• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.423.1-423.1
• /
• 2014

본 발표에서는 실리콘 이종접합 태양전지에서 중요한 실리콘 웨이퍼 표면/계면 제어에 대하여 발표한다. 다시 말하여, 실리콘 웨이퍼 기판 세정공정 변화에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 소수전하수명(minority carrier lifetime, MCLT) 및 태양전지 소자특성 변화에 대하여 연구하였다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼 클리닝 최초단계로써 KOH damage etching 공정을 도입할 때, 이후 클리닝 공정을 통일하여 적용한 웨이퍼 표면의 MCLT 및 상기 웨이퍼를 이용하여 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)을 통하여 제작한 태양전지 소자 효율은 KOH etching 시간이 10분일 때 최대치에 도달한 후 감소하였다. 또한, RCA1, RCA2, Piranha로 이루어진 웨이퍼 클리닝 단계의 사이에, 또는 맨 마지막에 묽힌 불산용액(DHF, 5 %) 처리를 하여 표면 산화막 제거 및 수소종단처리를 하여 기판의 passivation 특성을 향상시키고자 할 때, 불산용액 처리 순서에 따른 웨이퍼 표면의 MCLT 및 태양전지 소자 효율을 비교하였다. 그 결과, 묽은불산용액을 클리닝 단계 사이에 적용하였을 때의 MCLT 및 태양전지 소자의 특성이 더 우수하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.06a
• /
• pp.450-450
• /
• 2009

최근 전세계적으로 태양전지의 대량보급에 따라 실리콘 원료의 공급에 차질이 생겨 원자재 값이 상승하는 추세에 있다. 결정질 실리콘 태양전지의 제조비용중 실리콘 재료 및 웨이퍼가 차지하는 비율은 약 50~60%정도로 높기 때문에 실리콘 웨이퍼의 두께를 감소시키는 것이 비용절감을 위한 효과적인 방법으로 기대되고 있다. 그러나 실리콘 웨이퍼의 두께가 앓아질수록 제조공정중 균열이나 파손이 발생할 가능성이 높아지기 때문에 이에 따른 실리콘 웨이퍼의 기계적 물성에 대한 연구가 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 현재 상용으로 사용되고 있는 크기가 5 인치인 $200{\mu}m$ 두께의 실리콘웨이퍼 (As-saw)를 약 80여개의 시편으로 절단한 후 각각의 파단강도를 부위별로 측정하였다. 또한 표면절단결함을 제거하는 saw damage etching(SDE) 시간을 제어하여 두께가 $150{\mu}m$, $130{\mu}m$인 웨이퍼를 준비하였다. 이들 시험편에 대해서도 부위별 파단강도를 측정하여 as-saw상태의 시험편과 비교하였다. 파단강도 측정은 4 접 굽힘시험을 통하여 측정하였으며 파단면은 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다. 또한 실리콘 웨이퍼의 미세균열을 비파괴적으로 검출하기 위하여 100MHz 고주파수를 이용하는 초음파현미경(SAM, scanning acoustic microscope)을 이용하여 균열의 분포를 영상화하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.293-293
• /
• 2010

최근 태양전지 연구에서 저가격화를 실현하는 방법 중 하나로 폐 실리콘 웨이퍼를 재생하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 웨이퍼 재생공정은 높은 재처리 비용과 복잡한 공정등의 많은 단점을 가지고 있다. 챔버 내에 압축된 공기나 가스에 의해 가속된 미세 파우더들이 재료와 충돌하면서 식각하는 기계적 건식 식각 공정 기술이라고 할 수 있는 micro blaster 공정을 이용하면 기존 재생공정보다 낮은 재처리 비용과 간단한 공정으로 재생웨이퍼를 제작할 수 있다. 하지만 이러한 micro blaster 공정은 식각 후 표면에 많은 particle과 crack을 형성시켜 태양전지용으로 사용하기에 단점을 가진다. 본 연구에서는 이러한 micro blaster를 이용한 태양전지용 재생 웨이퍼를 제작하기 위해 폐 실리콘 웨이퍼의 표면 물질을 식각하고, 식각 후 충돌에 의해 발생된 표면의 particle과 crack을 DRE(Damage Remove Etching)공정으로 제거하는 연구를 진행 하였다. 먼저 폐 실리콘 웨이퍼와 같은 표면을 형성하기 위하여 시편 표면에 각각 Al($2000{\AA}$), $Si_3N_4(3000{\AA})$, $SiO_2(1{\mu}m)$, AZ1512($1{\mu}m$)을 형성하고 micro blaster의 파우더 크기, 압력, 스캔 속도 등의 공정 조건에 따라 폐 실리콘 웨이퍼 표면 물질을 식각하였다. 식각 후 폐 실리콘 웨이퍼의 식각된 깊이와 표면 물질 잔량을 측정하고, 폐 실리콘 웨이퍼의 표면에 particle과 crack, 요철이 형성되어 있는지를 확인하였다. 그 결과 폐 실리콘 웨이퍼에 형성된 물질의 두께 이상으로 식각되었으며, 표면 물질의 잔량이 남아 있지 않았고, 표면에 많은 particle과 crack, 요철이 형성되었다. 표면에 형성된 요철은 유지하면서 많은 particle과 crack을 제거하기 위하여 micro blaster공정 후 DRE 공정으로 표면 개선이 필요하였다. 이때 남겨진 요철은 입사광량을 증가시키고, 표면 반사율을 감소시켜 태양전지내의 흡수하는 빛의 양을 증가시키는 태양전지 texturing 공정 효과로 작용하게 된다. 표면에 남은 particle과 crack을 완전히 제거하면서 요철은 유지할 수 있게 HNA 용액의 농도와 시간에 따른 식각 정도를 측정하였다. DRE 공정 후 표면 particle과 crack이 완전히 제거되어 표면이 개선됨을 확인하였다. Micro blaster를 이용하여 폐 실리콘 웨이퍼의 표면을 식각하고, DRE공정으로 표면을 개선함으로써 태양전지용 기판으로의 재생 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.06a
• /
• pp.21-21
• /
• 2007

Strained silicon 기술은 MOSFET 채널 내 캐리어 이동도를 향상시켜 집적회로의 성능을 향상시키는 기술이다. 최근에는 strained 실리콘 기술과 SOI(silicon On Insulator) 기술을 접목시켜 집적회로 소자의 특성을 더욱 향상시킨 SSOI(Strained Silicon On Insulator) 기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 pseudo MOSFET 측정법을 이용하여 strained SOI 웨이퍼의 전기적 특성 분석을 행하였다. pseudo MOSFET 측정법은 SOI 웨이퍼의 전기적 특성분석을 위해 고안된 방법으로써 산화, 도핑 등의 소자 제조 공정 없이도 SOI 표면 실리콘층의 이동도와 매몰산화막과의 계면 특성 등을 분석해 낼 수 있는 기술이다. 표면 실리콘층의 두께와 매몰산화막의 두께가 각각 60nm, 150nm인 SOI 웨이퍼와 동일한 막 두께를 가지며 표면 실리콘층이 strained silicon인 SSOI 웨이퍼를 제작하여 그 특성을 비교 분석하였다. Pseudo MOSFET 측정 결과 Strained SOI 웨이퍼에서 표면 실리콘총 내의 전자 이동도가 일반적인 SOI 웨이퍼보다 약 25% 향상되었으며 정공 이동도나 매몰산화막의 계면 트랩밀도는 큰 차이를 보이지 않았다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
• /
• 2001.05a
• /
• pp.155-161
• /
• 2001

반도체 소자의 기판 재료로 사용되고 있는 실리콘 웨이퍼는 그 정밀도가 매우 중요하다. 본 연구에서는 균일한 Dopant 농도 분포를 얻을 수 있는 중성자 변환 Doping을 이용하여 실리콘에 인(P)을 Doping하는 연구를 수행하였다. 중성자 변환 Doping, 즉 NTD(Neutron Transmutation Doping)란 원자번호 30인 실리론 동위원소에 중성자가 조사되면 원자번호 31인 실리콘으로 변환되고, 2.6시간의 반감기를 갖고 decay 되면서 인(P)으로 변하게 되어 실리콘 웨이퍼에 n-type 전도를 갖게 하는 것을 말한다. 본 연구에서는 하나로 원자로를 이용하여 고저항(1000-2000Ω㎝) FZ 실리콘 웨이퍼에 중성자 조사하여 저항의 변화를 관찰하였고, 중성자 조사시 발생하는 점결함을 분석하여 점결함이 저항 변화에 미치는 영향을 알아보았다. 중성자 조사 전 이론적 계산에 의해 16.8Ω㎝와 4.76Ω㎝의 저항을 얻을 수 있을 것으로 예상되었고, 중성자 조사 후 SRP로 측정한 결과 실리콘 웨이퍼가 3Ω㎝과 2.5Ω㎝의 저항을 가지고 있을 확인할 수 있었으며, FT-IR 분석결과 점결함의 변화 양상을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.482.1-482.1
• /
• 2014

고효율 셀 및 생산 단가 절감은 결정질 실리콘 태양전지에서 가장 중요시되고 있는 이슈이다. 그 중 박형 실리콘 웨이퍼를 사용하는 공정은 고효율 및 생산단가의 절감을 만족시킬수 있는 방안으로 개발되고 있으며, 전면 전극 재료인 Ag를 다른 금속 재료로 대체하는 방법 또한 단가 절감을 위한 방안으로 연구가 진행 중이다. 하지만 박형 웨이퍼를 기존 공정에 적용할 시 전후면 전극 형성을 위한 고온의 소성 공정 때문에 웨이퍼의 휨 현상이 문제가 되고 있다. Cu 금속 분말의 저온 분사법을 결정질 실리콘 태양전지 전면전극 형성에 적용할 경우, 박형 실리콘 웨이퍼에 적용하는 문제와 Ag 전극의 대체 전극 사용 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안이 될 것으로 사료된다. 본 연구에서는 Cold spray법을 사용하여 결정질 실리콘 태양전지 에미터 위에 Cu 전면 전극을 형성하였으며 반복되는 증착 횟수에 따른 전기적 특성 및 형상학적 특성 등을 평가하였다. 전극 형성 전의 Cu 분말 크기는 1~10 마이크론 이었으며, 주사전자현미경을 이용하여 전극의 형상 및 종횡비를 측정하였다. 또한 transfer length method (TLM) 패턴을 실리콘 웨이퍼 표면에 형성하여 접촉 저항 특성 및 전극의 비저항을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.382-382
• /
• 2011

보다 저렴한 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용한 다결정 실리콘 태양전지의 발전효율개선을 위해서는 태양광스펙트럼의 표면 흡수기구를 최적화하고, 전자-정공쌍의 생성극대화 및 재결합 기구 제어를 통한 전하운바자들의 안정적인 분리와 전극으로의 효율적인 수집이 필수적인다. 현재 양질의 다결정 실리콘 웨이퍼에 기반한 다결정 실리콘 태양전지 양산공정에서 16~17% 발전효율이 이루어지고 있으며 18% 이상의 발전효율을 얻기 위해서는 보다 더 우수한 품질의 다결정 실리콘 웨이퍼가 요구된다. 본 연구에서는 15.5~16.5% 대역의 평균 발전효율을 갖는 15.6 cm${\times}$15.6 cm 크기 고효율 다결정 실리콘 태양전지 전면의 전자발광(EL : electroluminescence)데이터로부터 효율기여도가 높은 위치와 상대적으로 기여도가 낮은 위치들을 선정하여 380~1050nm 파장대역의 광선속에 대해 국부적인 외부양자효율(EQE : external quantum efficiency)을 측정하고 투과전자현미경(TEM : tunneling electron microscope) 등을 활용하여 결정방향 등에 기인하는 양자효율 악화기구를 분석하였다. 결론적으로 15%대의 상대적으로 낮은 발전효율을 보이는 태양전지들은 300~600 nm 단파장 영역에서 양자효율이 상대적으로 낮은 저급한 결정성의 웨이퍼에 기인하고 16.5%이상의 높은 발전효율을 갖는 태양전지들은 단파장영역에서 높은 양자효율을 갖는 영역이 수광면적의 80~90%를 차지하는 것으로 밝혀졌다. 이와 더불어 15%대의 발전효율을 갖는 태양전지에서는 600~1100 nm 파장대역에서 상대적으로 악화된 양자효율을 갖는 저급한 결정성 영역이 30~40%를 차지하였으나 16.5%대역의 고효율 태양전지에서는 저급한 결정성 영역이 5~10%를 차지하여 대조를 보였다. 따라서 18%이상의 높은 발전효율을 갖는 다결정 실리콘 태양전지의 양산을 위해서는 양자효율이 우수한 양품의 웨이퍼를 기반으로 표면 texturing을 통해 평균 태양광 흡수율을 90%이상으로 개선하고, 보다 미세한 프론트 전극패턴을 통해 수광면적을 개선하고 선택적인 에미티공정 기술 등을 적용할 필요가 있음을 제안하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
• /
• 2001.04a
• /
• pp.345-348
• /
• 2001

반도체에 이용되는 실리콘웨이퍼 생산에 있어 평탄도는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 실리콘웨이퍼의 평탄도는 POLISHING이라는 공정과정을 통하여 측정하고 제어하고 있는데 현재 측정장비에서 보여주는 웨이퍼의 모양을 사람에 의해 제어하고 있어 경험이 필요하고 일일이 사람이 체크해야하는 번거로움이 있다. 따라서 평탄도가 시스템에 의해 자동적으로 측정되고 제어할 필요가 있다. 본 연구는 웨이퍼의 3차원 형상을 측정하여 보여주는 장비에서 이미지와 함께 나타나는 몇 개의 정량적인 항목을 이용하여 웨이퍼의 단면도를 추정하는 알고리즘을 제안함으로 평탄도가 자동으로 측정될 수 있도록 하였다. 이 알고리즘은 Spline보간법을 이용하였고 웨이퍼의 특정단면 뿐만 아니라 임의의 단면도도 추정할 수 있으며 수치실험을 통해 Lagrange보간법과 비교하여 그 효율성을 입증하였다.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
• /
• v.37 no.1
• /
• pp.1-6
• /
• 2017

In this study, a terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) imaging technique was used to measure doping concentration and physical properties (such as refractive index and permittivity) of the doped silicon (Si) wafers. The transmission and reflection modes with an incidence angle of $30^{\circ}$ were employed to determine the physical properties of the doped Si wafers. The doping concentrations of the prepared Si wafers were varied from $10^{14}$ to $10^{18}$ in both N-type and P-type cases. Finally, the correlation between the doping concentration and the power of the THz wave was determined by measuring the powers of the transmitted and reflected THz waves of the doped Si wafers. Additionally, the doped thickness, the refractive index, and permittivity of each doped Si wafer were calculated using the THz time domain waveform. The results indicate that the THz-TDS imaging technique is potentially a promising technique to measure the doping concentration as well as other optical properties (such as the refractive index and permittivity) of the doped Si wafer.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.76.2-76.2
• /
• 2010

질산 용액을 이용한 처리를 통해서 실리콘 웨이퍼 위에 누설 전류가 thermal oxidation 방법과 비슷한 수준의 얇은 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. 이러한 처리 방법은 thermal oxidation에 비해서 낮은 온도에서 공정이 가능하다는 장점을 가진다. 이 때 질산 용액으로 68 wt% $HNO_3$을 쓰는데, 이 용액에만 넣었을 때에는 실리콘 산화막이 어느 정도 두께 이상은 성장하지 않는 단점이 있다. 그렇기 때문에 실리콘 웨이퍼를 68 wt% $HNO_3$에 넣기 전에 seed layer 산화막을 형성 시킨다. 본 연구에서는 p-type 웨이퍼를 phosphorus로 도핑해서 에미터를 형성 시킨 후에 seed layer를 형성 시키고 68 wt% $HNO_3$를 이용해서 에미터 위의 실리콘 산화막을 성장 시켰다. 이 때 보다 더 효과적인 seed layer를 형성 시키는 용액을 찾아서 실험하였다. 40 wt% $HNO_3$, $H_2SO_4-H_2O_2$, HCl-$H_2O_2$ 용액에 웨이퍼를 10분 동안 담그는 것을 통해서 seed layer를 형성하고, 이를 $121^{\circ}C$인 68 wt% $HNO_3$에 넣어서 실리콘 산화막을 성장시켰다. 이렇게 형성된 실리콘 산화막의 특성은 엘립소미터, I-V 측정 장치, QSSPC를 통해서 알아보았다.