[发明专利]半导体材料内不连续性的探测

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测不连续性的方法，特别是半导体材料内的裂纹。本发明主要改进了在制造中或制造后对半导体晶片或光伏电池或组件内的裂纹的探测，然而本发明并不局限于该特殊领域的应用。

背景技术

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。

微裂纹，或常规裂纹，是导致半导体设备产量降低的来源。特别是在基于硅的光伏电池和组件的制造中，由于硅晶片的脆性结合高产量(约为每秒一片晶片)和在诸多阶段要求的机械操作，如电触头的丝网印刷和组件制造中的单个电池的跳格和穿线，裂纹是一个很大风险隐患。严重的裂纹可导致电池的破损，在光伏电池生产中破损率占整个产量的约几个百分点。

不太严重裂纹也会降低光伏电池的性能，例如，通过干扰电池材料中的电子和空穴流，或者破坏电伴热，以及在制造或使用(如从热循环)中对于两者中的任意一种情况都有可能产生。在硅中，能在多晶硅晶片中由于在晶片铸造，将晶片的过快装载致光伏电池生产线的扩散炉中，或晶片从光伏电池生产线的扩散炉被中卸载时由热导致的问题，从而导致产生的“天然”裂纹可与在单晶或多晶硅晶片内由于机械应力导致的“机械”裂纹被区别开来。然而，两种类型的裂纹均是有问题的。

目前，多种技术被用于探测半导体材料内裂纹的位置和/或存在，这些技术包括超声波共振法、可见(VIS)和红外(IR)光透射法，和电致发光法。就测量速度、精度、裂纹识别的可靠性以及样品的大量程适用性中至少一项而言，这些技术具有局限性；例如VIS/IR透射法不能适用于成品丝网印刷的硅光伏电池，这是因为其后表面全部被覆以金属，电致发光法要求机械接触(可导致进一步的破坏)并且只能用于覆以金属的电池，并且超声波共振法也要求机械接触，提供极少的或无法提供关于被探测裂纹位置的信息。后面一点是非常重要的，这是由于接近晶片或电池边缘的裂纹生长的可能性更大并会导致电池的破损。

因此需要一种可靠的裂纹探测方法，所述方法具有适用于目前光伏电池制造(从每个样品约一至数秒)的足够速度，可探测裂纹的位置、形状和/或分布，并且适用于晶片、成品电池和光伏组件。

本发明的目的在于克服或改善现有技术中的至少一个缺陷，或提供有用的可选方式。在优选形式中本发明的目的在于对光伏电池中裂纹的探测，提出改进的方法。

发明内容

根据第一方面本发明提供了探测半导体材料内不连续性的方法，所述方法包括以下步骤：

a.产生并引导光穿过所述材料；

b.采集所述材料的图像，其中所述图像包括从所述材料散射或透射出的光；以及

c.识别所述图像中的光强差从而探测所述不连续性。

优选地，不连续性或材料的特征为裂纹或掺杂物。

优选地，超过一项不连续性被识别。连续性可以是自然产生的缺陷，如掺杂物，或被引入的，如裂纹。

优选地，被产生并引导穿过材料的光，所处材料优选地大体上为平坦的，为外部产生的光，所述光被射入并引导穿过材料，或产生于所述材料内(即光致发光或电致发光)，并随后引导穿过所述材料。

通过确定图像中的光强差，或图像中的对比度差异或变化，探测所述不连续性。例如，光强差在所述图像的相对较黑暗背景中呈明亮的直线或曲线特征，或在所述图像的相对较明亮背景中呈黑暗的直线或曲线特征。或者，所述光强差为从所述材料散射或透射出的光的强度的突然增加或减少。

在一种实施方式中步骤(b)包括采集两个或多个图像，其中所述光被产生和被引导从而穿过所述大体上为平坦的半导体材料在两个或多个方向上进行横向传播。本实施例中步骤(c)优选地包括监测两个或多个图像之间的所述光强差的变化。

在一种实施方式中步骤(a)包括在一个或多个位置上将所述光耦合到所述材料中。优选地，所述光穿过所述材料具有纹理的表面被耦合到所述材料中。

在另一种实施方式中步骤(a)包括以超越带隙辐射在一个或多个位置上照射所述材料的表面，来产生作为光致发光的所述光。

优选地，所述一个或多个位置大体上为直线形状，并且步骤(b)包括当所述材料与所述一个或多个线照相机发生相对移动时，用一个或多个线照相机采集所述材料的图像的步骤。优选地，所述一个或多个线照相机适用于捕捉来自于所述位置大体上平行的区域的光。在另一实施例中步骤(b)包括用一个或多个线照相机采集所述材料的图像，所述照相机适用于捕捉来自于每个所述位置的任意一边的区域的光。