mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2017-1-60-66mateltech-247Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYРАЗДЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БАЗОВОЙ ОБЛАСТИ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР P+—N(P)—N+–ТИПА БЕСКОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ ПО ОТНОШЕНИЯМ КОЭФФИЦИЕНТОВ СОБИРАНИЯ ПРИ ДВУХ ДЛИНАХ ВОЛНSEPARATE DETERMINATION OF THE PHOTOELECTRIC PARAMETERS OF THE BASE REGION OF N+−P(N)−P+ SILICON STRUCTURE BY NONCONTACT METHOD BASED ON QUANTUM EFfi CIENCY RELATION MEASUREMENTS AT TWO WAVELENGTHSКошелевО. Г.KoshelevO. G.

Кошелев Олег Григорьевич — старший научный сотрудник.

Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991.

1 Leninskie Gory, Moscow 119991.

scon282@phys.msu.ruВасильевН. Г.VasiljevN. G.

 Васильев Никита Геннадиевич — студент 5 курса.

Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991.

1 Leninskie Gory, Moscow 119991.

Fake@neicon.ruМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова.РоссияLomonosov Moscow State University.Russian Federation2017220520182016066Copyright © Кошелев О.Г., Васильев Н.Г., 20182018Кошелев О.Г., Васильев Н.Г.Koshelev O.G., Vasiljev N.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/247

Рассмотрен бесконтактный метод определения рекомбинационных параметров локальных участков p(n)−слоя кремниевых структур n+—p(n)—p+−типа. Метод основан на локальном освещении исследуемой структуры двумя различно поглощаемыми лучами света. Оба луча освещают одновременно сначала одну сторону локальной области этой структуры, а затем противоположную. Интенсивности лучей света модулируются так, что суммарная переменная фотоЭДС обращается в 0. В этом случае осуществляется режим тока короткого замыкания для его переменной составляющей. В результате неосвещаемые участки структуры не шунтируют освещаемый участок. При этих условиях измеряют отношения интенсивностей лучей света. Вычислены номограммы для раздельного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в освещаемой части p(n)−области и скорости их поверхностной рекомбинации на основании измеряемых отношений интенсивностей. Расчеты проведены для случая низкого уровня инжекции в одномерном приближении Номограммы вычислены для длин волн 1064 и 808 нм при различных толщинах n+—p(n)—p+−структур и частотах модуляции. Было обнаружено, что номограммы практически не зависят от частоты модуляции, еcли время жизни неравновесных носителей заряда меньше периода модуляции. Установлено, что номограммы существенно смещаются и изменяются по форме для тонких структур, если время диффузии неравновесных носителей заряда от тыльной стороны структуры до ее лицевой стороны становится меньше их времени жизни. В этом случае номограммы могут быть использованы лишь для определения скорости поверхностной рекомбинации на тыльной стороне структуры.

A noncontact method for the determination of recombination parameters of p(n) layer local ranges of silicon n+−p(n)−p+ structures is considered. The method is based on local illumination of the investigated structure by two different absorbed light beams. Initially both beams illuminate simultaneously one side of the local range of this structure and then another side. The intensities оf the light beams are modulated at one frequency so the alternative photo−voltage becomes equal to zero. In this case the short current regime is established for its alternating component. As a consequence the nonilluminated parts of the structure do not shunt its illuminated part. The ratios of the light beam intensities are measured under these conditions. In this work we calculated nomograms for separate determination of the nonequilibrium charge carrier lifetime of the illuminated p(n) local space and its surface recombination velocity using the measured intensity ratios. The calculations were performed at low injection level for one dimensional case. The nomograms were calculated at wave lengths of 1064 and 808 nm for various thicknesses of the n+−p(n)−p+ structures and various modulation frequencies. It was found that the nomograms almost do not depend on the modulation frequency if the live time of the nonequilibrium charge carriers is less than the modulation period. Furthermore, we observed that the nomograms shift substantially and change their shape for thin structures if the diffusion time of nonquilibrium charge carriers from the rear side of the structure to its face side becomes less than their lifetime. In this case the nomograms may be only used for the determination of the surface recombination velocity of the nonquilibrium charge carriers at the rear side of the structure.

кремнийнеравновесные носители зарядавремя жизнискорость поверхностной рекомбинациисолнечные элементыsiliconnonequilibrium charge carrierslifetimesurface recombination ratesolar cellsReferences32th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2016). − Munich, 2016. URL: https://www.eupvsec−proceedings.com/proceedings/dvd.html (accessed 06.04.2017)32th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2016). Munich, 2016. URL: https:// www.eupvsec−proceedings.com/proceedings/dvd.html (accessed 06.04.2017)Takahiro Mishima, Micio Taguchi, Hitoshi Sakata, Eiji Maruyama. Development status of high−efficiency HIT solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. − 2011. − V. 95, iss. 1. − P. 18—21. DOI: 10.1016/j.solmat.2010.04.030Takahiro Mishima, Micio Taguchi, Hitoshi Sakata, Eiji Maruyama. Development status of high−efficiency HIT solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2011, vol. 95, no. 1, pp. 18—21. DOI: 10.1016/j.solmat.2010.04.030Schmidt J., Aberle A. G. Accurate method for the determination of bulk minority−carrier lifetimes of mono− and multicrystalline silicon wafers // J. Appl. Phys. − 1997. − V. 81, iss. 9. − P. 6186—6199. DOI: 10.1063/1.364403Schmidt J., Aberle A. G. Accurate method for the determination of bulk minority−carrier lifetimes of mono− and multicrystalline silicon wafers. J. Appl. Phys., 1997, vol. 81, no. 9, pp. 6186—6199. DOI: 10.1063/1.364403Patent 5438276 A (US). Apparatus for measuring the life time of minority carriers of a semiconductor wafer. Yutaka Kawata, Takuya Kusaka, Hidehisa Hashizume, Futoshi Ojima, 1995.Patent US 5438276 A. Apparatus for measuring the life time of minority carriers of a semiconductor wafer. Yutaka Kawata, Takuya Kusaka, Hidehisa Hashizume, Futoshi Ojima, 1995.SEMI MF1535−0707. Test method for carrier recombination lifetime in silicon wavers by noncontact measurements of photoconductivity decay by microwave reflectance. URL: http://ams.semi.org/ebusiness/standards/SEMIStandardDetail.aspx?ProductID=211&DownloadID=942 (accessed: 23.03.2017)SEMI MF1535−0707. Test method for carrier recombination lifetime in silicon wavers by noncontact measurements of photoconductivity decay by microwave reflectance. URL: http://ams.semi.org/ebusiness/standards/SEMIStandardDetail.aspx?ProductID=211&DownloadID=942 (accessed: 23.03.2017)Gaubas E., Kaniava A. Determination of recombination parameters in silicon wafers by transient microwave absorption // Rev. Scientific Instruments. − 1996. − V. 67, iss. 6. − P. 2339—2345. DOI: 10.1063/1.1146943Gaubas E., Kaniava A. Determination of recombination parameters in silicon wafers by transient microwave absorption. Rev. Scientific Instruments, 1996, vol. 67, no. 6, pp. 2339—2345. DOI: 10.1063/1.1146943Wezep D. A., Velden M. H. L., Bosra D. M., Bosh R. C. M. MDP lifetime measurements as a tool to predict solar cell efficiency / 26th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. and Exhibition. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. − Munich, 2016. − P. 1423—1428.Wezep D. A., Velden M. H. L., Bosra D. M., Bosh R. C. M. MDP lifetime measurements as a tool to predict solar cell efficiency. 26th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. and Exhibition. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. Munich, 2016, pp. 1423—1428.Metzger W. K. How lifetime fluctuations, grain−boundary recombination, and junctions affect lifetime measurements and their correlation to silicon solar cell performance // Solar Energy Materials and Solar Cells. − 2008. − V. 92, iss. 9, pp. 1123—1135. DOI: 10.1016/j.solmat.2008.04.001Metzger W. K. How lifetime fluctuations, grain−boundary recombination, and junctions affect lifetime measurements and their correlation to silicon solar cell performance. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008, vol. 92, no. 9, pp. 1123—1135. DOI: 10.1016/j.solmat.2008.04.001Waldmeyer J. A contactless method for determination of carrier lifetime, surface recombination velocity, and diffusion constant in semiconductors // J. Appl. Phys. − 1988. − V. 63, iss. 6. − P. 1977—1983. DOI: 10.1063/1.341097Waldmeyer J. A contactless method for determination of carrier lifetime, surface recombination velocity, and diffusion constant in semiconductors. J. Appl. Phys., 1988, vol. 63, no. 6, pp. 1977— 1983. DOI: 10.1063/1.341097Buczkowski A., Radzimski Z. J., Rozgonyi G. A., Shimura F. Bulk and surface components of recombination lifetime based on a two−laser microwave reflection technique // J. Appl. Phys. − 1991. − V. 69, iss. 9. − P. 6495—6499. DOI: 10.1063/1.348857Buczkowski A., Radzimski Z. J., Rozgonyi G. A., Shimura F. Bulk and surface components of recombination lifetime based on a two−laser microwave reflection technique. J. Appl. Phys., 1991, vol. 69, no. 9, pp. 6495—6499. DOI: 10.1063/1.348857Солнечные элементы технологии HIT — наше будущее? URL: http://solar−front.livejournal.com/11644.html (дата обращения 06.04.2017).Solnechnye elementy tekhnologii HIT — nashe budushchee? [Solar cells technology HIT — our future?]. URL: http://solar−front.livejournal.com/11644.html (accessed 06.04.2017). (In Russ.)Концевой Ю. А., Брашеван Ю. В., Завадский Ю. И., Максимов Ю. А., Гладышев Д. А., Чернокожин В. В. Диагностика кремниевых пластин по параметрам и тепловому излучению элементов солнечных батарей // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. − 2000. − Т. 66, № 10. − С. 32—33.Kontsevoi Yu. A., Brashevan Yu. V., Zavadskii Yu. I., Maksimov Yu. A., Gladyshev D. A., Chernokozhin V. V. Diagnostics of silicon wafers based on measurement of parameters and the thermal radiation of solar cells. Industrial laboratory, 2000, vol. 66, no. 10, pp. 666—668.Babajanyan A., Sargsyan T., Melikyan H., Kim Seungwan, Kim Jongchel, Lee Kiejin. Investigation of the photovoltaic effect in solar cells by usinga near−field microwave microscope // J. Korean Phys. Soc. − 2009. − V. 55, iss. 1. − P. 154—157. DOI: 10.3938/jkps.55.154Babajanyan A., Sargsyan T., Melikyan H., Kim Seungwan, Kim Jongchel, Lee Kiejin. Investigation of the photovoltaic effect in solar cells by usinga near−field microwave microscope. J. Korean Phys. Soc., 2009, vol. 55, no. 1, pp. 154—157. DOI: 10.3938/jkps.55.154Кошелев О. Г., Унтила Г. Г. О времени релаксации СВЧ фотопроводимости в базовой области кремниевых солнечных элементов при локальном освещении // XII Российская конф. по физике полупроводников. Тез. докл. − М. ; Ершово, 2015. − C. 380.Koshelev O. G., Untila G. G. About the relaxation time of microwave photoconductivity in the base region of silicon solar cells under local illumination. XII Rossiiskaya konferentsiya po fizike poluprovodnikov = Russian Conference on Semiconductor Physics. Moscow; Ershovo, 2015. P. 380. (In Russ.)Кошелев О. Г. О снижении контраста фотопроводимости по площади неоднородных кремниевых структур p+−n(p)−n+− типа из−за токов по слоям p+−и n+−типа // Изв. РАН. Сер. Физ. − 2017. − Т. 81, № 1. − C. 41—44. DOI: 10.7868/S0367676517010148Koshelev O.G. Reduction in the contrast of photoconductivity along the area of inhomogeneous p+−n(p)−n+−type silicon structures due to currents along the p+− and n+−type layers. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2017, vol. 81, no. 1, pp. 34—37. DOI: 10.3103/S1062873817010142Koshelev O. G., Morozova V. A. A nondestructive method for measuring the photoelectric parameters of wafers with p−n junctions // Solid−State Electronics. − 1996. − V. 39, iss. 9. − P. 1379—1383. DOI: 10.1016/0038−1101(96)00040−8Koshelev O. G., Morozova V. A. A nondestructive method for measuring the photoelectric parameters of wafers with p−n junctions. Solid−State Electronics, 1996, vol. 39, no. 9, pp. 1379—1383. DOI: 10.1016/0038−1101(96)00040−8Васильев А. М., Ландсман А. П. Полупроводниковые фотопреобразователи. − М. : Советское радио, 1971. − 246 с. URL: http://www.toroid.ru/vasilievAM.htmlVasil’ev A. M., Landsman A. P. Poluprovodnikovye fotopreobrazovateli [Semiconductor photoconverters]. Moscow: Sovetskoe radio, 1971. 246 p. (In Russ.)Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 2. − М.: Мир, 1984. − 455 с.Sze S. M. Physics of Semiconductor Devices. New York (USA): Wiley, 1981. 868 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.