-
Halbleiterbauelemente wie beispielsweise Halbleiterdioden, Laserdioden, Photodioden, Konzentratorsolarzellen weisen typischerweise kleine Abmessungen auf, sodass eine Vielzahl solcher Halbleiterbauelemente gleichzeitig auf einem Halbleiterwafer gefertigt wird. Die Halbleiterbauelemente werden hierbei typischerweise als Array, beispielsweise auf den Eckpunkten eines quadratischen Gitters, angeordnet. Eine solche Anordnung findet sich auch bei photovoltaischen Solarzellen mit kleinen Abmessungen, beispielsweise bei Solarzellen für Konzentratoranwendungen.
-
Auf einem typischen Halbleiterwafer können zehntausend gleicher Bauelemente angeordnet sein, die zur späteren Verwendung vereinzelt werden.
-
Zur Charakterisierung und Kontrolle des Herstellungsprozesses ist es wünschenswert, elektronische Kenngrößen der Halbleiterbauelemente vor Vereinzelung zu bestimmen. Am Ende des Herstellungsprozesses wird daher jedes der Halbleiterbauelemente auf dem Halbleiterwafer elektrisch kontaktiert, um eine elektronische Kenngröße wie beispielsweise die IV-Kennlinie zu messen.
-
Aus
DE 10 2016 114 459 A1 ist ein Verfahren zur Analyse einer Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen bekannt.
-
Aus
EP 2 245 473 B1 ist ein Verfahren zur Analyse eines einzelnen Halbleiterbauelements bekannt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Charakterisierungsverfahren für eine solche Vielzahl von Halbleiterbauelementen auf einem Halbleiterwafer zur Verfügung zu stellen.
-
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Analyse einer Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Analyse einer Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen mit jeweils zumindest einem pn-Übergang. Ein optisches Halbleiterbauelement ist dazu ausgebildet, bei Beaufschlagung mittels elektrischer Energie diese in optische Strahlung umzuwandeln und/oder bei Beaufschlagung mittels optischer Strahlung diese in elektrische Energie umzuwandeln. Typische optische Halbleiterelemente sind Halbleiterdioden zum Aussenden optischer Strahlung, insbesondere Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, Laserdioden, Photodioden oder photovoltaische Solarzellen, insbesondere mittels direkter und/oder indirekter Halbleiter ausgebildete Solarzellen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf: In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit einer Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen. In einem Verfahrensschritt B erfolgen ein Anregen der Halbleiterbauelemente und ein separates Erfassen von Messdaten für jedes Halbleiterbauelement. Vorteilhafterweise sind die optischen Halbleiterbauelemente elektrisch getrennt oder zumindest teilweise elektrisch getrennt zu den benachbarten Halbleiterbauelementen ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Teil-Halbleiterbauelemente zu einem Halbleiterbauelement zusammengefasst und gemeinsam ausgewertet werden. Hierbei ist das Halbleiterelement als zusammenhängendes Gebiet definiert, welches ein oder mehrere Teilhalbleiterbauelemente umfassen kann.
-
Diese Verfahrensschritte sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei bei den vorbekannten Verfahren in Verfahrensschritt B jedes der Halbleiterbauelemente separat elektrisch kontaktiert wurde.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wesentlich, dass in Verfahrensschritt B jedes der Vielzahl der Halbleiterbauelemente durch Beaufschlagung mittels elektromagnetischer Strahlung angeregt wird und während und/oder nach Anregung von dem Halbleiterbauelement emittierte Photonen gemessen werden. Photonen können von dem Halbleiterbauelement beispielsweise aufgrund strahlender Rekombination von Ladungsträgern (Photolumineszenz) oder aufgrund lokal erhöhter Temperatur (thermische Strahlung) emittiert werden.
-
Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass bei den vorbekannten Verfahren mittels elektrischer Kontaktierung jedes der Halbleiterbauelemente erhebliche Nachteile bestehen:
- Eine elektrische Kontaktierung erfordert typischerweise das sequenzielle Messen der Halbleiterbauelemente, sodass bei einer großen Anzahl von Halbleiterbauelementen eine erhebliche Zeitdauer für die gesamte Messung notwendig ist. Weiterhin führt eine elektrische Kontaktierung, welche typischerweise mittels Federkontaktstiften durchgeführt wird, zu einer mechanischen Belastung der Bauteile, die zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise führen kann, insbesondere einer Beschädigung der Oberfläche der Halbleiterbauelemente.
-
Die elektrische Kontaktierung erfordert, dass jedes der Halbleiterbauelemente Kontaktierungsflächen, typischerweise metallische Kontaktierungsflächen, aufweist, welche in geeigneter Größe ausgebildet werden müssen, um sicher elektrisch durch beispielsweise Federkontaktstifte kontaktiert werden zu können. Dies steht der Entwicklung zunehmender Miniaturisierung der Halbleiterbauelemente entgegen. Darüber hinaus können Messfehler auftreten, wenn eine unvollständige oder fehlerhafte elektrische Kontaktierung erfolgt, sodass ein nicht vernachlässigbarer Kontaktwiderstand zwischen Kontaktelement wie beispielsweise Federkontaktstift und Kontaktfläche des Halbleiterbauelementes vorliegt. Auch kann bei elektrischer Kontaktierung eine Wartung oder ein Austausch abgenutzter Kontaktelemente notwendig sein.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Die Anregung der Halbleiterbauelemente durch Beaufschlagen mittels elektromagnetischer Anregungsstrahlung erfordert keine elektrische Kontaktierung. Ebenso ist für die Vermessung der von dem jeweiligen Halbleiterbauelement emittierten Photonen keine Kontaktierung des Halbleiterbauelementes notwendig.
-
Die Vielzahl der optischen Halbleiterbauelemente kann eine Teilmenge der auf dem bereitgestellten Halbleitersubstrat angeordneten Halbleiterbauelemente sein. Vorteilhafterweise umfasst die Vielzahl der optischen Halbleiterbauelemente zumindest 10, insbesondere zumindest 100, insbesondere zumindest 1000, weiter bevorzugt zumindest 5000 Halbleiterbauelemente. Vorteilhaft ist es, dass die Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen zumindest 10%, insbesonder zumindest 20%, bevorzugt zumindest 50%, besonders bevorzugt alle auf dem bereitgestellten Halbleitersubstrat angeordneten Halbleiterbauelemente umfasst.
-
Erfindungsgemäß wird zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Halbleiterbauelementen, bevorzugt die gesamte Vielzahl von Halbleiterbauelementen, gleichzeitig mittels der Anregungsstrahlung angeregt. Hierdurch wird eine kürzere Gesamtmessdauer ermöglicht.
-
Hierbei werden mittels eines optischen Detektors, welcher mehrere Teildetektoren, insbesondere Pixel eines Kameradetektors, aufweist, gleichzeitig für jedes Halbleiterbauelement der Teilmenge der gleichzeitig angeregten Halbleiterbauelemente die emittierten Photonen mittels zumindest eines Teildetektors erfasst. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nicht nur die Anregung zeitsparend gleichzeitig bei allen Halbleiterbauelementen der Teilmenge erfolgt, sondern zusätzlich auch die Detektion der emittierten Photonen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Teilmenge in mehrere, bevorzugt disjunkte, Unterteilmengen unterteilt ist und lediglich die Halbleiterbauelemente einer Unterteilmenge zeitgleich angeregt werden.
-
Erfindungsgemäß erfolgt hierbei eine ortsaufgelöste Messung mittels eines ortsauflösenden optischen Detektors. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf an sich bekannte Detektoren zur ortsaufgelösten Messung emittierter Photonen zurückgegriffen werden kann. Insbesondere kann auf handelsübliche Kameras oder vergleichbare Detektoren, insbesondere auf Detektoren mit ortsauflösenden CCD-Chips, bevorzugt für den sichtbaren und Nahinfrarot-Bereich oder Halbleiterdetektoren bevorzugt zu Detektion im mittleren und/oder langwelligen Infrarotbereich zurückgegriffen werden.
-
Die in den beschriebenen vorteilhaften Ausführungen genannte Teilmenge umfasst bevorzugt zumindest 20 %, insbesondere zumindest 50 %, weiter bevorzugt zumindest 80 %, weiter bevorzugt alle Halbleiterbauelemente der Vielzahl von Halbleiterbauelementen. Besonders vorteilhaft ist es somit, dass die Teilmenge identisch zu der Vielzahl von Halbleiterbauelementen ist.
-
Bei Durchführung einer ortsaufgelösten Messung mittels eines ortsauflösenden optischen Detektors wie zuvor beschrieben ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messdaten in einem einfach zusammenhängenden Gebiet, welches von Messdaten kleiner eines vorgegebenen Randschwellwerts umschlossen ist, als Messgebiet eines Halbleiterbauelementes zusammengefasst werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass eine gemeinsame Auswertung der Messdaten des Messgebiets eines Halbleiterbauelementes erfolgt.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Zuordnung der Teildetektoren zu einem jeweiligen Halbleiterbauelement vorbekannt ist. Hierdurch ergibt sich eine unaufwendige Auswertung durch Zuordnung der Messdaten zu dem jeweiligen Halbleiterbauelement.
-
Eine solche Zuordnung erfolgt bevorzugt, indem ein oder bevorzugt mehrere Positionsmarker auf dem Halbleitersubstrat mittels des optischen Detektors ortsaufgelöst erfasst und bevorzugt automatisiert mittels Bildauswertung identifiziert werden. Anhand der Lage und bevorzugt zusätzlich des Abstandes der Positionsmarker kann eine örtliche Zuordnung eines vorgegebenen Halbleiterbauelementeplans mit der Anordnung der Halbleiterbauelemente auf dem Halbleitersubstrat mit den Messdaten der Teildetektoren abgeglichen werden, sodass eine Zuordnung automatisiert erfolgen kann.
-
Eine hinsichtlich des bereitgestellten Halbleitersubstrats unaufwendige vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, indem die Grenzen zwischen den Halbleiterbauelementen wie zuvor beschrieben zur Identifizierung der einzelnen Halbleiterbauelemente, insbesondere der Zuordnung von Messwerten der Teildetektoren zu den einzelnen Halbleiterbauelementen, verwendet werden. Die Halbleiterbauelemente sind bevorzugt auf dem Halbleitersubstrat zueinander beabstandet angeordnet. In den Zwischenbereichen zwischen den Halbleiterbauelementen werden typischerweise keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Anzahl von Photonen emittiert. Vorteilhafterweise wird daher wie zuvor beschrieben ein Randschwellwert vorgegeben, sodass Bereiche, bei welchen keine oder nur Photonen mit einer Intensität unterhalb des Randschwellwertes emittiert werden, dem zwischen den Halbleiterbauelementen liegenden Rand zugeordnet werden, sodass die verbleibenden Bereiche mit Intensitäten der emittierten Photonen über dem Randschwellwert in einfach zusammenhängende Gebiete aufgeteilt werden können, wobei jedes Gebiet einem optischen Halbleiterbauelement entspricht. Vorteilhaft ist es daher, jedes dieser einfach zusammenhängenden Gebiete zusammengefasst auszuwerten, insbesondere, sofern solch ein Gebiet mehreren Teildetektoren zugeordnet ist, eine gemeinsame Auswertung der Messdaten dieser einem zusammenhängenden Gebiet zugeordneten Teildetektoren durchzuführen, beispielsweise durch Mittelung der Messdaten dieser Teildetektoren.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei Anordnungen von Halbleiterbauelementen durchführbar, bei denen eine Abgrenzung mittels Randschwellwert wie oben ausgeführt nicht möglich oder unvorteilhaft ist. Insbesondere kann geometrisch eine Zuordnung einzelner Teilbereiche, insbesondere eines oder mehrerer Teildetektoren zu den einzelnen Halbleiterbauelementen erfolgen.
-
Hinsichtlich der Art der Beaufschlagung der Halbleiterbauelemente mittels elektromagnetischer Anregungsstrahlung und der Auswertung der gemessenen emittierten Photonen liegt es im Rahmen der Erfindung, auf an sich bekannte Messmethoden zurückzugreifen.
-
Besonders vorteilhaft ist eine Aufwertung nach dem Prinzip der Photolumineszenz. Eine solche Anregung und Auswertung der emittierten Photonen ist für großflächige Halbleiterbauelemente, insbesondere großflächige photovoltaische Solarzellen, welche ein gesamtes Halbleitersubstrat bedecken - so dass lediglich ein Halbleiterbauelement vorliegt - bekannt und beispielsweise in Michl, B., Impera, D., Bivour, M., Warta, W., & Schubert, M. C. (2014). Suns-PLl as a powerful tool for spatially resolved fill factor analysis of solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 22(5), 581-586 beschrieben.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Auswertung nach dem Prinzip der Thermographie. Die Charakterisierung großflächiger photovoltaischer Solarzellen, welche ein Halbleitersubstrat vollständig überdecken, mittels Thermographie ist an sich bekannt und beispielsweise in Breitenstein, O., Warta, W., & Schubert, M. C. (2019). Lock-in thermography: Basics and use for evaluating electronic devices and materials (Vol. 10). Springer beschrieben.
-
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination der Charakterisierung mittels Photolumineszenz und Thermographie. Eine Kombination dieser Verfahren ist an sich bekannt und beispielsweise in Michl, B., Padilla, M., Geisemeyer, I., Haag, S. T., Schindler, F., Schubert, M. C., & Warta, W. (2014). Imaging techniques for quantitative silicon material and solar cell analysis. IEEE Journal of Photovoltaics, 4(6), 1502-1510 beschrieben.
-
Zur effektiven Verkürzung der Gesamtmessdauer ist es vorteilhaft, dass alle Halbleiterbauelement gleichzeitig mittels der Anregungsstrahlung angeregt werden.
-
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird die Vielzahl der Halbleiterbauelemente in mehrere Teilmengen unterteilt und sukzessive wird jeweils eine Teilmenge mit Anregungsstrahlung angeregt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zur Erzielung einer gewünschten Anregungsintensität durch Aufteilen der Vielzahl der Halbleiterbauelemente in mehrere Teilmengen eine geringere Gesamtintensität notwendig ist. Auch wird im Vergleich zur seriellen Messung eine kürzere Messzeit erzielt.
-
Die Analyse jedes der Vielzahl der optischen Halbleiterbauelemente kann vorteilhafterweise wie zuvor beschrieben bei den Verfahren der Photolumineszenz und/oder Thermographie bekannt erfolgen. Insbesondere ist es vorteilhaft, aus den Messdaten in an sich bekannter Weise auf eine Strom-Spannungskennlinie zu schließen und/oder charakteristische Kenngrößen der Strom-Spannungskennlinie zu bestimmen. Solche Analysen sind an sich bekannt aus Breitenstein, O., Frühauf, F., Bauer, J., Schindler, F., & Michl, B. (2016). Local solar cell efficiency analysis performed by injection-dependent PL imaging (ELBA) and voltage-dependent lock-in thermography (local IV). Energy Procedia, 92, 10-15; Breitenstein, O. (2011). Nondestructive local analysis of current-voltage characteristics of solar cells by lock-in thermography. Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(10), 2933-2936; Kwapil, W., Wasmer, S., Fell, A., Greulich, J. M., & Schubert, M. C. (2019). Suns-ILIT: Contact-less determination of local solar cell current-voltage characteristics. Solar Energy Materials and Solar Cells, 191, 71-77 und Michl, B., Impera, D., Bivour, M., Warta, W., & Schubert, M. C. (2014). Suns-PLI as a powerful tool for spatially resolved fill factor analysis of solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 22(5), 581-586.
-
Zur Verbesserung der Analyse der Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen ist es vorteilhaft, dass zumindest eines der Halbleiterbauelemente und/oder ein Kalibrierelement, insbesondere an dem Halbleitersubstrat ausgebildetes Kalibrierelement elektrisch kontaktiert wird, um eine Kalibrierungsmessung durchzuführen, bevorzugt mittels Federkontaktstiften. Hier ergibt sich zwar der Nachteil, dass zumindest eines der Halbleiterbauelemente wie aus dem Stand der Technik bekannt elektrisch kontaktiert werden muss. Diese Kontaktierung muss jedoch nur an einem oder einer geringen Anzahl der Halbleiterbauelemente erfolgen. Die Messdaten aus der Messung des elektrisch kontaktierten Halbleiterbauelementes, insbesondere bevorzugt eine Strom-Spannungskennlinie und/oder Kenngrößen einer solchen Spannungskennlinie, können zur Kalibrierung der nicht elektrisch kontaktierten Halbleiterbauelemente verwendet werden, sodass genauere quantitativen Bestimmungen der Kenngrößen und/oder der Strom-Spannungskennlinie auch bei den nicht elektrisch kontaktierten Hableiterbauelementen ermöglicht werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine Messung des Stroms und/oder der Spannung des elektrisch kontaktierten Halbleiterbauelements während der Anregung durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, des elektrisch kontaktierte Halbleiterbauelement mit einer vorgegebenen Spannung zu beaufschlagen und/oder einen vorgegebenen Stromfluss mittels der elektrischen Kontaktierung zu induzieren.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Halbleiterbauelemente mit Anregungsstrahlung zeitlich konstanter Intensität zu beaufschlagen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der zeitliche Verlauf der Intensität der von den angeregten Halbleiterbauelementen emittierten Photonen gemessen. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Intensität der Anregungsstrahlung zeitlich variiert wird.
-
Hierdurch ergibt sich ein vereinfachter Messablauf und können auf an sich bekannte Messverfahren und Auswerteverfahren von pulsartig und/oder mit modulierter Intensität, insbesondere sinus- oder rechteckförmig moduliert, beaufschlagten Halbleiterbauelementen zurückgegriffen werden, wie beispielsweise in Sinton RA, Cuevas A. A quasi-steady-state open-circuit voltage method for solar cell characterization. Proceedings of the 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow, UK, 2000; 1152-1155 und Kerr, M. J., Cuevas, A., & Sinton, R. A. (2002). Generalized analysis of quasi-steady-state and transient decay open circuit voltage measurements. Journal of applied physics, 91(1), 399-404 beschrieben.
-
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, mittels eines separaten Intensitätsdetektors den Verlauf der Intensität der Anregungsstrahlung zu messen. Dies ermöglicht eine genauere Auswertung der durch die zeitlich variierende Intensität der Anregungsstrahlung erzeugten emittierten Photonen.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren beschrieben.
-
Dabei zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Das Verfahren dient zur Analyse einer Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen mit vorliegend jeweils zumindest einem pn-Übergang. Ebenso können Halbleiterbauelemente mit Ladungsträger-selektiven Schichten analysiert werden wie z.B. auf Perowskit basierende Bauelemente oder auf organischen Halbleitern basierende Bauelemente. Die Halbleiterbauelemente sind auf einem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet, welches vorliegend als Siliziumwafer ausgebildet ist. Die Halbleiterbauelemente sind in 1 schematisch als schwarze Flächen dargestellt, exemplarisch sind zwei Halbleiterbauelemente 2, 2' mit Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Das Halbleitersubstrat 1 ist auf einem elektrisch leitenden Messtisch 3 der Vorrichtung angeordnet und somit sind die Halbleiterbauelemente 2, 2' rückseitig durch den Messtisch 3 elektrisch kontaktiert.
-
Mittels einer Strahlungsquelle 4, vorliegend als Laser mit Homogenisierungsoptik ausgebildet, erfolgt ein Beaufschlagen der Halbleiterbauelemente 2, 2' des Halbleitersubstrats 1 mittels elektromagnetischer Anregungsstrahlung, vorliegend mit der Wellenlänge 800nm und einer in etwa homogenen Intensität von etwa 10^17 Photonen pro cm2 und s.
-
Die Vorrichtung weist weiterhin einen Lumineszenzdetektor 5 auf. Dieser ist ausgebildet, ortsaufgelöst von den Halbleiterbauelementen 2, 2' emittierte Photonen zu detektieren, vorliegend im Wellenlängenbereich der Lumineszenzstrahlung (900 nm bis 1200 nm).
-
Der Lumineszenzdetektor ist als Kamera mit einem ortsauflösenden CCD-Chip ausgebildet.
-
Zur Durchführung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zunächst wie in 1 gezeigt das Bereitstellen des Halbleitersubstrats 1 mit der Vielzahl von optischen Halbleiterbauelementen 2, 2' in einem Verfahrensschritt A und ein Anregen der Halbleiterbauelemente 2, 2' mittels elektromagnetischer Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle 4, wobei vorliegend während der Anregung die von den Halbleiterbauelementen 2, 2' emittierten Photonen der Lumineszenzstrahlung mittels des Lumineszenzdetektors 5 ortsaufgelöst detektiert werden.
-
Hierbei wird somit die Gesamtmenge der auf dem Halbleitersubstrat 1 angeordneten Halbleiterbauelemente gleichzeitig mittels Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle 4 angeregt.
-
Wie in 1 ersichtlich, sind die einzelnen Halbleiterbauelemente 2, 2' voneinander beabstandet. In den Zwischenräumen zwischen den Halbleiterbauelementen wird somit nur geringfügig Lumineszenzstrahlung emittiert, so dass wie oben beschrieben durch Vorgabe eines Randschwellwerts automatisiert eine Zuordnung der einzelnen Teildetektoren des CCD-Chips des Lumineszenzdetektors 5 (d. h. der Pixel des Lumineszenzdetektors) zu einem zusammengehörigen Gebiet, welches einem Halbleiterbauelement entspricht, erfolgen kann. In einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels sind die Anordnungen der Halbleiterbauelemente vorbekannt, z.B. als Layout-Plan und mittels Bilderkennung über Kennmarken oder beispielsweise dem Randbereich der Anordnung erfolgt die Zuordnung der Teildetektoren zu den einzelnen Halbleiterbauelementen.
-
Mittels einer nicht dargestellten Auswerteeinheit ist es somit möglich, für jedes Halbleiterbauelement separat Messdaten der Lumineszenzstrahlung zur Verfügung zu stellen und diese in an sich bekannter Weise auszuwerten, vorliegend zur Bestimmung von effektiven Ladungsträgerdichten, Spannungen, Füllfaktoren oder pseudo-Kennlinien.
-
In einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels ist zusätzlich eine elektrische Kalibriereinheit 6 vorgesehen. Diese ist mit dem Messtisch 3 und vorliegend mit einem der Halbleiterbauelemente, Halbleiterbauelement 2', elektrisch leitend verbunden, so dass durch Beaufschlagen des Halbleiterbauelementes 2' mittels Spannung durch die Kalibriereinheit und Messen des Stroms abhängig von der beaufschlagten Spannung eine IV-Kennlinie des Halbleiterbauelements 2' gemessen wird. Aus der IV-Kennlinie wird zur Kalibrierung eine quantitative Zuordnung zwischen Spannung und Kamerasignal auf demselben (kontaktierten) Bauelement erreicht, die im darauffolgenden Schritt für die Kalibrierung auch der nicht kontaktierten Bauelemente verwendet wird.
-
In einer alternativen Ausgestaltung der in 1 gezeigten Vorrichtung ist statt des Lumineszenzdetektors 5 eine Thermografiekamera 7 angeordnet. In Abwandlung des zuvor beschriebenen Verfahrens erfolgt während der Beaufschlagung mittels elektromagnetischer Anregungsstrahlung eine Detektion der von den Halbleiterbauelementen emittierten Photonen im Wellenlängenbereich 1,5 µm-5 µm (alternativ 3 µm bis 5 µm oder 7,5 µm bis 14 µm) mittels der Thermografiekamera 7. Die Detektion erfolgt ebenfalls ortsaufgelöst und mittels der zuvor beschriebenen Methode eines vorgegebenen Randschwellwertes erfolgt die Zuordnung einzelner Pixel des Detektors der Thermografiekamera zu den Halbleiterbauelementen. Die Auswertung erfolgt wie in den zuvor zitierten Referenzen zur Charakterisierung mittels Thermografie beschrieben.
-
In einer weiteren Weiterbildung des Ausführungsbeispiels sind sowohl die Thermografiekamera 7, als auch der Lumineszenzdetektor 5 vorgesehen, so dass beide Messungen gleichzeitig durchgeführt werden können.
-
Zum Steuern des Messvorgangs und zur Auswertung der Messdaten von Thermografiekamera 7 und/oder Lumineszenzdetektor 5 weist die Vorrichtung eine (nicht dargestellte) Steuer- und Auswerteeinheit, welche als Rechnereinheit, insbesondere als handelsüblicher Computer ausgebildet ist und mit der Strahlungsquelle zu deren Steuerung sowie mit der Thermografiekamera 7 und/oder dem Lumineszenzdetektor 5 zur Messdatenerfassung verbunden ist. Bei Vorsehen einer Kalibriereinheit 6 ist die Steuer- und Auswerteeinheit zusätzlich mit der Kalibriereinheit 6 zu deren Steuerung und zur Erfassung der Messdaten der Kalibriereinheit 6 verbunden.
-
Messtisch 3, Strahlungsquelle 4, Lumineszenzdetektor 5, Kalibriereinheit 6 und Thermografiekamera 7 sind an einer gemeinsamen, nicht dargestellten Halterung der Vorrichtung angeordnet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Halbleitersubstrat
- 2, 2'
- Halbleiterbauelement
- 3
- Messtisch
- 4
- Strahlungsquelle
- 5
- Lumineszenzdetektor
- 6
- Kalibriereinheit
- 7
- Thermographiekamera
