微小裂纹的多晶硅圆片的机械压力试验

对带有微小裂纹的多晶硅圆片的机械压力试验
关键词： 微裂，压力，硅太阳能电池
在硅光电生产过程中zui大的问题就是硅片的断裂。由于原硅材料是生产太阳能电池的主要成本，所以一个zui自然的一个方法就是减小它的厚度，但是这样做的话会潜在地导致晶片变脆弱，而且会使它的屈服力变低。未受损害的晶片很坚固而且有韧性，但裂纹的存在会降低它的这种机械强度。裂纹主要来源有：材料缺陷，来自于晶锭本身或是在晶片生产过程中的压力（1)，割锯晶片时的机械力或者在运输买卖过程中的机械力造成的缺陷。在太阳能电池生产过程中，对晶片进行加工时晶片会暴露在高温和机械力下，所以那些有裂纹，缺陷，以及有锯痕的晶片的机械强度会大大的降低。、（2）从经济方面考虑应当在发生断裂前尽早的检测出生产线上的脆弱的晶片。对此可以用多种裂纹检测系统（MCD）来进行检测。建立在光学检测系统上用来检测裂纹的红外线检测方法已经研制出来了。先检测出断裂的尺寸，然后在扭曲试验中对晶片施加机械力。以此来对原切割晶圆建立一种不同的机械力与裂纹之间的关系。
在这项研究中采用的是156*156mm, 厚度为200微米的多晶硅圆片。采用A，B两种商用MCD系统，让红外线穿过晶片，然后通过电荷藕荷摄像机来检测。晶片事先通过A和B 两种系统检测到有裂纹，然后把检测到有裂纹的晶片再次通过MCD系统A，并把晶片的图片保存下来。人工分析这些图片，在这次研究中使用了127种可以检测到有裂纹的硅片。一些有污垢的和存在不同类型的点缺陷的硅片也被采用到这次研究中。
然后开始进行扭曲试验（图1），zui大力为1.5N。在以前的实验中1.5N以下的断裂已经做过，所以误差实验对有裂纹的晶片断裂可以估计出来。通过这次实验，记录下zui大的弯曲度，断裂力也记录下来。把断裂后的晶片拿来与MCD图像作对比以此来找出原来存大于晶片上的缺陷或者导致这种缺陷的情况。对于那些没有断裂的晶片再重复进行5次这样的实验，然后让晶片再通过MCD系统B然后比照前后图像以此来查看裂纹是否在压力实验中有所加大。然后通过对那些经过断裂压力未受损害的原切割晶片以及那些有断纹的晶片进行不同的力直至其断裂。在这次实验中发现所有的裂纹都是正常生产下造成的，通过实验晶片不会受到人为故意的损害。
3.1 原切割晶圆
3.2 三种不同的裂纹
1. 短裂纹
3. 内部裂纹
Figure 2: 箭头所指为来自晶片边缘的不规则的长裂纹（~30mm）。
当裂纹是长裂纹时，断裂力通常很低，晶片会碎成2-4个小的晶片。对于有小裂纹的晶片来说，施加在的力后，晶片会破碎成几个大的或者很多小的碎片（如图3）。
      右边：带有24.8mm的边缘裂纹的晶片在压力为0.51N时断裂。
带有边缘裂纹的晶片在断裂时所受的力一般比内部裂纹晶片需力小。对于有锯形痕迹的晶片来说，当力达到1.5N时，不会断裂，但是有些情况下断裂会顺着锯痕延伸。