ICS 77.040 CCS H 21 中华人民共和国国家标准 GB/T 42907—2023 硅锭、硅块和硅片中非平衡载 流子复合寿命的测试 非接触涡流感应法 Test method for excess-charge-carrier recombination lifetime in silicon ingots, silicon bricks and silicon wafersNoncontact eddy-current sensor 2023-08-06发布 2024-03-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T 42907—2023 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由全国半导体设备与材料标准化技术委员会（SAC/TC203）和全国半导体设备与材料标准 化技术委员会材料分技术委员会（SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。 本文件起草单位：TCL中环新能源科技股份有限公司、弘元新材料（包头）有限公司、隆基绿能科技 股份有限公司、宜昌南玻硅材料有限公司、浙江海纳半导体股份有限公司、内蒙古中环晶体材料有限公 司、四川永祥光伏科技有限公司。 本文件主要起草人：张雪冈、王林、王建平、李向宇、杨阳、邓浩、刘文明、赵子龙、郭红强、张石晶、 潘金平、李寿琴、赵军。 GB/T 42907—2023 硅锭、硅块和硅片中非平衡载 流子复合寿命的测试 非接触涡流感应法 1范围 本文件描述了用非接触式涡流感应法测试太阳能电池用单晶硅锭、硅块和硅片中非平衡载流子复 合寿命的方法。 本文件适用于非平衡载流子复合寿命在0.1us～10000μs、电阻率在0.12·cm～10000Qcm 的硅锭、硅块和硅片的测试。其中瞬态光电导衰减法适用于非平衡载流子复合寿命小于100us时硅 锭、硅块和硅片的测试，准稳态光电导法适用于非平衡载流子复合寿命大于200uS时硅锭、硅块和硅片 的测试，非平衡载流子复合寿命在100us～200us时，两种测试方法均适用， 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 本文件。 GB/T1551石 硅单晶电阻率的测定直排四探针法和直流两探针法 GB/T6618硅片厚度和总厚度变化测试方法 GB/T13389掺硼掺磷掺砷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程 GB/T14264半导体材料术语 3术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 陷阱效应trap effect 在有非平衡载流子时杂质能级积累某一种非平衡载流子的效应。 注：例如重金属杂质在半导体禁带中形成的深能级，俘获非平衡载流子后，经过一段时间释放出来的现象称为陷阱 效应。 3.2 载流子复合寿命carrierrecombinationlifetime 4方法原理 4.1瞬态光电导衰减法 待测样品进行照射。光照突然停止后，用仪器校准的方法将从涡流传感器得到的数据转化为光电导，再 用硅迁移率函数将其转化为载流子浓度。载流子复合寿命与浓度间的函数关系可以通过分析载流子浓 1 GB/T42907—2023 度衰减过程中的每个数据点得到。对于具有高表面复合率的硅块样品，随着表面载流子的耗尽，所测寿 命会逐渐地接近块体寿命，而载流子浓度的峰值也从表面移至块体内。 4.2准稳态光电导法 将样品放置于距离经校准的涡流传感器1mm～3mm的固定位置，并且使用长缓衰型的光源对待 测样品进行照射。样品受到光照时，可同时测得光照强度和涡流传感器的输出电压。用仪器校准的方 法将从涡流传感器得到的数据转化为光电导，再用硅迁移率函数将其转化为载流子浓度。人射到样品 上的光照强度通过光强探测器的校准函数关系转化为样品的光生率。再通过光生率对光照过程中和光 照结束后衰减过程中的非平衡载流子寿命进行计算。 5干扰因素 5.1非平衡载流子复合寿命与其浓度有对应的函数关系，应在相同非平衡载流子浓度下测试寿命值。 态模式）或在低光强时（准稳态模式），另一种类型载流子的过剩浓度会保持在较高水平。存在陷阱特征 时，不应在低非平衡载流子浓度范围内测试寿命值，按照附录A修正除外。对于在1X1012cm-3～2× 1014cm-3范围内的非平衡载流子浓度，指示性陷阱特征是测量寿命随着非平衡载流子浓度的减小而急 剧增加的一种现象。这种在低载流子浓度时明显变高的测量寿命不能真实地反映非平衡载流子寿命。 如果需要校正，应记录未经修正和经过修正的寿命随非平衡载流子浓度变化的曲线。用户在比较数据 时需要明确可能由陷阱效应引起的修正值（按附录A的规定进行）。 5.3如果器件中存在结，则是掺杂扩散结或由表面电荷产生的反转层，不应在有耗尽区调制（DRM)效 的规定进行）。 5.4硅中的载流子迁移率具有负的温度系数。因此，样品受热后伴随着光激发的过程可表现出负的光 电导，最终会返回到暗光电导基线。在薄的重掺杂样品上可看到此效应。在低寿命样品且使用高光强 的情况下此效应更加明显。 5.5接近本征（未掺杂）的硅样品（薄层电阻大于20002）可能偏离本文件中描述的二次校准曲线。 5.6测量硅块样品时，由于样品表面激发和表面传感，测量的是由激发深度、扩散长度和感测深度定义 的局部近表面的寿命。探测体积可从表面延伸至硅块内部1mm～5mm的范围。 5.7在准稳态模式下硅块样品的测量从测量值到体寿命的传递函数应在各用户之间达成一致。 5.8硅块样品表面的光滑程度对测试结果有影响，表面越光滑测试结果越好。测试相对较低体寿命的 硅片样品时，可以不进行表面钝化处理，具体要求见附录B。 5.9在硅片样品中扩散长度和光吸收深度远小于硅片样品厚度的情况下，计算非平衡载流子浓度时使 用的有效厚度是扩散长度和吸收深度之和的两倍，不应使用硅片样品的厚度。 5.10对于迁移率未知的样品，准稳态光电导法测量的寿命值的不确定性与迁移率的不确定性成正比。 5.11本方法适用于厚度大于10mm的硅块样品和厚度小于1mm的硅片样品，对于厚度在1mm～ 10mm范围内样品，数据分析需要计算机模拟，因此简化假设可能不适用，测试结果是近似的。 5.12当涡流传感器距离样品边缘足够远（位于传感器平面上的1mm～3mm）时，此测试方法最准确。 6试验条件 温度为20℃～25℃，湿度不大于80%，射频涡流传感器的主电源电压为标称电压的士10%，实验 室宜避免强光。 2 GB/T 42907—2023 7 仪器设备 7.1 射频涡流传感器 射频涡流传感器输出信号为电压，射频涡流传感器固定在一个可调节的机械结构上，该结构可以实 现传感器与样品距离可调。输出电压与样品薄层电阻之间存在函数关系。 7.2光源 光源是波长在350nm1150nm范围内的单色光或带有滤光片的宽带光源。光源的光谱可以被 表征。 7.3 3基准光强探测器 在样品整个波长范围内，基准光强探测器（以下简称“光强探测器”）对光中所有可用的波长均应有 响应。光强探测器的响应时间应比准稳态模式中使用的光源的响应时间快10倍及以上。在准稳态模 式中，光强探测器应具有已知的光谱响应。 7.4数据采集系统 该系统能够以足够的时间和电压分辨率记录来自光强检测器和仪器的电压。数据采集的时间响应 是瞬态寿命变化或准稳态光强度变化的10倍及以上。非平衡载流子复合寿命测试装置示意图如图1 所示。 1 2 5 标引序号说明： 1——光源； 2——滤光片； 3——光强探测器； 4 射频涡流传感器； 5——硅块和硅片。 图1非平衡载流子复合寿命测试装置示意图 8样品 8.1硅锭应切割为硅块后进行测试。 3 GB/T42907—2023 8.2硅块样品厚度应大于10mm，样品面积应大于涡流传感器所感测的面积，单边至少在感测区域范 围的5mm之外。硅块表面可以是切割面，宜抛光至光滑状态。 8.3硅片样品厚度应在0.01mm~1mm，样品面积应大于涡流传感器所感测的面积。对于钝化后的 硅片样品，测试的寿命值等于实际硅材料的体寿命，与光照的波长无关。 9仪器校准 9.1 测试硅块的校准方法 9.1.1测试硅块样品时，使用至少4个厚度不小于15mm的均匀掺杂的样品，重复9.2.1和9.2.2并确 定一个二次函数关系来作为电导率的输出函数。按照GB/T1551测试电阻率，再转化为电导率。 9.1.2使用四探针法测定的电阻率除以硅块样品的薄层电阻得到传感器探测深度。 9.2测试硅片的校准方法 9.2.1测试硅片样品时，由均匀掺杂的单晶硅片制备至少以4个样品为一组的硅片组，按照GB/T6618 测试厚度，按照GB/T1551测试电阻率。薄层电阻等于电阻率除以样品厚度 次拟合，确定每个校准样片的电导和输出电压的函数关系，生成的曲线用于将电压测试数据转换为薄层 电导的计算。 9.3光生比例常数的确定方法 9.3.1准稳态模式测试时应确定被测样品中光产生的比例常数，作为光强探测器输出信号的函数。瞬 态模式不应进行此校准。 9.3.2使用与被测试器件具有相同光生作用的样品，如相同的厚度、表面处理、表面粗糙度、电介质（类 型和厚度）以及载流子复合寿命在100us1000us范围内。使用瞬态模式（不应使用光强探测器）和 准稳态模式测试样品的载流子复合寿命，利用瞬态模式重复测试寿命来确定校准光强探测器。 9.3.3使用一个已经校准的仪器测试一组样品的寿命，再用已知寿命值的样品对新设备进行校准。 9.3.4通过构造一个太阳能电