CN104882390B - 用于识别超浅结的结深度的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于识别超浅结的结深度的方法和系统。提供了用于通过照射材料和测量电压识别半导体和其他材料中的材料结和掺杂特性的方法。建立了材料中的光的穿透深度和光的波长之间的相关性。将光子施加至诸如半导体材料的材料以感应电荷。通过将材料暴露于具有一定波长范围的光施加光子。感应的电荷产生可测量电压。测量电压，且使用电压测量值以使用光的穿透深度和光的波长之间的相关性来确定材料的结深度和电荷浓度。

Description

用于识别超浅结的结深度的方法和系统
技术领域
本发明总的来说涉及半导体器件和太阳能电池器件，更具体地，涉及用于识别、定位和表征不同材料之间的结或具有不同掺杂特性的区域之间的结的方法。
背景技术
随着技术的进步，形成的半导体集成电路器件、太阳能电池、其他半导体器件和各种其他器件具有越来越小的尺寸。许多器件按比例缩小到纳米尺度。尤其是在这种状况下，必须精确地形成和定位各种器件部件。重要的是使用可靠和精确的测量技术来识别这些部件的尺寸和位置。例如，期望识别位于各种不同的材料之间或位于具有不同掺杂特性的各种区域之间的结或界面。P-n结是发生器件的电子作用且表示一种这样的结的有源位点。识别这些结的位置是有用的，但是随着尺寸变小，识别这些结的位置变得越来越有挑战性。因此需要非破坏性的、精确的和快速的测量技术。
发明内容
为了解决现有技术所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于识别材料中的结深度的测量方法，所述方法包括：在第一光照射工艺中，建立光的波长和所述光在材料中的穿透深度之间的第一相关性；提供所述材料的层，所述材料的层具有位于其表面下方的结；在进一步的光照射工艺中，引导光从照射源穿过所述表面进入所述层内，所述光包括选定波长范围内的光；在所述进一步的光照射工艺中，测量由所述光感应的电压作为所述光的波长的函数，从而建立所测量的电压和来自所述照射源的光的波长之间的第二相关性；以及基于所述第二相关性，识别位于所述表面下方的所述结的深度。
在该测量方法中，建立所述第一相关性包括对于多种波长的光实施多次试验以及测量或计算所述穿透深度。
在该测量方法中，从所述照射源引导所述光包括使用调频器调制所述光，且测量所述电压包括使用放大器放大所述电压。
在该测量方法中，测量所述电压包括的所述放大器是降低所述电压的背景噪音的锁相放大器。
在该测量方法中，所述结包括MOS结。
在该测量方法中，所述第二相关性包括所测量的电压与来自所述照射源的光的所述波长的曲线，以及
所述识别包括识别与所述曲线的峰值电压读数相关联的第一波长。
在该测量方法中，所述识别进一步包括：基于所述第一相关性将所述第一波长与所述穿透深度相关联。
在该测量方法中，所述识别进一步包括：建立所述深度作为与所述第一相关性中的所述第一波长相关联的穿透深度。
在该测量方法中，所述材料包括硅，并且建立所述第一相关性包括使用范围在200nm到1200nm内的光的波长。
在该测量方法中，所述材料包括锗，并且建立所述第一相关性包括使用范围在200nm到1700nm内的光的波长。
在该测量方法中，所述层是衬底材料，并且测量所述电压包括使用连接至所述结的相对两侧上的所述衬底材料的电极测量所述结两端的电压。
在该测量方法中，所述层包括太阳能电池衬底，并且测量所述电压包括使用连接至所述太阳能电池衬底的前面和背面的电极测量所述结两端的电压。
在该测量方法中，建立所述第一相关性包括测量所述材料的透光率。
在该测量方法中，所述结是p-n结，且进一步包括识别所述材料的层中的掺杂浓度。
在该测量方法中，识别所述材料的层中的掺杂浓度包括基于所述第二相关性测量的电压来识别所述材料的层中的所述掺杂浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于识别材料中的结深度的测量方法，所述方法包括：首先建立光的波长和光在材料中的穿透深度之间的第一相关性；提供所述材料的衬底，所述衬底具有位于其表面下方的结；引导一定波长范围的光从照射源穿过所述表面进入所述衬底内，从而在所述结处对所述一定波长范围的光的每种波长感应可测量电压；贯穿所述光的一定波长范围，根据所述光的波长测量至少一些所述可测量电压；识别所测量的电压的峰值电压；检测与所述峰值电压相关联的第一波长；以及使用所述相关性识别与所述峰值电压和所述第一波长相关联的深度，所述深度是与所述相关性中的所述第一波长相关联的穿透深度。
在该测量方法中，测量至少一些所述可测量电压包括使用连接至所述结的相对两侧的电极测量所述结两端的电压。
在该测量方法中，所述结是p-n结，所述材料包括硅，且引导所述一定波长范围的光包括波长在200nm到1200nm的范围内的光。
在该测量方法中，所述材料包括锗，且引导所述一定波长范围的光包括波长在200nm到1700nm的范围内的光。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于识别太阳能电池中的结深度的测量方法，所述方法包括：通过测量各个波长的光在材料中的透射率，建立所述光的波长和所述光在所述材料中的穿透深度之间的第一相关性；提供包括所述材料的结构的太阳能电池衬底，所述材料的结构具有位于其表面下方的p-n结；引导一定波长范围的光从照射源穿过所述表面进入所述材料的结构内，从而对所述一定波长范围内的每种波长在所述p-n结两端感应可测量电压；贯穿所述光的一定波长范围，测量至少一些所述可测量电压，从而建立测量的电压和光的波长之间的第二相关性；识别所述测量的电压的峰值电压；使用所述第二相关性识别与所述峰值电压相关联的第一波长；使用所述第一相关性识别与所述峰值电压和所述第一波长相关联的深度，所述深度是与所述第一相关性中的所述第一波长相关联的穿透深度；以及基于所述峰值电压识别所述材料的结构中的掺杂浓度。
附图说明
当结合附图进行阅读时，通过以下详细描述可以更好地理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘出。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据一些实施例示出光源照射样本的原理图；
图2是根据一些实施例示出不同波长的光穿透到样本中的不同深度的截面图和原理图；
图3是根据一些实施例示出材料中的光的穿透深度与波长的图形表示的实施例；
图4A、图4B和图4C中的每一个都是根据一些实施例示出具有p-n结和用于测量电压而设置的电极的样本的截面图；
图5是根据一些实施例的电压与两个样本中所吸收的光的波长的曲线图的实施例；
图6是根据一些实施例的电压与两个样本中所吸收的光的波长的曲线图的实施例；以及
图7是根据本发明的一些实施例示出方法的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实施主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括以直接接触的方式形成第一部件和第二部件的实施例，且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加部件，使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简明和清楚，而且其本身不指示所论述的各个实施例和/或结构之间的关系。
而且，为了便于描述，诸如“在…下面”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”等的空间相对术语在此可以用于描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图所示的方位以外，这些空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。
半导体器件和太阳能电池器件不断按比例缩小至更小的尺寸，且该按比例缩小在能够生产高性能、低成本和低功耗的器件的制造工艺中发挥关键作用。现在正在生产和使用具有纳米尺度部件的器件，且尤其重要的是，在纳米范围内，具有制造工艺的可靠的工艺控制和制造工艺生产的器件部件的可靠的工艺控制。重要的是，能够精确地确定器件部件的位置和尺寸以及理解这些部件的特性。
多p-n、MOS(金属氧化物半导体)和其他MIS(金属绝缘半导体)结/界面是在这些器件中存在的常见和重要的部件，并且这些结/界面的控制和表征是工艺控制和器件控制的重要方面。p-n结是单晶半导体内的两种类型(p型和n型)的半导体材料之间的边界或界面。通过掺杂来制造p-n结，例如通过离子注入、掺杂剂的扩散，或通过外延(即，在掺杂有一种类型的掺杂剂的晶体层的顶部上生长掺杂有另一种类型的掺杂剂的晶体层)，或通过其他方式来制造p-n结。p-n结是器件发生电子作用的有源位点。p-n结是大多数半导体电子器件(诸如，二极管、晶体管、太阳能电池、LED和集成电路)的基本构件块。
这些结/界面的表征是重要的，且随着器件尺寸不断缩小，这些结/界面的表征依然重要。因为这些结/界面的位置会影响器件功能，所以它们的位置是重要的。时常地，参考衬底表面描述了这种结/界面的位置，其中，结/界面设置在衬底表面下方。同样地，“结深度”是用于识别p-n结或其他结设置在表面下方的深度的术语。
半导体材料和其他材料的光吸收对光子能量是敏感的。光穿透材料(诸如，半导体材料)到达的深度取决于材料的类型和使用的光的波长。具有较短波长的光是被快速吸收的能量较高的光，且因此具有较浅的穿透深度。相反，具有较长波长的光是穿透进入材料较深的较低能量的光。
本发明包括一种方法，其中，将光子施加于诸如半导体材料的材料以感应电荷。通过将材料暴露于具有一定范围波长的光来施加光子。感应的电荷产生可测量的电压。测量电压，且将电压测量值用于确定材料的结深度和电荷浓度。
更具体地，本发明提供了首先建立用于材料的光的穿透深度和光的波长之间的相关性。在一些实施例中，通过将每种辐射的波长与特定穿透深度相关联的曲线图来生成曲线图。这种相关性用于确定在由材料形成的衬底中形成的区域之间的结的结深度。
然后使用相关性分析衬底材料。衬底由材料形成，且衬底具有位于其表面下方一定深度的结。照射衬底。具体地，将衬底表面暴露于具有一定范围波长的光辐射。
然后，测量作为光的波长的函数的结或界面两端的电压，且识别峰值电压。峰值电压是p-n结处的电压，且其表示了p-n结的位置和在p-n结处吸收的光能的量。更具体地，在一些实施例中，测量电压与波长的曲线图将测量的电压与每种光的波长相关联。该数据曲线的峰值电压与特定波长相关联，且结合建立的穿透深度与波长的相关性，该波长可以用于识别结深度(即，位于提供的光照射穿过的表面的下方的结深度)。峰值电压也表示与p-n结相关联的各种其他掺杂特性。较高的载流子浓度有助于较高的电压值，且较低的载流子浓度导致较低的电压值。同样地，较高的峰值电压信号表示在评估的材料中的较高的载流子浓度。
图1是根据本发明的实施例示出布置的原理图。在一些实施例中，衬底材料2是太阳能电池，且在一些实施例中，衬底材料2是设置在太阳能电池衬底上或上方的CIGS(碳铟镓硒)吸收层。在其他实施例中，衬底材料2是诸如硅、硅锗或锗的半导体材料，但是在其他实施例中使用其他材料。在又一些实施例中，衬底材料2是在衬底上方所形成的材料层，该材料由诸如硅、硅锗或锗的半导体形成，但是在其他实施例中使用其他材料。如图1所示，将衬底材料2暴露于不同波长的光照射。
在暴露于各种波长的光照射期间，通过夹具4保持衬底材料2。夹具4是能够在光照射工艺期间保持衬底材料2的卡盘、底座或其他保持构件。光源6产生具有一定波长范围的光。在各个实施例中，使用各种合适的和可以用于此的光源。单色仪8分离独立波长的光，且允许每种波长的光传递至衬底材料2。使用各种单色仪，且在一些实施例中，使用光栅单色仪，但是在其他实施例中使用其他单色仪。在一些实施例中，使用调频器10以施加特定频率的光。在各个实施例中，调频器调制光的频率，且频率在约1Hz到约2000Hz的范围内。在各个实施例中，调制的占空比在约10％到约90％的范围内。在一些实施例中，调频器包括在调制功率控制器中。在一些实施例中，对于特定频率的光，调制功率控制器施加高/低功率输出，高/低功率输出产生高/低光照射强度的光。在其他实施例中，不使用调频器10。在图1的布置中，光照射的波长范围内的各种波长中的每一种波长都单独地传递至衬底材料2。辐射12到达衬底材料2的表面14，进入衬底材料2且由衬底材料2吸收。在各个实施例中，辐射12包括较宽范围的波长，即，在紫外线(uv)辐射到红外线(ir)辐射的范围内变化的波长。
用于照射衬底的图1的布置用于建立波长和光穿透的深度之间的相关性，且也用于测量与光的波长相对的电压且建立波长和测量的电压之间的相关性。
在建立波长和光穿透的深度之间的相关性的过程中，在各个实施例中，根据衬底材料2的材料使用不同波长范围的光。在各个实施例中，引导至衬底材料2的辐射12的波长在200nm到2000nm的范围内变化，但是在其他实施例中使用其他范围。根据衬底材料2由硅形成的实施例，根据一些实施例，光的波长在200nm到1200nm的范围内变化，但是在其他实施例中使用其他范围。根据衬底材料2由锗形成的一个实施例，根据一些实施例，光的波长在200nm到1700nm的范围内变化，但是在其他实施例中使用其他范围。根据衬底材料2由SiGe形成的一个实施例，根据一些实施例，光的波长范围在200nm到2000nm的范围内变化，但是在其他实施例中使用其他范围。根据衬底材料2由III-V化合物半导体形成的一个实施例，根据一些实施例，光的波长在200nm到900nm的范围内变化。
仍然参照图1，在各个实施例中，将各个合适的光传感器和电压传感器连接至衬底材料2且也连接至计算机或其他处理器。在一些实施例中，放大器用于放大电压信号。在一些实施例中，放大器是降低电压信号的背景噪音的锁相放大器。
根据本发明的各个方面，在感兴趣的衬底材料上实施了大量的试验以产生光的穿透深度和波长之间的相关性。在其他实施例中，使用各种合适的计算机和处理器运行各种仿真程序来对这种关系(即，相关性)进行仿真。
图2是示出不同波长的光在材料中的不同穿透深度的原理图。衬底材料2包括表面14，且沿着衬底材料2的相对的表面18形成其他材料16。在一个实施例中，衬底材料2是CIGS吸收层并且其他材料16是Mo，但是在其他实施例中使用各种其他材料。图2示出了具有在紫外线(小于约400nm)到红外线(大于约1500nm)的范围内的各种波长的光。图2仅示出了五种不同波长的光，它们延伸穿过表面14且到达不同的深度20、22、24、26和28。然而，应该理解，尽管没有在图2中示出，但是在紫外线-可见光-红外线光谱中的各种其他波长的光延伸至不同的深度。如上所述，与紫外线辐射相比，红外线辐射是进入衬底材料2更远(即，至深度28)的较低能量、较大波长的辐射，而紫外线辐射是延伸入衬底材料2较小的深度20的较高能量、较短波长的辐射。图2示出了随着光的波长增大，光穿透进入材料越深。在吸收层内，在任何位置处存在的光强度(I)均描述为I＝I0·e-α(λ)d，其中，α是材料吸收系数且d是穿透深度。同样地，在一些实施例中，透射率测量用于确定穿透深度，且可以使用测量光的透射率的各种方法。实施建立相关性的各种试验或其他方法，以将光的波长和穿透深度相关联并且产生诸如图3中示出的相关性。在其他实施例中，使用各种其他方法或计算来确定穿透深度。
图3示出了根据本发明的一些实施例的曲线32，曲线32代表波长与材料的穿透深度的曲线图。图3中的曲线32仅代表了一个实例，且在其他实施例中产生了由各种其他曲线所表示的各种其他相关性。
根据本发明的各个方面，对于感兴趣的材料建立波长和穿透深度之间的相关性(诸如图3所示的并且由曲线32表示的)。在吸收材料内，在任何位置处存在的光强度(I)均描述为I＝I0·e-α(λ)d，其中，α是材料吸收系数且d是穿透深度。当d＝(1/α(λ))时,I＝0.37·I0，因此，对于任何材料，α是已知的，可以测量存在的光强度(I)，且对于各种波长，可以确定穿透深度d。用于测量透射率的各种方法是可利用的且可以使用。在一些实施例中，透射光谱法用于测量透射率和穿透深度。然后，透射深度d被认为是波长的函数，且可以建立诸如图3中图形化地示出的波长与穿透深度的相关性。
一旦建立了波长与穿透深度的相关性，然后就可以分析由感兴趣的材料形成且具有位于其表面下方的结的样本。在一些实施例中，样本是太阳能电池衬底或半导体衬底，且包括用于在线监测识别结的测试图案，但是在其他实施例中使用包括样本的其他结构。在一些实施例中，样本是在太阳能电池衬底或半导体衬底上所形成的层，且在一些实施例中，样本是太阳能电池衬底或半导体衬底本身。使用非破坏性的光辐射来分析样本以确定结的深度，即，结和表面之间的距离，其中，光照射穿过表面进入衬底。图1所示的布置可以用于分析。
图4A至图4C示出了根据本发明的各个方面可以测量和识别的结的各个实施例。衬底材料2可以是各种类型的半导体材料且包括位于其表面下方的结。在所示的实施例中，该结是p-n结，但是应该理解，在其他实施例中，该结是MOS或MIS结，即，位于不同材料或不同掺杂区域之间的结。在图4A中，衬底材料2包括n型掺杂区域36和p型掺杂区域38。在图4B中，衬底材料2包括n型掺杂材料42和p型掺杂材料44，且在图4C中，衬底材料2包括n型掺杂材料46和p型掺杂材料48。在图4A中，结50设置在n型掺杂材料36和p型掺杂材料38之间。在图4B中，结54设置在n型掺杂材料42和p型掺杂材料44之间。在图4C中，结56位于n型掺杂材料46和p型掺杂材料48之间。
本发明提供了通过将光照射引入到表面14且测量电压来确定相应的结50、54和56的位置，具体地，相应的结50、54和56与表面14的距离。这个距离经常被称为结深度，即，位于表面14下方的相应的结50、54和56的深度。在每个所示的实施例中，两个电极60连接至p-n结的负极侧和正极侧，且当由直接穿过表面14的光来照射衬底材料2时，两个电极60用于测量p-n结两端的电压。直接穿过表面14的光包括适于衬底材料2的一定波长范围，上面提供了一些这样的实例。在各个实施例中，使用各种电压表。在一些实施例中，n型和p型掺杂材料形成在太阳能电池衬底中，测量电压包括使用连接至太阳能电池衬底的前面和背面的电极测量p-n结两端的电压。
通过称为光伏效应的工艺在p-n结中产生电压。通过p-n结的光收集产生的载流子引起了电子向n型侧的移动以及空穴向结的p型侧的移动。然而，如果阻止光产生的载流子离开太阳能电池，则光收集产生的载流子引起p-n结的n型侧上的电子数量的增加和p型材料中的空穴的类似增加。这种电荷的分离在结处产生电场，该电场与结处已经存在的电场相反，从而减小净电场。由于电场代表对正向偏置扩散电流的流动的势垒，所以减小电场使扩散电流增大。达到一种新的平衡，其中在p-n结两端存在电压。吸收的光能(光子)的量越大，p-n结两端的电压越大。然后使用电极60测量该电压，且在用于光照射的波长范围内的多个或所有波长处完成该测量，以产生诸如图5和图6所示的电压-波长相关性。
图5示出了两条相关性曲线。相关性曲线64表示一个样本，且相关性曲线66表示另一个样本。在每种情况下，对于具有衬底材料(具有位于衬底表面下方的结或界面)的样本，相关性曲线64、66表示作为光的波长的函数的电压读数(见上文)。相关性曲线64包括峰值电压位置68且相关性曲线66包括峰值电压位置70。相关性曲线64的峰值电压位置68沿X轴位于特定波长位置处。对于相关性曲线64，峰值电压位置68出现在波长为约380nm到385nm的位置处。根据本发明的各个方面，然后关于诸如图3所示的用于相同材料的相关联穿透深度与波长的相关性中参考380nm到385nm的这个波长，并且将与约380nm到385nm的波长相关联的穿透深度识别为位于衬底材料2的表面14下方的p-n结的结深度。相关性曲线的峰值电压位置处的电压强度与载流子浓度直接相关。通常，电压与载流子浓度直接相关。同样地，相关性曲线64的峰值电压位置68处的电压强度与由相关性曲线64表示的样本的载流子浓度相关。
对相关性曲线66进行相同的分析，相关性曲线66表示不同的样本。由于位置68处的电压信号的高度比位置70处的电压低约17％，所以相关性曲线64的峰值电压位置68处的电压强度表示的载流子浓度比相关性曲线66的位置70处低约17％。
图6示出了两条其他相关性曲线74和76，对这两条曲线可以进行相同的分析。与图5的两条相关性曲线64、66相似，相关性曲线74表示异质结，而相关性曲线76表示同质结。同质结和异质结之间的差异是材料吸收率，即，带隙和吸收系数。电压信号的锐度与材料中的载流子浓度相关，且由相关性曲线74所表示的异质结产生较尖锐的电压信号曲线。相关性曲线74包括峰值电压位置78，且相关性曲线76包括峰值电压位置80。在每种情况下，峰值电压78、80沿着x轴的位置与波长相关联，然后通过参考用于分析的材料的相关联的波长-穿透深度相关性以及识别与波长相关联的穿透深度，可以将波长用于识别结深度。该穿透深度是位于衬底材料2的表面14下方的p-n结的结深度。在每种情况下，峰值电压78、80处的电压强度与载流子浓度相关。
图7是根据本发明的各个实施例示出方法的步骤的流程图。在步骤101中，如上所述，通过测量与一定波长范围对应的电压产生电压信号。在各个实施例中，波长的范围可以位于紫外线到红外线辐射的范围内，且根据进行分析的衬底材料而不同。根据一些实施例，产生电压和波长之间的相关性，且在一些实施例中，以图形的方式绘制或表示该相关性。
在步骤103中，使用上面描述的方法来识别步骤101的电压-波长相关性中与峰值电压相关联的光的波长，且该波长与穿透深度相关联。在步骤105中，计算在步骤101中产生的电压-穿透深度曲线的微分。术语微分指的是电压-穿透深度曲线中的无穷小(无限小)的变化，且该变化可以用dV或ΔV表示以表示V(电压)的值的变化。将微分dV解释为无穷小，且表示在可变电压中的无限小的变化。在各个实施例中，可利用并且使用严格确定这种无穷小的若干方法。
在步骤107中，通过电压-穿透深度曲线的微分来建立电场-穿透深度曲线。电场用电压/距离表示，且使用方程式E(x)＝-dV(x)/dx产生，其中，x是深度，即，吸收层的厚度。以这种方式，可以使用吸收层的厚度获得电场-穿透深度曲线。此外，在步骤107中，计算电场-穿透深度曲线的微分。微分d[E电场]代表可变电场-穿透深度曲线中的无限小的变化。在步骤109中，使用电场-穿透深度曲线的微分来计算载流子浓度分布。在一个实施例中，以下方程式用于描述载流子浓度分布C1和C2：
其中，-ε是半导体材料的介电常数，且-xp和xn分别是从两种材料之间的物理结所测量的p型侧和n型侧半导体的耗尽区的边缘。
在一些实施例中，提供了一种用于识别材料中的结深度的测量方法。该方法包括在第一光照射工艺中建立光的波长和材料中的光的穿透深度之间的第一相关性；提供材料的层，材料的层具有位于其表面下方的结；在进一步的光照射工艺中，引导光从光源穿过表面进入层内，该光包括选定的波长范围的光；在进一步的光照射工艺中，测量由光感应的电压作为光的波长的函数，从而建立测量的电压和来自光源的光的波长之间的第二相关性；且基于第二相关性识别位于表面下方的结的深度。
在一些实施例中，提供了一种用于识别材料中的结深度的测量方法。该方法包括：首先建立光的波长和材料中的光的穿透深度之间的相关性；提供衬底材料，该衬底具有位于其表面下方的结；引导一定波长范围的光从光源穿过表面进入衬底内，从而在结处感应用于一定波长范围的光的每个波长的可测量电压；贯穿光的波长范围测量至少一些可测量电压；识别测量的电压的峰值电压；检测与峰值电压相关联的第一波长；以及使用相关性识别与峰值电压和第一波长相关联的深度，该深度是相关性中与第一波长相关联的穿透深度。
在一些实施例中，提供了一种用于识别太阳能电池中的结深度的测量方法。该方法包括：通过测量材料中各个波长的光的透射率，建立的光的波长和材料中光的穿透深度之间的第一相关性；提供包括材料的结构的太阳能电池衬底，该材料的结构具有位于其表面下方的p-n结；引导一定范围波长的光从光源穿过表面进入材料的结构内，从而对一定范围波长的每个波长在p-n结两端感应可测量电压；贯穿光的波长范围测量至少一些可测量电压，从而建立测量的电压和光的波长之间的第二相关性；识别测量的电压的峰值电压；使用第二相关性识别与峰值电压相关联的第一波长；使用第一相关性识别与峰值电压和第一波长相关联的深度，该深度是与第一相关性中的第一波长相关联的穿透深度；以及基于峰值电压识别材料的结构中的掺杂浓度。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域普通技术人员应该理解，他们可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (20)

1.一种用于识别材料中的结深度的测量方法，所述方法包括：
在第一光照射工艺中，建立光的波长和所述光在材料中的穿透深度之间的第一相关性；
提供所述材料的层，所述材料的层具有位于其表面下方的结；
在进一步的光照射工艺中，引导光从照射源穿过所述表面进入所述材料的层内，所述光包括选定波长范围内的光；
在所述进一步的光照射工艺中，测量由所述光感应的电压作为所述光的波长的函数，从而建立所测量的电压和来自所述照射源的光的波长之间的第二相关性；以及
基于所述第二相关性，识别位于所述表面下方的所述结的深度。
2.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，建立所述第一相关性包括对于多种波长的光实施多次试验以及测量或计算所述穿透深度。
3.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，从所述照射源引导所述光包括使用调频器调制所述光，且测量所述电压包括使用放大器放大所述电压。
4.根据权利要求3所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，测量所述电压包括的所述放大器是降低所述电压的背景噪音的锁相放大器。
5.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述结包括金属氧化物半导体结，所述金属氧化物半导体结为不同材料之间的结。
6.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述第二相关性包括所测量的电压与来自所述照射源的光的所述波长的曲线，以及
所述识别包括识别与所述曲线的峰值电压读数相关联的第一波长。
7.根据权利要求6所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述识别进一步包括：基于所述第一相关性将所述第一波长与所述穿透深度相关联。
8.根据权利要求6所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述识别进一步包括：建立所述深度作为与所述第一相关性中的所述第一波长相关联的穿透深度。
9.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述材料包括硅，并且建立所述第一相关性包括使用范围在200nm到1200nm内的光的波长。
10.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述材料包括锗，并且建立所述第一相关性包括使用范围在200nm到1700nm内的光的波长。
11.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述材料的层是衬底材料，并且测量所述电压包括使用连接至所述结的相对两侧上的所述衬底材料的电极测量所述结两端的电压。
12.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述材料的层包括太阳能电池衬底，并且测量所述电压包括使用连接至所述太阳能电池衬底的前面和背面的电极测量所述结两端的电压。
13.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，建立所述第一相关性包括测量所述材料的透光率。
14.根据权利要求1所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述结是p-n结，且进一步包括识别所述材料的层中的掺杂浓度。
15.根据权利要求14所述的测量方法，其中，识别所述材料的层中的掺杂浓度包括基于所述第二相关性测量的电压来识别所述材料的层中的所述掺杂浓度。
16.一种用于识别材料中的结深度的测量方法，所述方法包括：
首先建立光的波长和光在材料中的穿透深度之间的第一相关性；
提供所述材料的衬底，所述衬底具有位于其表面下方的结；
引导一定波长范围的光从照射源穿过所述表面进入所述衬底内，从而在所述结处对所述一定波长范围的光的每种波长感应可测量电压；
贯穿所述光的一定波长范围，根据所述光的波长测量至少一些所述可测量电压；
识别所测量的电压的峰值电压；
检测与所述峰值电压相关联的第一波长；以及
使用所述相关性识别与所述峰值电压和所述第一波长相关联的深度，所述深度是与所述相关性中的所述第一波长相关联的穿透深度。
17.根据权利要求16所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，测量至少一些所述可测量电压包括使用连接至所述结的相对两侧的电极测量所述结两端的电压。
18.根据权利要求16所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述结是p-n结，所述材料包括硅，且引导所述一定波长范围的光包括波长在200nm到1200nm的范围内的光。
19.根据权利要求16所述的用于识别材料中的结深度的测量方法，其中，所述材料包括锗，且引导所述一定波长范围的光包括波长在200nm到1700nm的范围内的光。
20.一种用于识别太阳能电池中的结深度的测量方法，所述方法包括：
通过测量各个波长的光在材料中的透射率，建立所述光的波长和所述光在所述材料中的穿透深度之间的第一相关性；
提供包括所述材料的结构的太阳能电池衬底，所述材料的结构具有位于其表面下方的p-n结；
引导一定波长范围的光从照射源穿过所述表面进入所述材料的结构内，从而对所述一定波长范围内的每种波长在所述p-n结两端感应可测量电压；
贯穿所述光的一定波长范围，测量至少一些所述可测量电压，从而建立测量的电压和光的波长之间的第二相关性；
识别所述测量的电压的峰值电压；
使用所述第二相关性识别与所述峰值电压相关联的第一波长；
使用所述第一相关性识别与所述峰值电压和所述第一波长相关联的深度，所述深度是与所述第一相关性中的所述第一波长相关联的穿透深度；以及
基于所述峰值电压识别所述材料的结构中的掺杂浓度。
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CN108111784B (zh) * 2017-12-22 2020-06-26 成都先锋材料有限公司 一种生物活体影像监控系统
CN110011617B (zh) * 2019-04-02 2020-07-03 宁夏大学 一种双面太阳能电池超浅结结深的测量方法及其装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU457424A1 (ru) * 1972-09-29 1979-02-28 Предприятие П/Я В-2763 Способ определени глубины залегани -перехода
JPS63107133A (ja) * 1986-10-24 1988-05-12 Hitachi Ltd 半導体装置の製造方法
JPS6489442A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Toshiba Corp Measuring method of semiconductor device
JPH0574908A (ja) * 1991-09-18 1993-03-26 Meidensha Corp 半導体装置におけるシリコン基板の評価方法
US6294919B1 (en) * 1998-03-27 2001-09-25 Infineon Technologies Ag Method for nondestructive measurement of dopant concentrations and profiles in the drift region of certain semiconductor devices
US7129466B2 (en) * 2002-05-08 2006-10-31 Canon Kabushiki Kaisha Color image pickup device and color light-receiving device
US7063991B1 (en) * 2004-07-28 2006-06-20 Advanced Micro Devices, Inc. Methods of determining characteristics of doped regions on device wafers, and system for accomplishing same
CN101771800A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmos图像传感器及其成像方法
CN103080725B (zh) * 2010-07-21 2016-08-10 Imec公司 用于确定有效掺杂物分布的方法

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