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DE102008044881A1 - Measuring method for a semiconductor structure - Google Patents

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DE102008044881A1
DE102008044881A1 DE102008044881A DE102008044881A DE102008044881A1 DE 102008044881 A1 DE102008044881 A1 DE 102008044881A1 DE 102008044881 A DE102008044881 A DE 102008044881A DE 102008044881 A DE102008044881 A DE 102008044881A DE 102008044881 A1 DE102008044881 A1 DE 102008044881A1
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DE
Germany
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semiconductor structure
evaluation
radiation
evaluations
luminescence
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102008044881A
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German (de)
Inventor
Peter Prof. Dr. Würfel
Martin Schubert
Martin Kasemann
Willhelm Warta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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Priority to PCT/EP2009/006247 priority patent/WO2010022962A1/en
Priority to EP09778178A priority patent/EP2331942A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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 ...The invention relates to a measuring method for a semiconductor structure having a front and a rear side, comprising the following method steps: A generating luminescence radiation in the semiconductor structure, B determining a relationship for this semiconductor structure between the material quality of the semiconductor structure, in particular the diffusion length of the minority charge carriers, and the electrical Property of at least one side of the semiconductor structure (front or back), in particular a surface recombination speed of the front or back, the relationship depending on a. an evaluation A1 of the measured intensity of the luminescence radiation with a first spectral weighting with respect to the luminescence radiation considered in the evaluation A1 and b. an evaluation A2 of the measured intensity of the luminescence radiation is determined with a second spectral weighting with respect to the luminescence radiation considered in the evaluation A2 and the first spectral weighting is different from the second spectral weighting, characterized in that in process step B additionally at least one third evaluation A3 of measured intensity of the luminescence radiation is carried out, wherein the three evaluations A1, A2 and A3 in each case with respect to the spectral weighting with respect to the considered in the respective evaluation luminescence and / or with respect to the side of the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren für eine Halbleiterstruktur mit einer Vorder- und einer Rückseite gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a measuring method for a semiconductor structure with a front and a back according to the preamble of claim 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.at Optoelectronic devices must have the optical and electrical properties of the materials used on each other be adjusted. So is important for solar cells that the generated within the penetration depth of the incident sunlight Minority carriers are able to, while their life, d. H. before they recombine, for they intended to reach contact. Her must be Diffusion length to be greater than the penetration depth of the light. The diffusion length characterizes the distribution the minority carrier in the solar cell but not alone. By recombination on the surfaces, characterized by its surface recombination rate, there is the concentration of minority carriers additionally lowers, which by pure diffusion conditional exponential distribution of the minority carriers is changed. The changed distribution is characterized by an effective diffusion length. While the diffusion length is a pure material property, the surface recombination rate is a property of the component. Both together determine the effective diffusion length and how well a solar cell performs its function can. Your experimental investigation is of great importance for the quality assurance of solar cells.

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.One Part of the recombination of the minority carriers is bright, so it generates photons through the surfaces be emitted. Their intensity is an absolute measure of the concentration of minority carriers. The spectrum of the emitted radiation, the so-called luminescence radiation, becomes thereby by reabsorption of the photons within the emitting Material influences. Since the absorption probability for shortwave light is usually larger than for long-wave light, is the intensity of the short-wave Light is more of a measure of the concentration of Minority carrier near the emitting surface, while long-wave Light more a measure of the totality of minority carriers is. In different spectral ranges you get different Contributions from recombining minority carriers from different distances from the emitting surface.

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.It It is known that by measuring the emitted radiation in 2 spectral regions, a short-wave and a longer-wave, the effective diffusion length can be determined. There are thus two evaluations of the emitted Radiation with different spectral weights with respect the considered in the respective evaluation luminescence. To what extent is the pure diffusion and the Surface recombination impact is unknown. With Such a measurement is only a link between possible Values of the true diffusion length and the surface recombination velocity produced. Because different combinations of the two sizes result in the same measurement result must be one of the two sizes be known to determine the other. Below are with Correlation of diffusion length and surface recombination speed always such combinations of possible values of the two sizes meant with the measured effective diffusion length are compatible.

Das beschriebene Messverfahren findet insbesondere zur Charakterisierung von Solarzellen oder Vorstufen bei der Herstellung einer Solarzelle Anwendung.The described measuring method finds in particular for characterization of solar cells or precursors in the manufacture of a solar cell application.

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).at Solar cells on a semiconductor such as silicon Thus, it is thus known, based on a generated in the solar cell Luminescence radiation a connection of the material quality the semiconductor structure and the surface properties to determine, in particular the relationship of the diffusion length the minority carrier of the semiconductor structure and the surface recombination rate at least one of the sides of the solar cell (front and / or back).

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.Of the Relationship between the diffusion length of minority carriers and the surface recombination velocity of the front and / or back of the solar cell is doing as before described on the basis of two evaluations of the measured intensity the luminescence determined. The two evaluations differ in the spectral weighting with respect to the each evaluation considered luminescence.

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.typically, is by means of optical filters such as band edge filter the evaluations each assigned a cut-off wavelength, so that in an evaluation essentially only luminescence radiation measured up to the cut-off wavelength and evaluated accordingly becomes. The spectral weighting is thus carried out by fixing the Cut-off wavelength.

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.The cutoff wavelengths for the two evaluations are selected differently, so that the relationship between the diffusion length of the luminescence radiation is determined by a comparison of the two evaluations, such as, for example, a quotient formation of the respectively measured intensities of the luminescence radiation Minority carrier and surface recombination rate can be determined. The quotient has the advantage that it eliminates all factors that leave the emitted spectrum unchanged such. B. caused by different series resistances voltage variations in the electroluminescence or inhomogeneous illumination in the photoluminescence.

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.Such a method is for example in Würfel, P. et al., "Diffusion lengths of silicon solar cells from luminescence images", Journal of Applied Physics, 2007. 101 (123110): p. 1-10 described. Furthermore, such a method is in PCT / AU2007 / 001050 disclosed.

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.With This method thus allows the relationship between Diffusion length of the minority carriers and determine surface recombination rate. Now one of the sizes is known or can it can be determined by different measurements, so may determined relationship to the remaining size getting closed.

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.typically, can in such measurements, the surface recombination speed due from experience or it is due other measurements known, so with the method described the diffusion length of minority carriers in the semiconductor structure.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Messverfahren zu vereinfachen und zu verbessern sowie eine breitere Anwendungsmöglichkeit zu schaffen.Of these, The present invention is based on the object, to simplify and improve the known measuring method and to create a wider application possibility.

Insbesondere soll eine Auswertung möglich sein, ohne dass eine der beiden physikalischen Größen (Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger oder Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit) vorbekannt sein muss.Especially should an evaluation be possible without one of the two physical quantities (diffusion length the minority carrier or surface recombination rate) have to be.

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.Solved these are tasks by a measuring method for a semiconductor structure according to claim 1. Advantageous embodiments of the measuring method according to the invention can be found in claims 2 to 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.With the inventive method is additional at least one third evaluation, for example the intensity from a third spectral range used by surface recombination caused deviation of the charge carrier distribution of to determine the distribution expected for pure diffusion and from this the size of the surface recombination rate. Only through this at least one additional evaluation is the determination of true diffusion length and surface recombination speed as separate sizes possible.

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.The inventive method for the determination of Diffusion length and surface recombination rate with the help of luminescent radiation can be applied to all types of semiconductors or Semiconductor structures are applied, ie both with those direct as well as indirect optical transitions as well as inorganic and organic semiconductors.

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.Of the Term "semiconductor structure" designates a structure based on a semiconductor and other components may have, such. B. further semiconductor layers, electrically passivating layers on the surfaces and / or layers to reduce the reflection of optical radiation. Likewise are Dopings in partial areas to form a pn junction possible and metallizations on the surfaces, for adding or removing charge carriers.

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.The Measuring method according to the invention for a Semiconductor structure with a front and a back comprises the following process steps: In one process step A, luminescence radiation is generated in the semiconductor structure.

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.Subsequently is in a step B a connection for this semiconductor structure between the electrical material quality of Semiconductor structure and the electrical property of at least one Side of the semiconductor structure (i.e., the front and / or the back) certainly. "Context" means here and below, that when specifying one of the two sizes the other size can be determined. in this connection it is within the scope of the invention that for determining the context other parameters are taken into account, such as the basic doping of the semiconductor structure or characteristics the measuring equipment used and / or optical filters.

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.advantageously, the material quality of the semiconductor structure by the diffusion length of the minority carriers described and the electrical property of at least one side over the surface recombination rate at this Page. It is also within the scope of the invention, other physical Sizes, such as the electrical material quality over the lifetime of the minority carriers too describe.

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.The aforementioned relationship is dependent on a first evaluation A1 of the measured intensity of the luminescence radiation with a first spectral weighting with respect to the Lumineszenzstrahlung considered determined depending on a second evaluation A2 of the measured intensity of the luminescence with a second spectral weighting with respect to the considered in the evaluation A2 luminescence.

Bei den Auswertungen A1 und A2 wird jeweils lediglich die zu einer Seite der Halbleiterstruktur (Vorder- oder Rückseite) abgestrahlte Lumineszenzstrahlung berücksichtigt.at The evaluations A1 and A2 are only the one to one page the semiconductor structure (front or back) radiated Considered luminescence radiation.

Die spektrale Gewichtung der ersten Auswertung A1 und der zweiten Auswertung A2 sind dabei verschieden.The spectral weighting of the first evaluation A1 and the second evaluation A2 are different.

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.Essential is that in process step B additionally at least a third evaluation A3 of the measured intensity of Luminescence radiation is made. The three evaluations A1, A2 and A3 differ in terms of spectral weighting with regard to the considered in the respective evaluation Luminescence radiation and / or with respect to the side of the semiconductor structure, whose radiated luminescence radiation is taken into account in the evaluation becomes.

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.Two any of the three evaluations thus differ either in terms of spectral weighting, or that in a Evaluation of the emitted to the front luminescence and in the other evaluation, the ones emitted to the back Luminescence radiation is taken into account or distinguish them Both in terms of spectral weighting and the in the evaluation considered side of the semiconductor structure.

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.Dependent Of the at least three evaluations A1, A2 and A3, the material quality becomes the semiconductor structure and / or the electrical property at least a surface of the semiconductor structure determined. The term "dependent of "here and hereinafter means that the said Evaluations essential parameters for the determination of the mentioned Result sizes are, such as the diffusion length the minority carrier as a measure of the electrical material quality of the semiconductor structure. It is within the scope of the invention that the determination of depends on other parameters, in particular of physical Material parameters of the investigated semiconductor structure or characteristics the measuring equipment used or of optical filters used.

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.With The method according to the invention thus makes it possible to the material quality and / or the surface property to determine without any of these two sizes must be known in advance. In particular, with the inventive Method the determination of both the diffusion length of Minority carriers, as well as the surface recombination rate one side of the semiconductor structure possible.

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.The Invention is based on the Applicant's finding that the at least an additional evaluation A3 compared to the previously known measuring methods in that they relate to the spectral weighting and / or the considered side of the semiconductor structure of the two other evaluations, the necessary additional information delivers to the relationship between material quality the semiconductor structure and surface electrical property at least one of the sides of the semiconductor structure exactly one pair of values for the material quality and the electrical surface property to determine.

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.The Measuring method according to the invention is suitable for Application in inorganic and organic semiconductors and indeed with both direct and indirect optical transitions, especially in the case of silicon and solar cells produced from silicon, or their precursors in the production.

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.The determination of the relationship between diffusion length and surface recombination velocity is basically known and, for example, in WO 2008/014537 , Page 20, line 21 to page 29, line 28 described. This text passage is explicitly incorporated by reference into this specification as belonging to the invention.

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.advantageously, In step B, a first pair of evaluations becomes a first one Relationship between the diffusion length of the semiconductor structure and the surface recombination rate at least one side of the semiconductor structure. Analog becomes from a second pair of evaluations a second relationship between the diffusion length of the semiconductor structure and the surface recombination speed at least one side of the semiconductor structure, wherein in the first and in the second context the same page is used. The first and second pairs of evaluations differ in at least one evaluation and a value pair (eg. a combination of minority carrier diffusion length and surface recombination rate), which corresponds to both the first and the second context.

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.If three evaluations A1, A2 and A3 are used as the basis for the method according to the invention, in this advantageous embodiment, for example, a first relationship based on the evaluation A1 and A2 and a second relationship based on the evaluation A1 and A3 will be agrees and for these two connections a single value pair of diffusion length and surface recombination speed, which corresponds to both contexts.

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.The spectral weighting on evaluation of the measured luminescence radiation is characterized by having different wavelengths or different wavelength ranges a different one Influence on the evaluated intensity of the luminescence radiation have.

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.Advantageously, the spectral weighting is realized in that the first evaluation A1 is assigned a first cutoff wavelength λ 1 such that essentially only radiation with a wavelength less than or equal to λ 1 is taken into account in the evaluation A1. This assignment of a cut-off wavelength thus determines the spectral weighting of the evaluation A1 in this advantageous embodiment. In the same way, the evaluation A2 is assigned a second limit wavelength λ 2 and the evaluation A3 is assigned a third limit wavelength λ 3 , and the limit wavelengths are chosen such that λ 123 .

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.The Absorption of radiation is usually over Absorption coefficient described or on the reciprocal, as a measure of the penetration depth of the radiation into the absorbing medium. The definition of cut-off wavelengths can thus also be defined as a penetration depth for the considered in the respective evaluation Interpret luminescence radiation.

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.Advantageously, the cutoff wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 are therefore determined as a function of the penetration depth for radiation in the semiconductor structure and the thickness of the semiconductor structure, ie in particular depending on the absorption coefficient for the corresponding material of the semiconductor structure.

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.Applicant's investigations have shown that λ 1 is advantageously selected such that the penetration depth is less than 50% of the thickness, λ 2 is selected such that the penetration depth is between 50% and 150% of the thickness and λ 3 is chosen such is that the penetration depth is> 100% of the thickness.

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.A further improvement of the measurement is achieved if the abovementioned penetration depths for λ 1 are less than 30% of the thickness, for λ 2 between 80% and 120% of the thickness and for λ 3 more than 150% of the thickness. In particular, it is advantageous that the cut-off wavelengths are selected such that the penetration depth for λ 1 is less than 10%, for λ 2 the penetration depth is approximately 100% and for λ 3 the penetration depth is more than 300% of the thickness.

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.The different penetration depths of the selected cut-off wavelengths are a measure of what influence the surface of the semiconductor based on the cutoff wavelength Has evaluation. The advantageous choice of the as described above Boundary wavelengths therefore enables a good separation the influence of surface properties and electrical Material properties of the semiconductor structure.

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 the aforementioned advantageous embodiment, the first evaluation A1 is thus associated with the lowest penetration depth with respect to the evaluated luminescence radiation. Investigations by the Applicant have shown that good evaluability is given in particular when, in the aforementioned advantageous embodiment, the evaluation A1 with the cut-off wavelength λ 1 is used to determine both the first and the second relationship, in particular that the first relationship depends on the evaluation A1 and A2 and the second relationship is determined depending on the evaluation A1 and A3.

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.In It is the aforementioned advantageous embodiments particularly advantageous that the evaluations A1 to A3 consider luminescence radiation, which is emitted from the same side of the semiconductor structure, d. H. that a measurement page is defined, which the front or the back of the semiconductor structure is and the evaluations A1 to A3 in each case only those radiated on the measuring side, take into account measured luminescence radiation.

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.As previously described, it is also within the scope of the invention that alternatively or additionally, the evaluations by distinguish the side of the semiconductor structure whose radiated Luminescence radiation considered in the respective evaluation becomes.

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 λi zugeordnet, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λi bei den Auswertungen A1 und A3 berücksichtig wird. In gleicher Wei se wird den Auswertungen A2 und A4 eine zweite Grenzwellenlänge λii zugeordnet.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, therefore, a first and a second measurement side is defined, wherein the first measurement side is the front or back side of the semiconductor structure and the second measurement side is the side of the semiconductor structure opposite the first measurement side. Furthermore, in step B at least a fourth evaluation A4 of the measured intensity of the luminescence radiation is additionally performed. The evaluations A1 and A3 is a cutoff wavelength λ i allocated such that substantially only radiation with a wavelength equal to λ i becomes smaller taken into account in the evaluation A1 and A3. In the same way, the evaluations A2 and A4 are assigned a second limit wavelength λ ii .

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.Similarly, the evaluations A1 and A2 is the assigned to the first measurement side, so that in these evaluations only the measured luminescence radiation emitted on the first measurement side is taken into account. In the same way, the evaluations A3 and A4 are assigned the second measurement page.

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.at This advantageous embodiment will thus be two Cutoff wavelengths and two measurement sides crosswise at four Evaluations varied. This allows a particularly accurate Determination of the diffusion length of minority carriers and / or the surface recombination rate.

Vorteilhafterweise wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Grenzwellenlänge λi gemäß den zuvor angegebenen Bedingungen für λ1 und die Grenzwellenlänge λii 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.Advantageously, in the embodiment described above, the cut-off wavelength λ i is selected according to the above-mentioned conditions for λ 1 and the cut-off wavelength λ ii in accordance with the conditions given above for λ 3 . Due to the significantly different penetration depths of the cutoff wavelengths λ 1 and λ 3 , the accuracy of the evaluation is further improved.

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.The Penetration depth is in each case from the side of the semiconductor structure starting from the minority carrier be injected by electroluminescence by applying a voltage or which is illuminated in the photoluminescence.

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.The inventive method is particularly suitable for measuring a solar cell or a precursor during manufacture a solar cell. It is advantageous that the luminescence radiation generated by a voltage applied to the contacts of the solar cell is, d. H. is an electroluminescent radiation.

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.advantageously, For this purpose, a voltage is selected that is approximately corresponds to the voltage of the solar cell at the operating point. The working point refers to the point on the characteristic of the solar cell, at the product of current and voltage gives the maximum power.

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.In A further advantageous embodiment is in step A the luminescence radiation by illuminating the semiconductor structure generated with an excitation radiation, d. H. the luminescence radiation is photoluminescence radiation.

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 λA umfasst. λA ist derart gewählt, dass die Eindringtiefe der Anregungsstrahlung kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5% der Dicke der Halbleiterstruktur ist.In order to avoid a falsification of the measurement of the luminescence radiation by the excitation radiation used, it is advantageous for the spectrum of the excitation radiation essentially to comprise only wavelengths smaller than a limiting wavelength λ A. λ A is chosen such that the penetration depth of the excitation radiation is less than 10%, in particular less than 5% of the thickness of the semiconductor structure.

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.alternative or in addition it is advantageous that the lighting the semiconductor structure is made from a lighting side, which is the front or the back of the semiconductor structure and that only luminescence radiation is taken into account in the evaluations which is opposite to that of the lighting side Side of the semiconductor structure is emitted. In this advantageous Embodiment thus additionally serves the semiconductor structure as an optical filter in order to influence the measurement of the luminescence radiation to avoid by the excitation radiation.

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.In a further advantageous embodiment of the invention Method of generating the luminescent radiation by illumination The semiconductor structure is distinguished by at least two evaluations in that in one evaluation the semiconductor structure of the front side is illuminated and in the other evaluation the semiconductor structure illuminated from the back. This will be different Measurement conditions for the two evaluations achieved. These Embodiment has the advantage that, for example only on one side of the semiconductor structure in the measuring device a detector must be arranged and only on two sides in each case a radiation source is arranged to act on the front and the back with excitation radiation. Typically, radiation sources are much cheaper, compared to detectors, especially spatially resolving Detectors, so that a measuring device with two sources of radiation and a detector compared with a measuring device with two Detectors and a radiation source significantly cheaper is.

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.Advantageously, in the method according to the invention, the luminescence radiation is measured by means of a camera, such as a CCD camera. The measurement signal of the camera is thus a measure of the intensity of the luminescence radiation. In particular, it is advantageous to carry out the method according to the invention with spatial resolution, for example by using a spatially resolving camera. For this purpose, methods are already known and, for example, in Dice, P. et al, supra. described. In this embodiment, the method according to the invention thus determines the diffusion length of the minority charge carriers and / or the surface recombination velocity in a spatially resolved manner for a multiplicity of location points of the semiconductor structure, ie a so-called "mapping" of the respective physical quantities is performed.

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 addition to the determination of the diffusion length, the minority carrier and the surface recombination rate are the same with the method according to the invention described above the determination of local voltage variations in a semiconductor structure by measuring the electroluminescence radiation possible:
In an advantageous embodiment of the measuring method according to the invention, this therefore comprises the following method steps:
In a step i. the diffusion length and the surface recombination velocity of at least one surface of the semiconductor structure is determined by means of the method according to the invention. This determination is carried out in a spatially resolved manner so that in each case the diffusion length and the surface recombination velocity for this region are determined for different regions of the semiconductor structure. Typically, a CCD camera is used for such a spatially resolved determination, so that a diffusion length and a surface recombination velocity for the associated region of the semiconductor structure can be determined for each pixel of the image determined by the CCD camera.

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 a step ii. is for each location in step i. carried out the determination theoretically for a location-independent voltage expected luminescence radiation calculated. This calculation is dependent on the for the respective location point in step i. certain diffusion length and Surface recombination.

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.In a step iii. the quotient is calculated for each pixel the one in step i. measured luminescence radiation and in step ii. calculated luminescence radiation is formed. Would all be in step i. observed intensity variations only by Variation of the diffusion length and / or the surface recombination speed caused, then the quotient formed for all pixels have the same value. After the quotient still existing Intensity variations are due to variations in the lateral stress distribution, d. H. the stress distribution parallel to the front or back attributed to the semiconductor structure. The voltage variations can from the step iii. be generated quantitatively, since there is a change in the voltage by kT / e = 0.026 V changes the luminescence intensity by a factor of 2.72.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt:Further Features and advantageous embodiments of the invention Method will be explained below with reference to the figures. Showing:

1 eine Messvorrichtung zur Ausführung einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens, bei dem lediglich von der Vorderseite der Halbleiterstruktur abgestrahlte Lumineszenzstrahlung ausgewertet wird und 1 a measuring device for carrying out an advantageous embodiment of the measuring method according to the invention, in which only luminescence radiation radiated from the front side of the semiconductor structure is evaluated, and

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. 2 a measuring device for carrying out a further embodiment of the measuring method according to the invention, in which both from the front and from the back of the semiconductor structure radiated luminescence radiation is evaluated.

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.In the 1 illustrated measuring device is used to measure a semiconductor structure 1 with a front side 1a and a back 1b , The measuring device comprises a camera designed as a CCD camera 2 with a lens 2a , The objective 2a is designed in such a way and the semiconductor structure is arranged such that from the front 1a the semiconductor structure 1 emitted luminescence radiation through the lens 2a on a not shown CCD chip in the camera 2 is shown. This advantageously comprises a square grid of 1024 × 1024 pixels, ie a signal is evaluated separately for each of these pixels. The perpendicular to the plane in 1 standing front 1a is thus measured spatially resolved at 1024 × 1024 location points.

Zwischen Halbleiterstruktur 1 und Kamera 2 ist eine optische Filtervorrichtung 3 angeordnet, von der in 1 beispielhaft drei linsenartige Filter dargestellt sind.Between semiconductor structure 1 and camera 2 is an optical filter device 3 arranged from the in 1 three lenticular filters are shown by way of example.

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.The filter device 3 is designed such that depending on supplied control signals different filters in the beam path between the semiconductor structure 1 and lens 2a the camera 2 be introduced.

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.The luminescence radiation in the semiconductor structure 1 will be at the in 1 illustrated device via a light source 4 produced, it is thus photoluminescence. The light source 4 is designed as a laser that generates light radiation with a wavelength of about 700 nm and includes a lens assembly, by means of which the laser radiation over the entire surface and in approximately homogeneous on the back 1b the semiconductor structure 1 is shown.

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.The measuring device in 1 further comprises a control and evaluation unit, not shown, which is designed as a computer. The computer is both with the light source 4 , the filter device 3 , as well as the camera 2 connected, for the control of these elements as well as for the storage and evaluation of the measuring signals of the camera 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.
An embodiment of the measuring method according to the invention, applied to silicon as a semiconductor material is described with the in 1 illustrated measuring device as follows:
First, luminescence radiation in the semiconductor structure 1 generated. This is the back 1b over the entire surface and approximately homogeneously with radiation of wavelength 700 nm of the light source 4 applied. The radiation penetrates into the semiconductor structure 1 one and generates there electron-hole pairs. The corresponding recombination of electron-hole pairs generates luminescence radiation which, inter alia, over the front 1a the semiconductor structure 1 is emitted.

Die Filtervorrichtung 3 weist drei verschiedene Kurzpassfilter auf.The filter device 3 has three different shortpass filters.

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.In a first step, the filter device 3 controlled by the control unit such that a short-pass filter in the beam path between the semiconductor structure 1 and camera 2 is pivoted, which essentially passes only radiation having a wavelength less than or equal to 900 nm. In this measurement step is thus only from the front 1a radiated luminescence radiation with a wavelength of less than or equal to 900 nm from the camera 2 detected spatially resolved and the corresponding measurement signals of the CCD camera are stored in the evaluation.

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.Corresponding In a second measuring step, a second short-pass filter in pivoted the beam path, which only radiation less than or equal 1000 nm passes and that for this measurement step Corresponding measuring signals of the CCD camera are provided by the evaluation unit stored separately.

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.After all In a third measuring step, a short-pass filter is pivoted in, which only radiation with a wavelength smaller passes through 1050 nm and the associated Measuring signals of the camera are also separated in the evaluation unit stored.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die unterschiedlichen Messungen gleichzeitig, beispielsweise durch drei separate Filteranordnungen mit jeweils zugeordneter Kamera durchzuführen.As well it is within the scope of the invention, the different measurements at the same time, for example, by three separate filter arrangements with each assigned camera.

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.Essential is that, depending on the three measurements described above three evaluations A1 to A3 are made. These evaluations Assign each of the measurement signals a number, which is a measure of the intensity of the measured at the respective measurement Luminescence radiation is.

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.In this case, recourse may be had to measuring methods which are known per se, for example the measuring signal for each pixel of the camera may be available for a given integration time 2 be integrated separately.

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.Essential is that in all three evaluations an identical evaluation is done, so eventually for each pixel there are three values which correspond to the intensities of the luminescence radiation for the evaluations A1 to A3 correspond.

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.Subsequently, the evaluation unit determines a first relationship between the diffusion length of the semiconductor structure 1 and the surface recombination velocity of one side of the semiconductor structure 1 certainly. In the present example, the semiconductor structure represents 1 a precursor of a solar cell, which consists of a p-doped silicon wafer, on the front side 1a an n-doped emitter was diffused. The surface recombination rate at the front 1a is therefore irrelevant and for the evaluation is only the surface recombination speed at the back 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.The evaluation unit now determines a first relationship between the diffusion length of the minority charge carriers in the semiconductor structure 1 and the surface recombination speed of the backside 1b depending on the numerical values determined in evaluations A1 and A2. It is particularly advantageous here if the quotient of the determined numerical values from the evaluations A1 and A2 is formed, since in this case effects which have a multiplicative effect on the measurement result have no influence on the evaluation.

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.The quotient formed from the evaluations A1 and A2 allows the determination of a first relationship between the mentioned diffusion length and surface recombination speed via a predetermined theoretical formula. This relationship and the following relationships are advantageously as in WO 2008/014537 , Page 20, line 21 to page 29, line 28 determined.

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.Essential Now, that is dependent on a second context is formed by the evaluations A1 and A3 in the same way, d. H. advantageously also via the formation of a Quotient.

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.The The evaluation unit now determines the value pair from the diffusion length and surface recombination rate, both corresponds to the first, as well as the second context. by virtue of the choice of cut-off wavelengths of the aforementioned short-pass filter differ the measurement conditions, so that only one pair of values from diffusion length and surface recombination speed exists, which fulfills both connections.

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 this way, an unambiguous determination of both the diffusion length and the surface recombination velocity is possible without any of these two quantities being previously known or would have to be estimated.

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.
In 2 is a development of the measuring device in 1 represented, with which a further advantageous embodiment of the measuring method according to the invention can be carried out:
In the 2 and 1 identical reference signs denote identical objects.

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.The measuring device in 2 additionally has a second camera designed as a CCD camera 2 ' with a lens 2 ' and a second filter device 3 ' on.

Die beiden Kameras 2 und 2' sowie Filtervorrichtungen 3 und 3' sind auf gegenüberliegenden Seiten der zu vermessenden Halbleiterstruktur 1 angeordnet.The two cameras 2 and 2 ' as well as filter devices 3 and 3 ' are on opposite sides of the semiconductor structure to be measured 1 arranged.

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.Because of this, the light source is 4 which also in 2 designed as a laser with an output radiation in the range of 700 nm, slightly laterally arranged, the optics of the light source 4 designed such that the back 1b the semiconductor structure 1 over the entire surface and substantially homogeneously charged with the laser radiation.

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.With the device according to 2 can thus by means of a filter device 3 , and camera 2 from the front 1a radiated luminescence and according to the camera 2 and the filter device 3 ' from the back 1b radiated luminescence radiation can be measured.

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.It is essential here that the filter device 3 ' additionally has a long-pass filter, which only transmits radiation having the wavelength greater than 700 nm. This is necessary because the radiation of the light source 4 partly at the back 1b is reflected and the measurement by means of the camera 2 ' would affect. By the aforementioned long-pass filter is a disturbance of the measurement due to the radiation of the light source 4 avoided.

Mit der Vorrichtung gemäß 2 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt, welches grundsätzlich dem bei 1 beschriebenen Messverfahren entspricht.With the device according to 2 an embodiment of a method according to the invention is carried out, which basically in the case of 1 corresponds to the measuring method described.

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.
In this case, however, a total of 4 evaluations are carried out, described here for silicon as semiconductor material:
First, a first cutoff wavelength of 900 nm and a second cutoff wavelength of 1050 nm are defined. The filter devices 3 and 3 ' are designed such that optionally corresponding short-pass filter in the beam path between the semiconductor structure 1 and camera 2 or camera 2 ' can be swiveled.

Die Steuer- und Auswerteeinheit ist mit beiden Filtervorrichtungen und mit beiden Kameras verbunden.The Control and evaluation unit is with both filter devices and connected to both cameras.

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.In the measurement, a first evaluation A1 with the first cut-off wavelength with respect to that of the front side 1a radiated luminescence, a second evaluation A2 of the second cut-off wavelength with respect to the emitted from the front luminescence by means of the camera 2 and the filter device 3 performed. Accordingly, a third evaluation A3 with the first cut-off wavelength of the backside 1b radiated luminescence radiation and a fourth evaluation A4 with the second cutoff wavelength with respect to that of the back 1b radiated luminescence by means of the camera 2 ' and the filter device 3 ' performed.

Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens stehen somit vier Zahlenwerte, welche jeweils ein Maß für die Intensität der Lumineszenzstrahlung darstellen, zur Auswertung zur Verfügung.at this embodiment of the invention Measuring method are thus four numerical values, each one Measure of the intensity of the luminescence radiation represent, available for evaluation.

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.The evaluation unit now determines from the evaluations A1 and A2 a first relationship and from the evaluations A3 and A4 a second relationship between the diffusion length of the minority charge carriers and the surface recombination speed of the rear side 1b the semiconductor structure 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.Also here exists only due to the described measurement conditions a value pair of diffusion length and surface recombination speed, which applies to both the first and the second context applies and accordingly from the evaluation of this pair of values determined.

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.The measuring method, which with the in 2 shown measuring device, has with respect to the measuring method of the measuring device in 1 a higher accuracy, since by the use of four evaluations and measurement of the luminescence radiation from two different sides of the semiconductor structure 1 greater accuracy is achieved.

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Claims (15)

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.Measuring method for a semiconductor structure ( 1 ) with a front and a back ( 1a . 1b ), the following method steps comprising: A generating luminescence radiation in the semiconductor structure ( 1 ), B determining a relationship for this semiconductor structure ( 1 ) between the electrical material quality of the semiconductor structure ( 1 ) and the electrical property of the front and / or back ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ), and wherein at least two evaluations of the measured intensity are made and the relationship depends on a. a first evaluation A1 of the front or back side ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ) radiated, measured intensity of the luminescence radiation with a first spectral weighting with respect to the considered in the evaluation A1 luminescence and b. a second evaluation A2 of the front or back ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ), the measured intensity of the luminescence radiation is determined with a second spectral weighting with respect to the luminescence radiation considered in the evaluation A2 and the first spectral weighting is different from the second spectral weighting, characterized in that in process step B additionally at least one third evaluation A3 of the front or back side ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ), the three evaluations A1, A2 and A3 in each case with regard to the spectral weighting with respect to the luminescence radiation considered in the respective evaluation and / or with respect to the side of the semiconductor structure ( 1 ), whose radiated luminescence radiation is taken into account in the evaluation, differ and that, depending on the at least three evaluations A1, A2 and A3, the material quality of the semiconductor structure ( 1 ) and / or the electrical property of at least one surface of the semiconductor structure ( 1 ) is determined. 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.A method according to claim 1, characterized in that in step B from a first pair of evaluations, a first relationship between the diffusion length of the semiconductor structure ( 1 ) and the surface recombination velocity of at least one side of the semiconductor structure ( 1 ) (Front or back side ( 1a . 1b )) and from a second pair of evaluations a second relationship between the diffusion length of the semiconductor structure ( 1 ) and the surface recombination velocity of at least one side of the semiconductor structure ( 1 ) (Front or back side ( 1a . 1b )), wherein the first pair and the second pair of evaluations differ in at least one evaluation, and that a value pair (diffusion length, surface recombination velocity) is determined which corresponds to both the first and the second context. 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.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first evaluation A1 is associated with a first cut-off wavelength λ 1 , such that substantially only radiation with a wavelength less than or equal to λ 1 is taken into account in the evaluation A1 and in the same way the evaluation A2 a second cutoff wavelength λ 2 and the evaluation A3 is assigned a third cutoff wavelength λ 3 and wherein λ 1 is smaller than λ 2 and λ 2 is smaller than λ 3 . 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.Method according to Claim 3, characterized in that the cut-off wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 depend on the penetration depth for radiation in the semiconductor structure ( 1 ) and the thickness of the semiconductor structure ( 1 ), wherein λ 1 is selected such that the penetration depth is less than 50%, in particular less than 30%, in particular less than 10% of the thickness, λ 2 is chosen such that the penetration depth is between 50% and 150%, in particular between 80% and 120%, most preferably in about 100% of the thickness and λ 3 is selected such that the penetration depth is greater than 100%, in particular greater than 150%, most preferably greater than 300% of the thickness. 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.Method according to claim 2 and at least one of claims 3 and 4, characterized in that the evaluation A1 with the cut-off wavelength λ 1 is used to determine both the first and the second relationship, in particular that the first relationship depends on the evaluations A1 and A2 and the second relationship is determined depending on the evaluations A1 and A3. 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.Method according to at least one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that a measurement page is defined which the front or the back ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ) and that in the evaluations A1 to A3 in each case the measured luminescence radiation emitted on the measurement side is taken into account. 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 λi zugeordnet ist, derart, dass im Wesentlichen nur Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner gleich λi bei den Auswertung A1 und A3 berücksichtigt wird und in gleicher Weise den Auswertungen A2 und A4 eine zweite Grenzwellenlänge λii 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.Method according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that a first and a second measurement side is defined, wherein the first measurement side is the front or rear side ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ) and the second measuring side is the side of the semiconductor structure opposite the first measuring side ( 1 ) and that in step B additionally at least a fourth evaluation A4 of the measured intensity of the luminescence radiation is made, wherein the evaluations A1 and A3, a cut-off wavelength λ i is assigned, such that substantially only radiation having a wavelength less than or equal to λ i in the Evaluation A1 and A3 is taken into account and in the same way the evaluations A2 and A4 is assigned a second cutoff wavelength λ ii and the evaluations A1 and A2 are assigned to the first measurement page, such that in the evaluations A1 and A2 only the ones on the first measurement side radiated, measured luminescence radiation is taken into account and according to the evaluations A3 and A4, the second measurement page is assigned. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass λi gemäß den in Anspruch 4 angegebenen Bedingungen für λ1 und λii gemäß den in Anspruch 4 angegebenen Bedingungen für λ3 gewählt wird.A method according to claim 7, characterized in that λ i is selected according to the conditions specified in claim 4 for λ 1 and λ ii according to the conditions specified in claim 4 for λ 3 . 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.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor structure to be measured ( 1 ) is a solar cell or a precursor in the manufacture of a solar cell and that in step A the luminescent radiation is electroluminescent radiation which is generated by applying an external voltage to the solar cell. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Solarzelle angelegte Spannung in etwa der Spannung der Solarzelle am Arbeitspunkt entspricht.Method according to claim 9, characterized in that that the voltage applied to the solar cell is about the voltage corresponds to the solar cell at the operating point. 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.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in step A the luminescence radiation is photoluminescence radiation which is produced by illuminating the semiconductor structure ( 1 ) is generated with an excitation radiation. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der Anregungsstrahlung im Wesentlichen nur Wellenlängen kleiner einer Grenzwellenlänge λA aufweist, wobei λA derart gewählt ist, dass die Eindringtiefe kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5% der Dicke der Halbleiterstruktur (1) ist.A method according to claim 11, characterized in that the spectrum of the excitation radiation substantially only wavelengths smaller than a cut-off wavelength λ A , wherein λ A is selected such that the penetration depth is less than 10%, in particular less than 5% of the thickness of the semiconductor structure ( 1 ). 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.Method according to at least one of Claims 11 and 12, characterized in that the illumination of the semiconductor structure ( 1 ) from a lighting side which covers the front or the back ( 1a . 1b ) of the semiconductor structure ( 1 ) and that in the evaluations only luminescence radiation is taken into account which differs from the side of the semiconductor structure opposite the illumination side ( 1 ) is radiated. 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.Method according to at least one of Claims 11 and 12, characterized in that at least two evaluations differ in that in one evaluation the semiconductor structure ( 1 ) from the front ( 1a ) and in the other evaluation the semiconductor structure ( 1 ) from the back ( 1b ) is illuminated. 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.Measuring method for determining local voltage variations in a semiconductor structure ( 1 ), comprising the following method steps: i. Spatially resolved determination of the diffusion length and the surface recombination velocity of at least one surface of the semiconductor structure ( 1 ), wherein the determination by a method according to any one of claims 1 to 13, preferably in accordance with at least claim 9, ii. Calculation of the theoretically expected for a location-independent voltage luminescence radiation for each location of the step i. determined determination depending on the respective location in step i. determined diffusion length and surface recombination rate and iii. Forming the quotient of the measured in step i and in step ii. calculated luminescence radiation and calculation of the voltage distribution along the surface of the semiconductor structure ( 1 ), where an intensity variation by a factor of 2.72 corresponds to a voltage variation of 0.026V.
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