 beschrie ben. Diese Textpassage wird explizit per Referenz in diese Beschreibung als zur Erfindung gehörig eingebunden.
Vorteilhafterweise wird in Schritt B aus einem ersten Paar von Auswertungen ein erster Zusammenhang zwischen der Diffusionslänge der Halbleiterstruktur und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur bestimmt. Analog wird aus einem zweiten Paar von Auswertungen ein zweiter Zusammenhang zwischen der Diffusionslänge der Halbleiterstruktur und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur bestimmt, wobei bei dem ersten und bei dem zweiten Zusammenhang dieselbe Seite verwendet wird. Das erste und das zweite Paar von Auswertungen unterscheiden sich in mindestens einer Auswertung und es wird ein Wertepaar (z. B. eine Kombination von Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit) bestimmt, welches sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Zusammenhang entspricht.
Sofern drei Auswertungen A1, A2 und A3 dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde gelegt werden, wird in dieser vorteilhaften Ausführungsform somit beispielsweise ein erster Zusammenhang anhand der Auswertung A1 und A2 und ein zweiter Zusammenhang anhand der Auswertung A1 und A3 bestimmt und für diese beiden Zusammenhänge ein einziges Wertepaar von Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit, welches beiden Zusammenhängen entspricht.
Die spektrale Gewichtung bei Auswertung der gemessenen Lumineszenzstrahlung zeichnet sich dadurch aus, dass unterschiedliche Wellenlängen oder unterschiedliche Wellenlängebereiche einen unterschiedlichen Einfluss auf die ausgewertete Intensität der Lumineszenzstrahlung besitzen.
Vorteilhafterweise wird die spektrale Gewichtung dadurch realisiert, dass der ersten Auswertung A1 eine erste Grenzwellenlänge λ₁ zugeordnet wird, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λ₁ bei der Auswertung A1 berücksichtigt wird. Diese Zuordnung einer Grenzwellenlänge bestimmt somit die spektrale Gewichtung der Auswertung A1 in dieser vorteilhaften Ausführungsform. In gleicher Weise wird der Auswertung A2 eine zweite Grenzwellenlänge λ₂ und der Auswertung A3 eine dritte Grenzwellenlänge λ₃ zugeordnet und die Grenzwellenlängen sind derart gewählt, dass λ₁ < λ₂ < λ₃ gilt.
Die Absorption von Strahlung wird üblicherweise über Absorptionskoeffizienten beschrieben bzw. über dessen Kehrwert, der als Maß für die Eindringtiefe der Strahlung in das absorbierende Medium gilt. Die Definition der Grenzwellenlängen lässt sich somit auch als Festlegung einer Eindringtiefe für die bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigte Lumineszenzstrahlung interpretieren.
Vorteilhafterweise werden die Grenzwellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ daher abhängig von der Eindringtiefe für Strahlung in der Halbleiterstruktur und der Dicke der Halbleiterstruktur bestimmt, d. h. insbesondere abhängig von dem Absorptionskoeffizienten für das entsprechende Material der Halbleiterstruktur.
Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass λ₁ vorteilhafterweise derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe weniger als 50% der Dicke ist, dass λ₂ derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe zwischen 50% und 150% der Dicke beträgt und dass λ₃ derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe > als 100% der Dicke ist.
Eine weitere Verbesserung der Messung wird erreicht, wenn die oben genannten Eindringtiefen für λ₁ weniger als 30% der Dicke, für λ₂ zwischen 80% und 120% der Dicke und für λ₃ mehr als 150% der Dicke betragen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Grenzwellenlängen derart gewählt werden, dass für λ₁ die Eindringtiefe weniger als 10%, für λ₂ die Eindringtiefe in etwa 100% und für λ₃ die Eindringtiefe mehr als 300% der Dicke beträgt.
Die unterschiedlichen Eindringtiefen der gewählten Grenzwellenlängen sind ein Maß dafür, welchen Einfluss die Oberfläche des Halbleiters auf die auf dieser Grenzwellenlänge basierende Auswertung besitzt. Die wie oben beschriebene vorteilhafte Wahl der Grenzwellenlängen ermöglicht daher eine gute Auftren nung des Einflusses von Oberflächeneigenschaften und elektrischen Materialeigenschaften der Halbleiterstruktur.
Bei der vorgenannten vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Auswertung A1 somit der geringsten Eindringtiefe bezüglich der ausgewerteten Lumineszenzstrahlung zugeordnet. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass eine gute Auswertbarkeit insbesondere dann gegeben ist, wenn bei der vorgenannten vorteilhaften Ausführungsform die Auswertung A1 mit der Grenzwellenlänge λ₁ zur Bestimmung sowohl des ersten als auch des zweiten Zusammenhangs verwendet wird, insbesondere, dass der erste Zusammenhang abhängig von der Auswertung A1 und A2 und der zweite Zusammenhang abhängig von den Auswertung A1 und A3 bestimmt wird.
In den vorgenannten vorteilhaften Ausführungsformen ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Auswertungen A1 bis A3 Lumineszenzstrahlungen berücksichtigen, welche von derselben Seite der Halbleiterstruktur abgestrahlt wird, d. h. dass eine Messseite definiert wird, welche die Vorder- oder die Rückseite der Halbleiterstruktur ist und die Auswertungen A1 bis A3 jeweils lediglich die auf der Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigen.
Wie zuvor beschrieben, liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, dass alternativ oder zusätzlich sich die Auswertungen durch die Seite der Halbleiterstruktur unterscheiden, deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher eine erste und eine zweite Messseite definiert, wobei die erste Messseite die Vorder- oder Rückseite der Halbleiterstruktur ist und die zweite Messseite die zur ersten Messseite gegenüberliegende Seite der Halbleiterstruktur ist. Weiterhin wird in Schritt B zusätzlich mindestens eine vierte Auswertung A4 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommen. Den Auswertungen A1 und A3 wird eine Grenzwellenlänge λ_i zugeordnet, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λ_i bei den Auswertungen A1 und A3 berücksichtig wird. In gleicher Wei se wird den Auswertungen A2 und A4 eine zweite Grenzwellenlänge λ_ii zugeordnet.
Ebenso ist den Auswertungen A1 und A2 die erste Messseite zugeordnet, sodass bei diesen Auswertungen jeweils nur die auf der ersten Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird. In gleicher Weise ist den Auswertungen A3 und A4 die zweite Messseite zugeordnet.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform werden somit zwei Grenzwellenlängen und zwei Messseiten kreuzweise bei vier Auswertungen variiert. Dies ermöglicht eine besonders exakte Bestimmung der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und/oder der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit.
Vorteilhafterweise wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Grenzwellenlänge λ_i gemäß den zuvor angegebenen Bedingungen für λ₁ und die Grenzwellenlänge λ_ii gemäß den zuvor angegebenen Bedingungen für λ₃ gewählt. Durch die deutlich unterschiedlichen Eindringtiefen der Grenzwellenlängen λ₁ und λ₃ wird die Genauigkeit der Auswertung nochmals verbessert.
Die Eindringtiefe ist hierbei jeweils von der Seite der Halbleiterstruktur ausgehend definiert, von der Minoritätsladungsträger bei Elektrolumineszenz durch Anlegen einer Spannung injiziert werden oder die bei der Photolumineszenz beleuchtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Vermessung einer Solarzelle oder einer Vorstufe bei der Herstellung einer Solarzelle. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Lumineszenzstrahlung durch eine an die Kontakte der Solarzelle angelegte Spannung erzeugt wird, d. h. eine Elektrolumineszenzstrahlung ist.
Vorteilhafterweise wird hierfür eine Spannung gewählt, die in etwa der Spannung der Solarzelle am Arbeitspunkt entspricht. Der Arbeitspunkt bezeichnet denjenigen Punkt auf der Kennlinie der Solarzelle, bei dem das Produkt aus Strom und Spannung die maximale Leistung ergibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird in Schritt A die Lumineszenzstrahlung durch Beleuchten der Halbleiterstruktur mit einer Anregungsstrahlung erzeugt, d. h. die Lumineszenzstrahlung ist Photolumineszenzstrahlung.
Um eine Verfälschung der Messung der Lumineszenzstrahlung durch die verwendete Anregungsstrahlung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dass das Spektrum der Anregungsstrahlung im Wesentlichen nur Wellenlängen kleiner einer Grenzwellenlänge λ_A umfasst. λ_A ist derart gewählt, dass die Eindringtiefe der Anregungsstrahlung kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5% der Dicke der Halbleiterstruktur ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, dass die Beleuchtung der Halbleiterstruktur von einer Beleuchtungsseite erfolgt, welche die Vorder- oder die Rückseite der Halbleiterstruktur ist und dass bei den Auswertungen nur Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird, welche von der der Beleuchtungsseite gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur abgestrahlt wird. In dieser vorteilhaften Ausführungsform dient die Halbleiterstruktur somit zusätzlich als optischer Filter, um eine Beeinflussung der Messung der Lumineszenzstrahlung durch die Anregungsstrahlung zu vermeiden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Erzeugen der Lumineszenzstrahlung durch Beleuchten der Halbleiterstruktur unterscheiden sich mindestens zwei Auswertungen dadurch, dass bei der einen Auswertung die Halbleiterstruktur von der Vorderseite beleuchtet wird und bei der anderen Auswertung die Halbleiterstruktur von der Rückseite beleuchtet wird. Hierdurch werden unterschiedliche Messbedingungen für die beiden Auswertungen erzielt. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass beispielsweise lediglich auf einer Seite der Halbleiterstruktur bei der Messvorrichtung ein Detektor angeordnet sein muss und lediglich auf zwei Seiten jeweils eine Strahlungsquelle angeordnet wird, zur Beaufschlagung der Vorder- bzw. der Rückseite mit Anregungsstrahlung. Typischerweise sind Strahlungsquellen deutlich günstiger, verglichen mit Detektoren, insbesondere ortsauflösenden Detektoren, sodass eine Messvorrichtung mit zwei Strah lungsquellen und einem Detektor verglichen mit einer Messvorrichtung mit zwei Detektoren und einer Strahlungsquelle deutlich günstiger ist.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Lumineszenzstrahlung mittels einer Kamera, wie beispielsweise einer CCD-Kamera gemessen. Das Messsignal der Kamera ist somit ein Maß für die Intensität der Lumineszenzstrahlung. Insbesondere ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren ortsaufgelöst durchzuführen, beispielsweise durch Verwendung einer ortsauflösenden Kamera. Hierzu sind bereits Verfahren bekannt und beispielsweise in Würfel, P. et al, a. a. O. beschrieben. In dieser Ausführungsform wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und/oder der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ortsaufgelöst für eine Vielzahl von Ortspunkten der Halbleiterstruktur bestimmt, d. h. es wird ein so genanntes „Mapping” der betreffenden physikalischen Größen durchgeführt.
Mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist neben der Bestimmung der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ebenso die Bestimmung von lokalen Spannungsvariationen in einer Halbleiterstruktur durch Messung der Elektrolumineszenzstrahlung möglich:
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens umfasst dieses daher folgende Verfahrensschritte:
In einem Schritt i. wird die Diffusionslänge und die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Oberfläche der Halbleiterstruktur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt ortsaufgelöst, sodass für unterschiedliche Bereiche der Halbleiterstruktur jeweils Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für diesen Bereich bestimmt werden. Typischerweise wird für solch eine ortsaufgelöste Bestimmung eine CCD-Kamera verwendet, sodass für jedes Pixel des von der CCD-Kamera ermittelten Bildes eine Diffusionslänge und eine Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für den zugehörigen Bereich der Halbleiterstruktur ermittelt werden kann.
In einem Schritt ii. wird für jeden Ortspunkt der in Schritt i. durchgeführten Bestimmung die theoretisch für eine ortsunabhängige Spannung zu erwartende Lumineszenzstrahlung berechnet. Diese Berechnung erfolgt abhängig von der für den jeweiligen Ortspunkt in Schritt i. bestimmten Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit.
In einem Schritt iii. wird für jedes Pixel der Quotient aus der in Schritt i. gemessenen Lumineszenzstrahlung und der in Schritt ii. berechneten Lumineszenzstrahlung gebildet. Wären alle in Schritt i. beobachteten Intensitätsvariationen nur durch Variation der Diffusionslänge und/oder der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit verursacht, dann hätte der gebildete Quotient für alle Pixel den gleichen Wert. Nach der Quotientenbildung noch vorhandene Intensitätsvariationen sind auf Variationen der lateralen Spannungsverteilung, d. h. der Spannungsverteilung parallel zur Vorder- oder Rückseite der Halbleiterstruktur zurückzuführen. Die Spannungsvariationen können aus dem in Schritt iii. erzeugten Bild quantitativ bestimmt werden, da sich mit einer Änderung der Spannung um kT/e = 0,026 V die Lumineszenzintensität um den Faktor 2,72 ändert.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Messvorrichtung zur Ausführung einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens, bei dem lediglich von der Vorderseite der Halbleiterstruktur abgestrahlte Lumineszenzstrahlung ausgewertet wird und
2 eine Messvorrichtung zur Ausführung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens, bei dem sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite der Halbleiterstruktur abgestrahlte Lumineszenzstrahlung ausgewertet wird.
Die in 1 dargestellte Messvorrichtung dient zur Vermessung einer Halbleiterstruktur 1 mit einer Vorderseite 1a und einer Rückseite 1b. Die Messvor richtung umfasst eine als CCD-Kamera ausgeführte Kamera 2 mit einem Objektiv 2a. Das Objektiv 2a ist derart ausgeführt und die Halbleiterstruktur ist derart angeordnet, dass von der Vorderseite 1a der Halbleiterstruktur 1 ausgesandte Lumineszenzstrahlung über das Objektiv 2a auf einen nicht dargestellten CCD-Chip in der Kamera 2 abgebildet wird. Dieser umfasst vorteilhafterweise ein quadratisches Raster von 1024 × 1024 Pixeln, d. h. für jedes dieser Pixel wird separat ein Signal ausgewertet. Die senkrecht zur Zeichenebene in 1 stehende Vorderseite 1a wird somit ortsaufgelöst an 1024 × 1024 Ortspunkten vermessen.
Zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 ist eine optische Filtervorrichtung 3 angeordnet, von der in 1 beispielhaft drei linsenartige Filter dargestellt sind.
Die Filtervorrichtung 3 ist derart ausgeführt, dass abhängig von zugeführten Steuersignalen unterschiedliche Filter in den Strahlengang zwischen Halbleiterstruktur 1 und Objektiv 2a der Kamera 2 eingebracht werden.
Die Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur 1 wird bei der in 1 dargestellten Vorrichtung über eine Lichtquelle 4 erzeugt, es handelt sich somit um Photolumineszenz. Die Lichtquelle 4 ist als Laser ausgeführt, der Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 700 nm erzeugt und eine Linsenanordnung umfasst, mittels derer die Laserstrahlung ganzflächig und in etwa homogen auf die Rückseite 1b der Halbleiterstruktur 1 abgebildet wird.
Die Messvorrichtung in 1 umfasst weiterhin eine nicht dargestellte Steuer- und Auswerteeinheit, welche als Computer ausgebildet ist. Der Computer ist sowohl mit der Lichtquelle 4, der Filtervorrichtung 3, als auch der Kamera 2 verbunden, zur Steuerung dieser Elemente sowie zur Speicherung und Auswertung der Messsignale der Kamera 2.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens, angewandt auf Silizium als Halbleitermaterial wird mit der in 1 dargestellten Messvorrichtung wie folgt ausgeführt:
Zunächst wird Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur 1 erzeugt. Hierzu wird die Rückseite 1b ganzflächig und in etwa homogen mit Strahlung der Wellenlänge 700 nm der Lichtquelle 4 beaufschlagt. Die Strahlung dringt in die Halbleiterstruktur 1 ein und erzeugt dort Elektron-Lochpaare. Die hierzu korrespondierende Rekombination von Elektron-Lochpaaren erzeugt Lumineszenzstrahlung, welche unter anderem über die Vorderseite 1a der Halbleiterstruktur 1 abgestrahlt wird.
Die Filtervorrichtung 3 weist drei verschiedene Kurzpassfilter auf.
In einem ersten Schritt wird die Filtervorrichtung 3 von der Steuereinheit derart gesteuert, dass ein Kurzpassfilter in dem Strahlengang zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 eingeschwenkt wird, welcher im Wesentlichen lediglich Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich 900 nm hindurchlässt. In diesem Messschritt wird somit nur von der Vorderseite 1a abgestrahlte Lumineszenzstrahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich 900 nm von der Kamera 2 ortsaufgelöst detektiert und die entsprechenden Messsignale der CCD-Kamera werden in der Auswerteeinheit abgespeichert.
Entsprechend wird in einem zweiten Messschritt ein zweiter Kurzpassfilter in den Strahlengang eingeschwenkt, welcher lediglich Strahlung kleiner gleich 1000 nm hindurchlässt und die für diesen Messschritt korrespondierenden Messsignale der CCD-Kamera werden von der Auswerteeinheit separat gespeichert.
Schließlich wird in einem dritten Messschritt ein Kurzpassfilter eingeschwenkt, welcher lediglich Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich 1050 nm hindurchlässt und die zugehörigen Messsignale der Kamera werden ebenfalls separat in der Auswerteeinheit abgespeichert.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die unterschiedlichen Messungen gleichzeitig, beispielsweise durch drei separate Filteranordnungen mit jeweils zugeordneter Kamera durchzuführen.
Wesentlich ist, dass abhängig von den drei zuvor beschriebenen Messungen drei Auswertungen A1 bis A3 vorgenommen werden. Diese Auswertungen ordnen den Messsignalen jeweils eine Zahl zu, welche ein Maß für die Intensität der bei der jeweiligen Messung gemessenen Lumineszenzstrahlung ist.
Hierbei kann auf an sich bekannte Messverfahren zurückgegriffen werden, beispielsweise kann für eine vorgegebene Integrationszeit das Messsignal für jeden Pixel der Kamera 2 separat aufintegriert werden.
Wesentlich ist, dass bei allen drei Auswertungen ein identisches Auswerteverfahren vorgenommen wird, so dass letztendlich für jedes Pixel drei Werte vorliegen, welche mit den Intensitäten der Lumineszenzstrahlungen für die Auswertungen A1 bis A3 korrespondieren.
Anschließend wird von der Auswerteeinheit ein erster Zusammenhang zwischen Diffusionslänge der Halbleiterstruktur 1 und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit einer Seite der Halbleiterstruktur 1 bestimmt. Im vorliegenden Beispiel stellt die Halbleiterstruktur 1 eine Vorstufe einer Solarzelle dar, welche aus einem p-dotierten Siliziumwafer besteht, an dessen Vorderseite 1a ein n-dotierter Emitter eindiffundiert wurde. Die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Vorderseite 1a ist daher unerheblich und für die Auswertung ist lediglich die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Rückseite 1b relevant.
Die Auswerteeinheit bestimmt nun einen ersten Zusammenhang zwischen der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in der Halbleiterstruktur 1 und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Rückseite 1b abhängig von den bei den Auswertungen A1 und A2 ermittelten Zahlenwerten. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Quotient der ermittelten Zahlenwerte aus den Auswertungen A1 und A2 gebildet wird, da hierbei Effekte, welche sich auf das Messergebnis multiplikativ auswirken, keinen Einfluss auf die Auswertung haben.
Der aus den Auswertungen A1 und A2 gebildete Quotient erlaubt über eine vorgegebene theoretische Formel die Bestimmung eines ersten Zusammen hangs zwischen der genannten Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit. Dieser Zusammenhang und die nachfolgend genannten Zusammenhänge werden vorteilhafterweise wie in WO 2008/014537 , Seite 20, Zeile 21 bis Seite 29, Zeile 28 beschrieben ermittelt.
Wesentlich ist nun, dass zusätzlich ein zweiter Zusammenhang abhängig von den Auswertungen A1 und A3 in gleicher Weise gebildet wird, d. h. vorteilhafterweise ebenfalls über die Bildung eines Quotienten.
Die Auswerteeinheit bestimmt nun das Wertepaar aus Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit, welches sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Zusammenhang entspricht. Aufgrund der Wahl der Grenzwellenlängen der zuvor genannten Kurzpassfilter unterscheiden sich die Messbedingungen, so dass nur ein Wertepaar aus Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit existiert, welches beide Zusammenhänge erfüllt.
Auf diese Weise ist eine eindeutige Bestimmung sowohl der Diffusionslänge als auch der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit möglich, ohne dass eine dieser beiden Größen vorbekannt oder abgeschätzt werden müsste.
In 2 ist eine Weiterbildung der Messvorrichtung in 1 dargestellt, mit der eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messverfahrens durchgeführt werden kann:
Die in 2 und 1 identischen Bezugszeichen bezeichnen identische Objekte.
Die Messvorrichtung in 2 weist zusätzlich eine zweite als CCD-Kamera ausgeführte Kamera 2' mit einem Objektiv 2'a sowie eine zweite Filtervorrichtung 3' auf.
Die beiden Kameras 2 und 2' sowie Filtervorrichtungen 3 und 3' sind auf gegenüberliegenden Seiten der zu vermessenden Halbleiterstruktur 1 angeordnet.
Aus diesem Grund ist die Lichtquelle 4, welche auch in 2 als Laser mit einer Ausgangsstrahlung im Bereich von 700 nm ausgeführt ist, etwas seitlich angeordnet, wobei die Optik der Lichtquelle 4 derart ausgeführt ist, dass die Rückseite 1b der Halbleiterstruktur 1 ganzflächig und im Wesentlichen homogen mit der Laserstrahlung beaufschlagt wird.
Mit der Vorrichtung gemäß 2 kann somit mittels Filtervorrichtung 3. und Kamera 2 die von der Vorderseite 1a abgestrahlte Lumineszenzstrahlung und entsprechend mit der Kamera 2 und der Filtervorrichtung 3' die von der Rückseite 1b abgestrahlte Lumineszenzstrahlung vermessen werden.
Wesentlich ist hierbei, dass die Filtervorrichtung 3' zusätzlich einen Langpassfilter aufweist, welcher lediglich Strahlung mit der Wellenlänge größer 700 nm hindurchlässt. Dies ist notwendig, da die Strahlung der Lichtquelle 4 teilweise an der Rückseite 1b reflektiert wird und die Messung mittels der Kamera 2' beeinflussen würde. Durch den vorgenannten Langpassfilter wird eine Störung der Messung aufgrund der Strahlung der Lichtquelle 4 vermieden.
Mit der Vorrichtung gemäß 2 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt, welches grundsätzlich dem bei 1 beschriebenen Messverfahren entspricht.
In diesem Fall werden jedoch insgesamt 4 Auswertungen durchgeführt, hier beschrieben für Silizium als Halbleitermaterial:
Zunächst werden eine erste Grenzwellenlänge von 900 nm und eine zweite Grenzwellenlänge von 1050 nm definiert. Die Filtervorrichtungen 3 und 3' sind derart ausgeführt, dass wahlweise entsprechende Kurzpassfilter in den Strahlengang zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 bzw. Kamera 2' einschwenkbar sind.
Die Steuer- und Auswerteeinheit ist mit beiden Filtervorrichtungen und mit beiden Kameras verbunden.
Bei der Messung wird eine erste Auswertung A1 mit der ersten Grenzwellenlänge bezüglich der von der Vorderseite 1a abgestrahlten Lumineszenzstrahlung, eine zweite Auswertung A2 der zweiten Grenzwellenlänge bezüglich der von der Vorderseite abgestrahlten Lumineszenzstrahlung mittels der Kamera 2 und der Filtervorrichtung 3 vorgenommen. Entsprechend wird eine dritte Auswertung A3 mit der ersten Grenzwellenlänge der von der Rückseite 1b abgestrahlten Lumineszenzstrahlung und eine vierte Auswertung A4 mit der zweiten Grenzwellenlänge bezüglich der von der Rückseite 1b abgestrahlten Lumineszenzstrahlung mittels der Kamera 2' und der Filtervorrichtung 3' vorgenommen.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens stehen somit vier Zahlenwerte, welche jeweils ein Maß für die Intensität der Lumineszenzstrahlung darstellen, zur Auswertung zur Verfügung.
Die Auswerteeinheit ermittelt nun aus den Auswertungen A1 und A2 einen ersten Zusammenhang und aus den Auswertungen A3 und A4 einen zweiten Zusammenhang zwischen Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Rückseite 1b der Halbleiterstruktur 1.
Auch hier existiert aufgrund der beschriebenen Messbedingungen lediglich ein Wertepaar von Diffusionslänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit, welches sowohl auf den ersten, als auch auf den zweiten Zusammenhang zutrifft und entsprechend wird von der Auswerteeinheit dieses Wertepaar ermittelt.
Das Messverfahren, welches mit der in Ziffer 2 dargestellten Messvorrichtung ausgeführt wird, weist gegenüber dem Messverfahren der Messvorrichtung in 1 eine höhere Genauigkeit auf, da durch die Verwendung von vier Auswertungen und Vermessung der Lumineszenzstrahlung von zwei unterschiedlichen Seiten der Halbleiterstruktur 1 eine größere Genauigkeit erzielt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- AU 2007/001050 [0010]
- WO 2008/014537 [0031, 0078]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Würfel, P. et al, „Diffusions lengths of silicon solar cells from luminescence images”, Journal of Applied Physics, 2007. 101 (123110): p. 1–10 [0010]
- Würfel, P. et al, a. a. O. [0055]

Claims

Messverfahren für eine Halbleiterstruktur (1) mit einer Vorder- und einer Rückseite (1a, 1b), folgende Verfahrensschritte umfassend: A Erzeugen von Lumineszenzstrahlung in der Halbleiterstruktur (1), B Bestimmen eines Zusammenhangs für diese Halbleiterstruktur (1) zwischen der elektrischen Materialqualität der Halbleiterstruktur (1) und der elektrischen Eigenschaft der Vorder- und/oder Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1), und wobei mindestens zwei Auswertungen der gemessenen Intensität vorgenommen werden und der Zusammenhang abhängig von a. einer ersten Auswertung A1 der von der Vorder- oder Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1) abgestrahlten, gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer ersten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A1 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und b. einer zweiten Auswertung A2 der von der Vorder- oder Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1) abgestrahlten, gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung mit einer zweiten spektralen Gewichtung bezüglich der bei der Auswertung A2 berücksichtigten Lumineszenzstrahlung bestimmt wird und die erste spektrale Gewichtung zu der zweiten spektralen Gewichtung verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B zusätzlich mindestens eine dritte Auswertung A3 der von der Vorder- oder Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1) abgestrahlten, gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommenen wird, wobei sich die drei Auswertungen A1, A2 und A3 jeweils hinsichtlich der spektralen Gewichtung bezüglich der bei der jeweiligen Auswertung berücksichtigten Lumineszenzstrahlung und/oder bezüglich der Seite der Halbleiterstruktur (1), deren abgestrahlte Lumineszenzstrahlung bei der Auswertung berücksichtigt wird, unterscheiden und dass abhängig von den mindestens drei Auswertungen A1, A2 und A3 die Materialqualität der Halbleiterstruktur (1) und/oder die elektrische Eigenschaft mindestens einer Oberfläche der Halbleiterstruktur (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B aus einem ersten Paar von Auswertungen ein erster Zusammenhang zwischen der Diffusionslänge der Halbleiterstruktur (1) und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur (1) (Vorder- oder Rückseite (1a, 1b)) bestimmt wird und aus einem zweiten Paar von Auswertungen ein zweiter Zusammenhang zwischen der Diffusionslänge der Halbleiterstruktur (1) und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Seite der Halbleiterstruktur (1) (Vorder- oder Rückseite (1a, 1b)) bestimmt wird, wobei das erste Paar und das zweite Paar von Auswertungen sich in mindestens einer Auswertung unterscheiden und dass ein Wertepaar (Diffusionslänge, Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit) bestimmt wird, welches sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Zusammenhang entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Auswertung A1 eine erste Grenzwellenlänge λ₁ zugeordnet ist, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λ₁ bei der Auswertung A1 berücksichtigt wird und in gleicher Weise der Auswertung A2 eine zweite Grenzwellenlänge λ₂ und der Auswertung A3 eine dritte Grenzwellenlänge λ₃ zugeordnet ist und wobei λ₁ kleiner λ₂ und λ₂ kleiner λ₃ ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ abhängig von der Eindringtiefe für Strahlung in der Halbleiterstruktur (1) und der Dicke der Halbleiterstruktur (1) bestimmt werden, wobei λ₁ derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe weniger als 50%, insbesondere kleiner als 30%, höchstinsbesondere kleiner als 10% der Dicke ist, λ₂ derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe zwischen 50% und 150%, insbesondere zwischen 80% und 120%, höchstinsbesondere in etwa 100% der Dicke beträgt und λ₃ derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe größer als 100%, insbesondere größer als 150%, höchstinsbesondere größer als 300% der Dicke ist.
Verfahren nach Anspruch 2 und mindestens einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung A1 mit der Grenzwellenlänge λ₁ zur Bestimmung sowohl des ersten, als auch des zweiten Zusammenhangs verwendet wird, insbesondere, dass der erste Zusammenhang abhängig von den Auswertungen A1 und A2 und der zweite Zusammenhang abhängig von den Auswertungen A1 und A3 bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messseite definiert wird, welche die Vorder- oder die Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1) ist und dass bei den Auswertungen A1 bis A3 jeweils die auf der Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Messseite definiert wird, wobei die erste Messseite die Vorder- oder Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1) ist und die zweite Messseite die zur ersten Messseite gegenüberliegende Seite der Halbleiterstruktur (1) ist und dass in Schritt B zusätzlich mindestens eine vierte Auswertung A4 der gemessenen Intensität der Lumineszenzstrahlung vorgenommenen wird, wobei den Auswertungen A1 und A3 eine Grenzwellenlänge λ_i zugeordnet ist, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λ_i bei den Auswertung A1 und A3 berücksichtigt wird und in gleicher Weise den Auswertungen A2 und A4 eine zweite Grenzwellenlänge λ_ii zugeordnet ist und den Auswertungen A1 und A2 die erste Messseite zugeordnet ist, derart, dass bei den Auswertungen A1 und A2 jeweils nur die auf der ersten Messseite abgestrahlte, gemessene Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird und entsprechend den Auswertungen A3 und A4 die zweite Messseite zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass λ_i gemäß den in Anspruch 4 angegebenen Bedingungen für λ₁ und λ_ii gemäß den in Anspruch 4 angegebenen Bedingungen für λ₃ gewählt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu vermessende Halbleiterstruktur (1) eine Solarzelle oder eine Vorstufe bei der Herstellung einer Solarzelle ist und dass in Schritt A die Lumineszenzstrahlung Elektrolumineszenzstrahlung ist, welche durch Anlegen einer äußeren Spannung an die Solarzelle erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Solarzelle angelegte Spannung in etwa der Spannung der Solarzelle am Arbeitspunkt entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A die Lumineszenzstrahlung Photolumineszenzstrahlung ist, welche durch Beleuchten der Halbleiterstruktur (1) mit einer Anregungsstrahlung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der Anregungsstrahlung im Wesentlichen nur Wellenlängen kleiner einer Grenzwellenlänge λ_A aufweist, wobei λ_A derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5% der Dicke der Halbleiterstruktur (1) ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der Halbleiterstruktur (1) von einer Beleuchtungsseite erfolgt, welche die Vorder- oder die Rückseite (1a, 1b) der Halbleiterstruktur (1) ist und dass bei den Auswertungen nur Lumineszenzstrahlung berücksichtigt wird, welche von der der Beleuchtungsseite gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur (1) abgestrahlt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet dass sich mindestens zwei Auswertungen dahingehend unterscheiden, dass bei der einen Auswertung die Halbleiterstruktur (1) von der Vorderseite (1a) und bei der anderen Auswertung die Halbleiterstruktur (1) von der Rückseite (1b) beleuchtet wird.
Messverfahren zur Bestimmung von lokalen Spannungsvariationen in einer Halbleiterstruktur (1), folgende Verfahrensschritte umfassend: i. Ortsaufgelöste Bestimmung der Diffusionslänge und der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit mindestens einer Oberfläche der Halbleiterstruktur (1), wobei die Bestimmung mit einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, vorzugsweise gemäß mindestens Anspruch 9, ii. Berechnung der theoretisch für eine ortsunabhängige Spannung zu erwartenden Lumineszenzstrahlung für jeden Ortspunkt der in Schritt i. durchgeführten Bestimmung abhängig von der für den jeweiligen Ortspunkt in Schritt i. bestimmten Diffusionlänge und Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und iii. Bildung des Quotienten der in Schritt i gemessenen und der in Schritt ii. berechneten Lumineszenzstrahlung und Berechnung der Spannungsverteilung entlang der Oberfläche der Halbleiterstruktur (1), wobei eine Intensitätsvariation um den Faktor 2,72 einer Spannungsvariation von 0,026 V entspricht.