EL сізге қай жерде қараңғы екенін көрсетеді, бірақ неге екенін көрсетпейді: Фотоэлектрлік тексеру құралдарының төрт қабатты пирамидасы
Мазмұны
EL Сізге Қараңғы жерді көрсетеді, бірақ Неліктен екенін көрсетпейді
#PVNotes #EL #PL #AOI #DefectAnalysis
Тексеру инженері Чжоу бес минут бойы EL кескіндегі қараңғы аймаққа қарап тұрды.
Жабдық экранында сол аймақтың сұр реңк мәні айналасындағыдан анық төмен болды. Процесс инженері Чжан оның артында тұрып: «Мәселе қайдан келеді?» деп сұрады.
Чжоу бұрылмады.
«EL маған бұл аймақтың қараңғы екенін айтады. Бірақ ол маған пассивация қабатының нашарлағанын, интерфейс күйінің тығыздығы артқанын немесе кремний пластинасының ішінде оттегі тұнбасы көмілгенін айтпайды.»
Чжан аузын ашты, бірақ қалай жауап беруді білмеді.
Бұл EL сияқты өндірістік желіні тексеру құралдарының ыңғайсыз тұсы: олар сізге бір нәрсе болғанын айтады, бірақ нақты не болғанын айтпауы мүмкін.
1. Біріншіден, EL нақты нені өлшейді?
Кристалды кремнийдің жолақ аралығы шамамен 1,12 эВ, бұл шамамен 1,107 нм фотон толқын ұзындығына сәйкес келеді. Бұл жақын инфрақызыл диапазонда және адам көзімен көрінбейді. Өндірістік EL жүйелері сондықтан шығарылған сигналды түсіру үшін InGaAs камераларын қоса алғанда, жақын инфрақызылға сезімтал детекторларды пайдаланады.
EL — электролюминесценция. Күн элементіне тура ығысу беріліп, p-n өткеліне азшылық тасымалдаушылар енгізіледі. Электрондар мен тесіктер радиациялық рекомбинацияланғанда, олардың энергиясының бір бөлігі фотондар ретінде бөлінеді.
Практикалық тұрғыдан, EL жарықтығы жергілікті рекомбинация мінез-құлқы мен енгізілген токтың кеңістіктік таралуының біріккен әсерін көрсетеді.
EL бірнеше жалпы ақауларды анықтай алады:
Үзілген ток жолы, мысалы, сынған саусақ немесе нашар дәнекерлеу қосылысы, қараңғы болып көрінеді.
Микро жарықтар немесе үлкен жарықтар тудыратын механикалық кернеу электрлік оқшауланған немесе әлсіз қосылған қараңғы аймақтарды жасайды.
Төмен тиімділіктегі элемент көпшілік немесе барлық аумағында қараңғырақ болып көрінуі мүмкін.
Рекомбинациялық белсенді ақаулардың жергілікті шоғырлануы қара дақ ретінде көрінуі мүмкін.
EL-дің де айқын шегі бар:
Ол пассивация сапасын тікелей сандық бағаламайды. Ол тасымалдаушыларды енгізгеннен кейінгі люминесценция жауабын жазады.
Ол интерфейс күйлерінің тығыздығын тікелей өлшемейді.
Ол әрбір көлемдік кристалдық ақауды, мысалы, дислокациялар, оттегі тұнбалары немесе концентрлі сақина ақауларын нақты анықтай алмайды. Олар тек бұлыңғыр сұр реңк өзгерістері ретінде көрінуі мүмкін.
Бір EL кескіні уақыт бойынша деградацияны толық түсіре алмайды. Құрылғы бүгін қолайлы көрінуі мүмкін, бірақ бірнеше ай жұмыс істегеннен немесе жеделдетілген қартаюдан кейін пассивация деградациясына ұшырауы мүмкін.
Қарапайым тілмен айтқанда, EL ток таралуының қалыпсыз екенін көрсетуде өте жақсы. Ол материал сапасының толық өлшемі емес.
Бұл EL мен төменде талқыланатын тереңірек аналитикалық құралдар арасындағы бөлу сызығы.
2. Фотоэлектрлік тексеру құралдарының төрт қабатты пирамидасы
PV тексеру әдістерін олар бақылайтын масштаб пен өлшеуді жүргізу үшін қажетті шарттарға сәйкес төрт қабатқа топтастыруға болады.
Неғұрлым тереңірек барсаңыз, түпкі себепке соғұрлым жақындайсыз. Айырбас әдетте жоғары құн, баяу сынау, күрделірек үлгі дайындау немесе деструктивті талдау болып табылады.
| Қабат | Типтік құралдар | Негізгі сұраққа жауап береді | Типтік сынау режимі | Негізгі шектеу |
|---|---|---|---|---|
| Өндірістік желі деңгейі | Алдыңғы AOI, артқы AOI, EL, PL | Ақаулық қайда? | Жылдам, бұзбайтын, желіде немесе желіге жақын тексеру | Әдетте себептерден гөрі белгілерді көрсетеді |
| Тасымалдаушы деңгейі | Кеңейтілген PL, спектрлік бейнелеу, азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығын тексеру | Материал белсенді ме, пассивация жеткілікті ме және рекомбинация қай жерде жүреді? | Желіден тыс немесе іріктелген зертханалық талдау | Нәтижелер инъекция деңгейіне, калибрлеуге және модельдеу болжамдарына байланысты |
| Микроқұрылымдық деңгей | SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR | Қандай құрылымдық, интерфейстік, кристалдық немесе химиялық ақау бар? | Зертханалық талдау, кейде бұзатын | Қымбат, баяу және үлгіні дайындауға қатты тәуелді |
| Ақаулықты бақылау деңгейі | УК қартаю, LeTID тізбектері, қайталанатын EL/PL/өмір сүру ұзақтығы/IV сынау | Ақау уақыт пен кернеуге байланысты қалай дамиды? | Жеделдетілген қартаю және мерзімді сипаттама | Бақыланатын сынақ тізбектері мен ұзақ бақылау кезеңдерін қажет етеді |
Қабат 1: Өндірістік желідегі тексеру — Төрт құралды скрининг жиынтығы
Бұл қорғаныстың бірінші желісі. Тиісті түрде конфигурацияланған өндірістік желіде әрбір элемент немесе модуль осы тексеру кезеңдерінен өте алады.
Алдыңғы жақ AOI және артқы жақ AOI: Машиналық көру оптикалық түрде байқалатын ақауларды өңдейді. Типтік мақсаттарға жабынның біркелкілігі, металдандыру және басып шығару ақаулары, өзара байланыс сапасы және үлгінің туралануы жатады. Бөлек алдыңғы және артқы тексеру екі беттің негізгі көрінетін геометриясын қамтиды.
EL: EL ток таралуын бағалайды. Қараңғы дақтар, сынған саусақтар, микрожарықтар, белсенді емес аймақтар және кейбір өзара байланыс ақаулары көрінеді.
PL: PL пассивация сапасы мен көлемдік өмір сүру ұзақтығына қатысты ақпарат бере алады. Оны кіріс пластиналарға, ішінара өңделген элементтерге және толық электрлік құрылғы қалыптаспас бұрын пассивацияланған құрылымдарға қолдануға болады. Өндіріске дұрыс интеграцияланған кезде, ол қосымша процесс құны қосылмас бұрын әлсіз пассивациясы немесе төмен өмір сүру ұзақтығы сигналдары бар пластиналарды немесе элементтерді жоюға көмектеседі.
Осы төрт тексеру әдісінің ортақ артықшылықтары айқын: олар бұзбайтын, жылдам және кең скринингке жарамды.
Олардың шектеуі де айқын. Олар негізінен симптом деңгейінде жұмыс істейді. Олар процесс тобына қай үлгінің қалыпсыз екенін айтады, бірақ түпкі себепті офлайн режимінде зерттеу қажет болуы мүмкін.
Инфрақызыл термография жеке элементтерді толық тексеруге қарағанда модуль деңгейінде жиі кездеседі. Ол ыстық нүктелерді, жергілікті көлеңкелеу әсерлерін, өзара байланыс қызуын, шунттық диод мәселелерін және қосылыс қорабының ақауларын анықтау үшін пайдалы.
2-қабат: Тасымалдаушы деңгейіндегі талдау — Суреттен сандық бөлуге дейін
PL өндірістік скрининг үшін қолданылуы мүмкін, бірақ оның неғұрлым қуатты қолданбалары зертханаларда кездеседі. Спектрлік бейнелеу, қозуға тәуелді PL және байланыстырылған модельдеу азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығын, инъекция тәуелділігін, рекомбинация мінез-құлқын және құрылғы қабаттары немесе ішкі элементтер арасындағы өзара әрекеттесуді бөлу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығын тестілеу де жиі офлайн немесе іріктеу арқылы жүргізіледі. Типтік мысал - Sinton WCT-120, ол өтпелі немесе квази-стационарлық фотоөткізгіштік әдістерін қолданады. Үлгі жарықтандырылады, өткізгіштік жауабы өлшенеді және тиімді азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығы τ_eff есептеледі.
Тиісті модельдер мен қосалқы өлшемдер арқылы инженерлер көлемдік өмір сүру ұзақтығы мен беттік рекомбинацияның үлестерін тексере алады.
Тасымалдаушы деңгейіндегі тестілеу үш практикалық сұраққа жауап береді: Материал электрлік белсенді ме? Пассивация жеткілікті ме? Рекомбинация өнімділікті қай жерде шектейді?
Өндірістік PL көбінесе жылдам өту/өтпеу сигналын береді. Зертханалық сипаттама сигналдың неліктен және қаншалықты өзгергенін түсіндіруге арналған.
3-қабат: Микроқұрылымдық талдау — Кристалл ішіне қарау
Бұл қабатта зерттеу люминесценция кескіндерінен тысқары шығып, физикалық құрылымды зерттей бастайды.
SEM немесе сканерлеуші электронды микроскопия: Микрометрлік масштабтан нанометрлік масштабқа дейінгі беткі морфологияны және көлденең қималарды бақылау үшін қолданылады, бұл аспап пен үлгіге байланысты.
ТЭМ немесе трансмиссиялық электрондық микроскопия: Өте жоғары ажыратымдылықта дислокацияларды, қабаттасу ақауларын, жұқа қабықшаларды және интерфейстерді бақылау үшін қолданылады. HJT ұяшықтарындағы a-Si/c-Si интерфейсі немесе TOPCon құрылымдарындағы поликремний/оксид интерфейсі үшін ТЭМ интерфейс пен қабат жинағының құрылымдық таза және біркелкі екенін тексерудің ең тікелей құралдарының бірі болып табылады.
XRD немесе рентгендік дифракция: Кристалдық құрылымды, қалдық кернеуді, фазалық құрамды және текстураны зерттеу үшін қолданылады.
Раман спектроскопиясы: Кернеуді, материалдық фазаларды, байланыс ортасын және кристалдылықты зерттеу үшін қолданылады.
Фурье-түрлендіру инфрақызыл спектроскопиясы (FTIR): Химиялық байланыстарды және байланыс конфигурацияларын анықтау үшін қолданылады. Мысалы, кремнийге бай кремний нитридін зерттеуде FTIR иық ерекшеліктері кремний нанокристалдарының тұнбасын немесе түзілуін растау үшін гравитациялық түсу XRD және ТЭМ дәлелдерімен біріктірілуі мүмкін.
Кремний материалының өзінде қиын ақау құрылымдары болуы мүмкін. Ван Пэнфэй және әріптестерінің зерттеуі монокристалды кремний ақауларын масштабқа қатысты үш санатқа жіктеді және ұсынды жоғары сапалы пластиналар үшін скрининг критерийлері ретінде 40 ақау/мм² төмен микроақау тығыздығы және 0,5 төмен оттегі-тұнба сіңіру қабілеті .
n-типті Чохральский кремнийіндегі концентрлік сақина ақаулары оттегі тұнбасымен байланысты макроскопиялық көріністер болуы мүмкін. EL кескінде олар тек әлсіз немесе бұлыңғыр сұр реңк өзгерістері ретінде көрінуі мүмкін. Олардың нақты шығу тегін анықтау үшін микроқұрылымдық немесе материалдарды талдау құралдары қажет.
4-қабат: Ақауларды қадағалау — Тек кеңістікпен емес, уақытпен жұмыс істеу
Ең терең қабат тек кішірек кеңістіктік ерекшеліктерді бақылау туралы емес. Бұл өнімділіктің уақыт бойынша қалай өзгеретінін қадағалау туралы.
Ультракүлгін сәулеленуден туындаған деградация (UVID) ұяшықтардың, инкапсуляция материалдарының, интерфейстердің және модульдердің ультракүлгін сәулелену әсерінен ұзақ мерзімді реакциясымен байланысты. Бір EL кескін деградация механизмін анықтай алмайды. Инженерлерге бақыланатын қартаю тізбегі, қайталанатын өлшеулер және құрылғыны әсерге дейін, әсер кезінде және одан кейін салыстыра алатын диагностикалық құралдар қажет.
LeTID сол логикаға сәйкес келеді. Жарық пен жоғары температура әсерінен деградация - бұл белгілі бір жұмыс немесе жеделдетілген қартаю жағдайында тасымалдаушының өмір сүру ұзақтығы мен құрылғы өнімділігінің эволюциясы. Оны бір статикалық кескінмен толық түсіндіру мүмкін емес.
Ақауларды бақылау тізбегінде қолданылатын өлшемдер мыналарды қамтуы мүмкін:
Белгіленген қартаю аралықтарында алынған EL және PL кескіндері
Көпшілік тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығын өлшеу
IV өнімділігін тестілеу
Спектрлік жауап немесе кванттық тиімділік өлшемдері
Қартаюға дейінгі және кейінгі материал мен интерфейсті сипаттау
Бақыланатын УК, температура, ылғалдылық, ток немесе жарықтандыру әсері
Төртінші қабат бір ғана аспап емес. Бұл қартаю тәжірибелері, қайталанатын өлшемдер және дәлелдерді өзара тексеру айналасында құрылған әдіс.
3. Практикалық ақауларды талдау: Болжам емес, жою әдісін қолданыңыз
Төрт қабатты пирамиданың мәні барлық қолжетімді аспаптарды сатып алу емес. Мәні - мүмкіндіктерді дұрыс ретпен жоюды білу.
Нақты ақауларды талдау әдетте пирамиданың жоғарғы жағынан төмен қарай жүреді:
Толық өндірістік желілік скринингтен бастаңыз. Аномальды үлгілерді жылдам анықтау үшін алдыңғы және артқы AOI, EL және PL қолданыңыз. Жүйелер желіге біріктірілгеннен кейін шекті тексеру құны төмен.
EL аномальды үлгілерде PL немесе көпшілік тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығын тестілеуді жүргізіңіз. Бұл пассивация немесе көлемдік өмір сүру ұзақтығы мәселелерін ток жолы мен құрылымдық мәселелерден ажыратуға көмектеседі.
Егер себеп әлі де түсініксіз болса, SEM, TEM, XRD, Raman немесе FTIR-ге өтіңіз. Күдікті мәселе интерфейсті, кристалдық ақауды, материал фазасын, кернеуді немесе химиялық байланысты қамтитынына байланысты құралды таңдаңыз.
Егер ұзақ мерзімді сенімділік қатысты болса, қартаю тізбегін орнатыңыз. Бақыланатын УК, жарықтандыру, температура немесе басқа кернеу жағдайларын қолданыңыз және үлгіні белгіленген аралықтарда салыстырыңыз.
Әрбір қабат мүмкіндіктердің кең жиынтығын жою үшін ең арзан және ең жылдам қолайлы әдісті пайдаланады. Қымбатырақ құралдар дәл локализациялау және растау үшін сақталады.
Бұл медициналық диагнозға ұқсас: әдеттегі сынақтардан бастаңыз, бейнелеуге өтіңіз және тек алдыңғы дәлелдер сұраққа жауап бере алмаған кезде биопсияны қолданыңыз.
Әр қабаттың не көре алатынын және не көре алмайтынын түсінгеннен кейін, интерфейс мәселесін тек inline EL арқылы шешуге сағаттар жұмсауды тоқтатасыз. Сондай-ақ, таза көрінетін PL есебін материал мен процесстің барлық тәуекелдері жойылды деген дәлел ретінде қабылдау ықтималдығы азаяды.
PL тексеруінен өту соңғы құрылғының тиімділігі жоғары болады дегенді білдірмейді. Сондай-ақ, үлгіде микрокұрылымдық ақаулар жоқ екенін дәлелдемейді.
4. Үш жиі кездесетін қате түсінік
Қате түсінік 1: “EL деградацияны өлшей алады”
EL таңдалған электрлік жағдайларда құрылғының ағымдағы люминесценциясы мен рекомбинация таралуын көрсетеді. Баяу деградация, соның ішінде УК-ға байланысты пассивация өзгерістері мен LeTID, уақытқа тәуелді процесс.
Бір EL кескіні деградацияланған аймақтың бар екенін көрсетуі мүмкін, бірақ ол өздігінен деградация механизмін анықтай алмайды. Қызмет ету мерзімін өлшеу, қартаю тізбектері және қайталанатын сипаттама қажет.
Қате түсінік 2: “PL және EL бірдей дерлік, сондықтан екеуін де сатып алу артық”
Олардың қоздыру әдістері әртүрлі.
PL оптикалық қоздыруды қолданады. Ол аяқталған электрод құрылымын қажет етпейді және пластиналарды, пассивацияланған үлгілерді және ішінара өңделген элементтерді тексеру үшін қолданыла алады.
EL электрлік инжекцияны қолданады. Ол жұмыс істейтін электр жолын, қолайлы құрылғы құрылымын және қолданылған ығысуды қажет етеді. Ол әсіресе жұмыс істеуге ұқсас инжекция жағдайында ток таралуын және электрлік белсенді емес аймақтарды бақылау үшін пайдалы.
PL және EL бірін-бірі толықтыратын әдістер. Біреуі екіншісін жай ғана алмастыра алмайды.
Қате түсінік 3: “Микрокұрылымдық құралдар тек ірі өндірушілерге қажет”
Нақты сабақ - әрбір зауыт толық SEM, TEM, XRD, Raman және FTIR зертханасын сатып алуы керек деген емес.
Маңыздысы - әрбір аспаптың қандай сұраққа жауап бере алатынын түсіну. Inline құралдарының шекарасы анық болғаннан кейін, үлгілерді білікті үшінші тарап зертханасына, университеттік мекемеге немесе мамандандырылған талдау орталығына жіберуге болады.
Бұл білім инженерлік топтарға жеткізуші деректерінің мәлімделген қорытындыны шынымен қолдайтынын анықтауға көмектеседі.
5. Қорытынды ескерту
Сізге әрбір тексеру құралына ие болудың қажеті жоқ. Сондай-ақ, әрбір ақауды атомдық деңгейде түсінудің де қажеті жоқ.
Бірақ EL сізге “Бұл аймақ қараңғы” деп айтқанда, келесі сұрақты қою керектігін білуіңіз керек:
Неліктен қараңғы, және тексеру пирамидасының қай қабаты оны зерттеуі керек?
Бұл EL кескінін жай оқу мен фотоэлектрлік ақауды нақты түсіну арасындағы қашықтық.
Ooitech көзқарасы
Қараңғы EL аймағы соңғы диагноз емес, тергеудің бастамасы ретінде қарастырылуы керек. Өндірістік желіде ең жақсы нәтижелер EL үлгілерін AOI, PL, процесс жазбалары және электрлік сынақ деректерімен байланыстыру арқылы, содан кейін таңдалған үлгілерді қымбат микроқұрылымдық талдауға жіберу арқылы алынады. Нақты құндылық көбірек тексеру жабдығына ие болу емес, әрбір ақау белгісін келесі тиісті сынаққа байланыстыратын қадағаланатын шешім жолын құру.
