” neues“ Oktagon-EFG
2.2. ELEKTRISCHE TRANSPORTEIGENSCHAFTEN erhalten werden als im Fall einer mikrokristallinen oder gar monokristallinen Probe
2.2.5 Einfluss der Wasserstoffpassivierung
Die Proben wurden wie in Abschnitt 2.2.3 beschrieben einer sukzessiven Wasserstoff-passivierung mittels MIRHP unterzogen. Auf welche Weise hierbei die Hall-Beweg-lichkeit der Majorit¨aten beeintr¨achtigt wird, ist stellvertretend f¨ur alle Materialien in Abb. 2.13 anhand einer SR-Probe aus einem Waferbereich hoher Lebensdauer dar-gestellt. Darin zeigt sich nach dem ersten Passivierungsschritt von 15 Minuten bei 425◦C ein Minimum in der Hall-Beweglichkeit, wie es im vorigen Abschnitt diskutiert wurde. Gleichtzeitig verschiebt sich das lokale Maximum, ab dem sich der Kurven-verlauf demjenigen von FZ-Si angleicht, zu einer niedrigeren Temperatur. Diese Ver-schiebung schreitet w¨ahrend der n¨achsten Phase des Wasserstoffeintrags fort und l¨asst sich mit einer zunehmenden Passivierung der Defektzust¨ande, also einer Reduktion der Trapdichte, oder einer energetischen Verschiebung der Defektzust¨ande in Rich-tung der Valenzbandkante erkl¨aren. Kombinationen hieraus sind ebenfalls denkbar.
Nach insgesamt 6 h Passivierungsdauer hat sich der Kurvenverlauf dem von FZ-Si soweit angeglichen, dass er nur noch aufgrund der verschieden starken Dotierungen in den Materialien unterscheidbar ist.
In diesem Fall kann von einer vollst¨andigen Passivierung im w¨ortlichen Sinne ge-sprochen werden. Dies gelingt allerdings nicht bei jeder Probe, wie im Folgenden ersichtlich werden wird. Im ¨Ubrigen ist die Tatsache, dass das Minimum in der Be-weglichkeit erst nach dem ersten Passivierungsschritt auftaucht, nicht dahingehend zu werten, dass erst hierdurch akzeptorartige Trapzust¨ande an der Korngrenze generiert oder besetzt worden w¨aren. Vielmehr haben die im unpassivierten Zustand aktiven Defekte den Stromfluss in der Probe derart beeintr¨achtigt, dass eine zuverl¨assige Mes-sung der Hall-Konstanten nur bei vergleichsweise hohen Temperaturen m¨oglich war.
Abb. 2.13:Hall-Mobilit¨aten einer SR-Probe aus einem Hτ-Bereich vor und nach verschie-denen Wasserstoffpassiverungsschritten (betrachtet wird immer dieselbe Probe). Erkennbar ist eine fortschreitende Defektpassivierung, die schließlich zu einem Verlauf f ¨uhrt, der von dem der unpassivierten FZ-Referenz nicht mehr unterschieden werden kann.
Es ist daher wahrscheinlich, dass besagtes Minimum bereits vor Passivierung existier-te, im zugeh¨origen Kurvenverlauf jedoch nicht sichtbar ist, da bei tieferen Tempera-turen keine belastbaren Messwerte vorliegen.
Die Abbn. 2.14 bis 2.17 illustrieren f¨ur die verschiedenen Folienarten die Hall-Be-weglichkeiten in Proben aus Hτ- und Nτ-Bereichen vor und nach einer f¨unfst¨ undi-gen MIRHP-Passivierung. Stellvertretend f¨ur jeden Probenstrang mit vergleichbarer Kornstruktur (vgl. Abschnitt 2.2.3) wurde in einer Probe vor Wasserstoffeintrag die Minorit¨atsladungstr¨agerlebensdauer mit hoher Ortsaufl¨osung bestimmt. Die dabei er-haltenen Falschfarbendarstellungen befinden sich jeweils neben den zugeh¨origen Be-weglichkeitsverl¨aufen.
Die temperaturabh¨angigen Hall-Beweglichkeiten der SR-Probe aus dem Hτ-Bereich in Abb. 2.14 wurden bereits im Zusammenhang mit Abb. 2.13 diskutiert. In der Probe mit der geringeren Ausgangslebensdauer konnte trotz anf¨anglich besserer Beweglich-keit die Streuung der Majorit¨aten nicht in gleichem Maße reduziert werden wie in der Hτ-Probe. Hier liegen wohl Defekte vor, die entweder nicht vollst¨andig mit ato-marem Wasserstoff passiviert werden k¨onnen, oder bei einem bestimmten Anteil der Defekte l¨asst sich deren Streuwirkung ¨uberhaupt nicht reduzieren. Letzteres ist ver-mutlich in der Hτ-Probe aus Abb. 2.15 der Fall. Die Kurvenverl¨aufe vor und nach Wasserstoffeintrag sind praktisch deckungsgleich. Die Probe mit den niedrigeren Le-bensdauerwerten hingegen zeigt nach der Passivierung unterhalb von 205 K einen monokristallinen Verlauf. Dar¨uber konnten trotz mehrerer Versuche keine zuverl¨assi-gen Messwerte erhalten werden. Es scheint, als ob diejenige Defektstruktur, die ur-spr¨unglich das Beweglichkeitsminimum verursacht hat, durch die Passivierung derart elektrisch ver¨andert wurde, dass nun eine Messung der Hall-Konstanten nach der van der Pauw-Methode nicht mehr m¨oglich ist. Welcher Art diese Ver¨anderungen sind, ist jedoch unklar. Im ¨Ubrigen ist im Lebensdauermapping dieser Probe ein mit grauen Punkten durchsetzter Bereich erkennbar, in dem die Lebensdauer so niedrig war, dass sie nicht mehr bestimmt werden konnte. Insbesondere die roten Messpunkte in diesem Bereich geben falsche Werte wieder. Das rahmenartige Gebilde im Mapping der rech-ten Probe hingegen beruht auf Randeffekrech-ten, die auch bei den anderen Messungen sichtbar sind.
Im Fall des neuen EFG-Materials ließ sich der Waferausschnitt aus einem Nτ -Bereich ebenfalls nicht vollst¨andig passivieren. Es bleibt bei relativ kleiner Temperatur noch ein Minimum im Kurvenverlauf zur¨uck. Auch die Hτ-Probe aus diesem Material zeigt nach Passivierung keinen monokristallinen Verlauf, obwohl sich die Beweglich-keit in einem breiten Temperaturbereich deutlich verbessert hat. Da nicht bis zu hinreichend tiefen Temperaturen belastbare Messwerte vorliegen, ist nicht ersichtlich, ob hier nicht eventuell noch ein Minimum vorliegt. Dies ist bei derartigen Kurven-verl¨aufen ein generelles Problem. Es kann nicht abschließend beurteilt werden, ob ein Verlaufsminimum vorliegt, das auf akzeptorartige Trapzust¨ande zur¨uckzuf¨uhren w¨are, oder ob nur ein Maximum nahe der monokristallinen Kurve vorliegt, das sich nach [111, 80] mittels einer positiv geladenen Korngrenze mit donatorartigem Trapniveau beschreiben ließe [111, 80].
Die Darstellungen f¨ur Zylinder-EFG in Abb. 2.17 belegen die niedrigen
Ausgangsle-2.2. ELEKTRISCHE TRANSPORTEIGENSCHAFTEN
τ
b [µs]15 mm 15 mm
N −Bereich H −Bereich
0 2
τ
b [µs]5 0
4 10
τ τ
Abb. 2.14: Hallbeweglichkeiten in SR-Proben mit geringen und hohen Lebensdauern vor und nach H-Passivierung. Links und rechts sind die zugeh¨origen Minorit¨atsladungstr¨agerle-bensdauern wiedergegeben, deren unterschiedliche Skalierung zu beachten ist.
τ
b [µs]15 mm 15 mm
H −Bereich N −Bereich
0 200
τ
b [ns]1,5 0
400 3
τ τ
Abb. 2.15: Vergleich der Hallbeweglichkeiten in Hτ- und Nτ-Bereichen alten EFG-Materials vor und nach Wasserstoffeintrag sowie zugeh¨orige Lebensdauermappings.
τ
b [µs]15 mm 15 mm
N −Bereich H −Bereich
0 400
τ
b [ns]4 0
800 8
τ τ
Abb. 2.16: Dieselbe vergleichende Darstellung f¨ur neues EFG-Silizium.
15 mm 15 mm
"H −Bereich"
N −Bereich
τ
b [ns]0 100 200
τ
b [ns]100
0 200
τ τ
Abb. 2.17:Beweglichkeiten sowie Ausgangslebensdauern in Zylinder-EFG Proben aus Wa-ferbereichen verschiedener Materialqualit¨at. Diejenige mit den h¨oheren Lebensdauerwerten (τb dennoch<1µs) ging vor der zweiten Wasserstoffpassivierung zu Bruch, so dass hier nur der Beweglichkeitsverlauf nach der ersten 15 min¨utigen Passivierung vorliegt.
bensdauern in diesem Material. In der Probe mit den etwas h¨oheren Startlebensdau-ern liegen die Werte weiterhin unter 1µs, weswegen die Bezeichnung Hτ-Bereich mit Anf¨uhrungszeichen versehen ist. Dar¨uber hinaus zerbrach diese Probe vor der zweiten Wasserstoffpassivierung beim Entfernen der Kontakte. Aus diesem Grund kann hier lediglich der Beweglichkeitsverlauf nach dem ersten viertelst¨undigen Wasserstoffpas-sivierungsschritt wiedergegeben werden.