本发明专利技术涉及一种用于分析半导体材料（8）的方法，尤其是涉及一种利用在高强度照射下产生的光致发光的成像来分析硅光伏电池和电池前驱的方法。通过该照射得到的高光致发光信号水平（16）能够实现对移动中的样品的具有最小模糊的图像的采集。使得半导体设备生产商感兴趣的某些材料的缺陷，尤其是裂痕，在高强度照射下显得很清晰。在某些实施例中，通过采用高强度照射和低强度照射产生的光致发光图像与重点被选的材料特性或缺陷进行比较。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及照射系统，以及使用这些系统利用光致发光图像来表征半导体材料的方法。该照射系统尤其适用于表征硅光伏电池以及电池前驱。相关申请本申请要求申请号为2010900018、2010903050和2010903975的澳大利亚临时专利申请的优先权，其内容此处作为引用并入。
技术介绍
本说明书中所提到的现在技术不应该被认为是已经被广泛地知晓，或不应该被认 为构成本领域的公知常识的一部分。几十年来，半导体工业利用光致发光(PL)，即通过超越带隙激发所产生的发光，作为用于研究直接带隙半导体材料的非破坏性方法，特别是用于确定缺陷的存在。通常，利用激光聚焦在样品的小区域上来产生光致发光，而为了研究大区域，激光光束或样品为被扫描后用于产生光致发光辐射图的光栅。由于对高空间分辨率的要求，例如当绘制缺陷分布图时，由于连带高强度产生强光致发光响应，通常采用聚焦光束激发。AT&T Bell实验室已考虑利用大范围照射进行直接带隙半导体的光致发光成像(G. Livescu et al, Journalof Electronic Materials 19 (9) 937-942 (1990))，但是尽管快速测量具有明显优势，但是由于存在非均勻照射与低分辨率的问题，其要劣于扫描系统(G. E. Carver, SemiconductorScience and Technology 7，A53-A58 (1992))。不管怎样,光致发光通常被用来在计算机芯片等制造过程中或作为制造过程的一部分来研究高值半导体材料样品，而对于上述应用快速测量则不是必须的。在较小程度上，正如已公开PCT申请WO 98/11425A1中披露的一样，通过聚焦光束激发的光致发光绘图还被用于间接表征带隙半导体样品。与直接带隙半导体一样，聚焦光束照射的选择是由于较高空间分辨率和较高光致发光响应的原因被激发，尤其是后者对于间接带隙材料更为重要，这是由于其低得多的辐射量子效率。在光伏(PV)电池行业中，硅电池占主导地位，其目前的产量为1-2秒生产一个晶片，从而测量速度是在线检测的关键。即使是在线下采样中，由于光伏电池生产设备操作的晶片数量之大，快速测量显得更为必要，这使得宽范围光致发光成像比光致发光扫描/绘图更具吸引力。本申请人的创立者在2005年就提出，尽管辐射量子效率低，但事实上通过大范围光致发光成像检测硅光伏电池和晶片是可能的，并且在已公开的名为“用于检测间接带隙半导体结构的方法和系统”的PCT专利申请WO 07/041758A1中还提出了合适的方法和系统，其内容在此作为引用并入。如果不是所有市售的用于硅光伏电池的光致发光成像系统均采用激光照射，这是因为其提供了窄波段所要求的照射强度，使得能够利用市售滤波器滤除掉照相机处的杂散光，并且出于均匀照射整个电池的目的，激光束能够易于扩散并均勻分布，通常为15. 6x 15.6cm2。然而，当前基于激光的光致发光成像系统具有很多缺陷。首先最主要的是光的安全问题，尤其是激发光位于750至IOOOnm范围内(如通常用于硅样品的)，其能够聚焦在视网膜上而不产生保护性眨眼反应。因此，光致发光测量室必须被光隔离，需要光闸、门或同等装置，这增加了样品转换装置进出室的复杂度和成本。其次，目前的光致发光成像系统要求样品固定以避免光致发光图像的模糊。这是因为通过大范围激发从众多硅样品，特别是未加工的或未钝化的硅样品中辐射出的光致发光，强度之低以至于即便是最灵敏的硅CCD照相机也要求至少Is的曝光时间从而来获取足够的光致发光信号。尽管该“固定的样品”的要求对于线下应用来说是能够接受的，但对于在线应用时就非常困难，而有利于避免个体晶片的停止/启动，尤其是对于易碎晶片或大量或快速生产线来说。当前系统在其区分半导体材料或由半导体材料制造出的光伏电池的不同材料特性或缺陷的能力，所述材料特性或缺陷如分流、位错和裂纹，或在众多其他特征中识别出某一特征存在的能力，也会受到限制本专利技术的目的在于克服或改进现有技术的至少一个缺陷，或提供有用的可选方式。本专利技术的优选方式的目的在于提供一种在生产过程中无需中断生产线上设备的运行而 采集半导体设备的光致发光图像的方法和系统。本专利技术优选方式的另一目的在于提供一种通过降低光线安全要求来采集半导体光致发光图像的方法和系统。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供了一种用于分析半导体材料的方法，所述方法包括应用高强度源进行足够长时间的照射，从而从所述材料上产生光致发光，获取所述光致发光的图像，以及分析所述图像以确定半导体材料中特征或缺陷的位置和/或性质。在优选实施方式中，照射源为对视力无害的光源，更优选的为非激光光源。在另一实施方式中，光照由脉冲光源、LED或激光系统产生。在格外优选的实施方式中,光源为闪光灯。在另一实施方式中，光源包括一个或多个发光二极管(LED)。在另一实施方式中激光照射系统被改进了，其整体输出为视力无害的。如上所述，现有技术中的激光光致发光成像系统具有显著光安全问题。激光光源以及包括激光光源的照射系统的潜在危害，来自于它们比其他光源亮得多的事实，而亮度(以每单位立体角的每单位面积上的功率为单位)可被定义为通过一个孔径(例如激光输出装置)的光功率除以远场光束相对的立体角。当通过人眼观看极亮光源时，不管是直接观看或通过中间光学系统观看，视网膜上形成的图像强度极高，可导致几乎瞬时的和永久的损伤，所述中间光学系统可以是准直透镜。然而，尽管采用非激光光源的近红外光照射时这发生可能性较低，所述非激光光源可以是来自于高功率LED，监管的要求不太繁重，但需要理解的是因为亮度是关键参数，光安全问题不能仅仅因为系统采用了非激光光源就被简单的忽略掉。更确切的说关键因素在于进入瞳孔的光强度和在视网膜上的图像尺寸。考虑到这一点，对于光致发光成像系统来说，优选采用相对低亮度、视力无害的照射系统。重要的是，我们将表明提供对于硅和其他间接带隙材料的具有视力无害照射系统的高强度光照是可能的。此外，即使照射系统本身不是对视力无害的，有可能光致发光成像系统作为一个整体是视力无害的而无需诉诸于严格的激光安全测量，例如安全快门和联锁装置。利用高强度光照来产生光致发光具有时间和成本上的显著优势。例如，闪光灯设备通常要比激光光源便宜并且如果应用正确的话，能够提供足够的能量来在非常短的时长内产生光致发光效应，相对于常规激光光致发光成像系统来说，所述时长最高为100毫秒，优选最高位10毫秒且最优选的为几个毫秒。术语“高强度”是指相对于利用常规传感器和激光技术用于获取常规光致发光图像的照射强度较高的照射强度。进一步解释，利用常规硅CCD照相机，光致发光(PL)图像可以通过ISun或2Sun的激光照射被获得,其中ISun被认为相当于100mW/cm2。申请人发现通过应用闪光灯、脉冲激光、LED等在相对于传统强度的更高的量级水平(例如50Sun或更高)进行照射，晶片的光致发光响应明显不同并且导致光致发光图像与常规光致发光图像明细不同。这就允许操作者能够确定其他通过常规技术不能确定的半导体特性。通过其他系统，例如利用不同的照相机，“高强度”意味着在6-8Sun或更高水平的照射。例如，正如接下来将被阐述的那样，具有利用了硅CCD照相机的混合闪本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·安德鲁·巴多斯，约尔根·韦伯，托斯顿·特鲁普克，伊恩·安德鲁·麦克斯威尔，韦恩·麦克米兰，
申请(专利权)人：BT成像股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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