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太陽電池用シリコン中の不純物測定について

PV(太陽電池)用シリコン不純物分析

グロー放電質量分析(GDMS)と二次イオン質量分析(SIMS)は、ポリシリコン・粉末・細粒・フレーク・塊又は再生ウエハ等を含む様々な形状のPVグレードシリコン中の元素不純物濃度の定量分析において、互いに長所と短所を補い合える手法です。

■ 不純物レベル - コスト管理と歩留まり最適化の重要な要素

世界中で使用されている太陽光発電(PV)設備の約90%は、単結晶又は多結晶シリコンウエハです。シリコンウエハの生産コストを削減することは業界における1つの重要な挑戦であり、現在、一般的には低価格のPV(太陽電池)用シリコンが利用されています。低価格のPV用シリコンを作製する工程において、高レベルの不純物が含まれたシリコン(4N-6N、99.9999%純度)が生産されてしまうことがあります。これが、逆にウエハ歩留まりや太陽電池の性能に悪影響を及ぼすことになります。太陽電池の性能に悪影響を与えうる不純物はプロセス中の欠陥技術によって軽減する事が出来、さらに不純物量を把握する事で太陽電池の性能を悪化させる要因をも軽減することが出来ます。

■ EAGからのご提案 - GDMS & SIMS

GDMS及びSIMSは、6N(またはよりクリーン)レベルの材料中不純物の定量分析に用いることが出来ます。

サーベイ手法であるGDMSは、多種の不純物元素(Li~Uまでの約73元素)を測定する場合、コスト面で最も有効な手法です。一方SIMS分析は、特定された元素の高精度分析またはGDMS分析の検出下限付近レベルの数種の元素に着目している場合に有効な手法です。これらの手法とは別に、バルクとしてのH,C,N及びO濃度評価としてIGAを用いることが出来ます。 これらの手法は、PVシリコンを単結晶インゴットのような別の物質形状に変換せずに、試料中の化学状態、電子状態に関わらず各不純物の全体としての濃度を評価する事が出来ます。

■ あなたの材料解析のエキスパート - 研究、製造、販売の各ステップにおけるサポート

EAGは高純度物質及びICグレードシリコンの分析において30年以上の経験を積んでいます。

GDMS及びSIMSのエキスパートとして長年の経験で全世界的に認められているEAGが、開発段階での材料解析、製造工程管理を支援し、またPVシリコン材料の購買・販売の商業インターフェイスにおいてもお手伝い致します。

■ サーベイ分析
GDMS(グロー放電質量分析)
  • 高感度(6N)での多元素分析
  • 周期率表中の安定同位体を持つ全元素の分析
  • SEMI太陽光発電協会の開発での標準検査法 (SEMI PV-1-0309)
IGA(ガス成分分析)
  • H,C,N,O量の分析
  • 格子間、格子位置、又は不純物の粒界位置に依存しない分析
■ 特定元素分析
SIMS(二次イオン質量分析)
  • 1測定につき1‾3元素の分析によって得られるベストな検出下限値 - 8N~10N(ppbw)の検出が可能
  • 周期率表中の全元素の分析
  • ドーパント[B, P, Al, As, Sb, In(電気的活性、不活性にかかわらず)]及びH, C, N及びOに最適

ケーススタディ - PVシリコン粉末試料

PVシリコン粉末試料画像粉末試料においてSIMSバルク分析を行いました。試料のパーティクルサイズは、約300ミクロンより大きいことが条件です。約400ミクロンの大きさのシリコン粉末試料中におけるC, O, B, Al, P, Cr, Fe, Ni、及びAsのSIMSバルク分析結果を表に示します。この分析では、5つの測定条件を用いました。この試料では、C, O, B, Al, P、及びAsが検出されています。Cr, Fe、及びNiは検出下限以下です。

GDMS&SIMSについて

■ GDMS:イオン化

GDMS分析では、陰極スパッタリングを用います。陰極/試料は、グロー放電中の正イオンによってスパッタされます。この照射により、層ごとに、試料表面が侵食されます。陰極/試料表面から、原子、電子、及びイオンが放出されます。スパッタ生成物は、その後、放電中の衝突によりイオン化します。平面試料におけるスパッタ領域は、一般に直径5から15mm程度です。

■ GDMS:着目イオンの検出

スパッタ領域から生じた着目イオンは、質量分析計中で質量により分離された後、測定されます。磁場型グロー放電質量分析装置では、エレクトロンマルチプライヤー、ファラデーカップ、又はデイリー検出器のような変換型検出器を用いて、着目イオンが検出されます。

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■ SIMS:一次イオン

SIMS分析では、酸素(O2+)又はセシウム(Cs-)一次イオンビームを用います。フォーカスされた一次イオンビームのスポットサイズは、一般に2から20μmです。この一次イオンビームを、四角い領域(通常数百μm角まで)にラスターさせます。

■ SIMS:二次イオンの検出

ラスター領域の中心部から生じた二次イオンは、質量分析計中で質量により分離された後、測定されます。磁場型二次イオン質量分析装置では、エレクトロンマルチプライヤー、ファラデーカップ、又はイオンイメージ検出器を用いて、二次イオンが検出されます。

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