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N-type 결정질 실리콘 태양전지 응용을 위한 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 박막의 패시베이션 특성 연구
정명일,최철종,Jeong, Myung-Il,Choi, Chel-Jong 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.3
Atomic layer deposition(ALD)을 이용하여 $Al_2O_3$ 박막을 형성하고 이에 대한 패시베이션 특성에 대한 연구를 수행하였다. ALD로 증착된 $Al_2O_3$ 박막은 $400^{\circ}C$ 5분간 후속 열처리 공정 후에도 $Al_2O_3$ - 실리콘 계면 반응 없이 비정질 상태를 유지할 만큼 구조적으로 안정한 특성을 나타내었다. 후속 열처리 후 $Al_2O_3$ 박막의 패시베이션 특성이 향상되었으며, 이는 field effective 패시베이션과 화학적 패시베이션 효과가 동시에 상승에 기인하는 것으로 판단된다. $Al_2O_3$ 박막의 음고정 전하를 정량적으로 평가하기 위해서 후속 열처리 공정을 거친 $Al_2O_3$ 박막을 이용하여 metal-oxide-semiconductor(MOS) 소자를 제작하고 capacitance-voltage(C-V) 분석을 수행하였다. C-V 결과로부터 추출된 flatband voltage($V_{FB}$)와 equivalent oxide thickness(EOT)의 관계식을 통하여 $Al_2O_3$ 박막의 고정음전하는 $2.5{\times}10^{12}cm^{-2}$로 계산되었으며, 이는 본 연구에서 제시된 $Al_2O_3$ 박막 공정이 N-type 실리콘 태양전지의 패시베이션 공정에 응용 가능하다는 것을 의미한다. The passivation property of $Al_2O_3$ thin film formed using atomic layer deposition (ALD) for the application of crystalline Si solar cells was investigated using microwave photoconductance decay (${\mu}$-PCD). After post-annealing at $400^{\circ}C$ for 5 min, $Al_2O_3$ thin film exhibited the structural stability having amorphous nature without the interfacial reaction between $Al_2O_3$ and Si. The post-annealing at $400^{\circ}C$ for 5 min led to an increase in the relative effective lifetime of $Al_2O_3$ thin film. This could be associated with the field effective passivation combined with surface passivation of textured Si. The capacitance-voltage (C-V) characteristics of the metal-oxide-semiconductor (MOS) with $Al_2O_3$ thin film post-annealed at $400^{\circ}C$ for 5 min was carried out to evaluate the negative fixed charge of $Al_2O_3$ thin film. From the relationship between flatband voltage ($V_{FB}$) and equivalent oxide thickness (EOT), which were extracted from C-V characteristics, the negative fixed charge of $Al_2O_3$ thin film was calculated to be $2.5{\times}10^{12}cm^{-2}$, of which value was applicable to the passivation layer of n-type crystalline Si solar cells.
결정질 실리콘 태양전지 응용을 위한 SiN<sub>x</sub> 및 SiO<sub>2</sub> 박막의 패시베이션 특성 연구
정명일,최철종,Jeong, Myung-Il,Choi, Chel-Jong 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.1
다양한 공정 조건으로 $SiN_x$와 $SiO_2$ 박막을 형성하고 이에 대한 패시베이션 특성에 대한 연구를 수행하였다. Plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD)을 이용하여 증착된 $SiN_x$ 박막의 경우, 증착 두께가 증가함에 따라 페시베이션 특성이 향상되는 것을 관찰하였다. 이는 PECVD 증착 공정 중 유입되는 수소 원자들이 실리콘 표면에 존재하는 Dangling bond와 결합하여 소수 캐리어의 재결합 현상을 효과적으로 감소시켰기 때문이다. 건식 산화법으로 형성된 $SiO_2$ 박막은 습식 산화법으로 형성된 것 보다 치밀한 계면 구조를 가짐으로 인하여 약 20배 이상 우수한 패시베이션 특성을 나타내었다. 건식 산화 공정 온도가 증가함에 따라 패시베이션 특성이 열화되는 현상이 발생하였고, Capacitance-voltage(C-V) 및 Conductance-voltage(G-V) 분석을 통하여 $SiO_2$/실리콘 계면에 존재하는 계면 결함 밀도 증가에 의해 나타나는 현상임을 알 수 있었다. We have investigated the passivation property of $SiN_x$ and $SiO_2$ thin films formed using various process conditions for the application of crystalline Si solar cells. An increase in the thickness of $SiN_x$ deposited using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) led to the improvement of passivation quality. This could be associated with the passivation of Si dangling bonds by hydrogen atoms which were supplied during PECVD deposition. The $SiO_2$ thin films grown using dry oxidation process exhibited better passivation behavior than those using wet oxidation process, implying the dry oxidation process was more effective in the formation of high quality $SiO_2$ thin films. The relative effective life time gradually decreased with increasing dry oxidation temperature. Such a degradation of passivation behavior could be attributed to the increase in interface trap density caused by thermal damages.
SiGe 에피 공정기술을 이용하여 제작된 초 접합 금속- 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터의 시뮬레이션 연구
이훈기,최철종,박양규,심규환 한국반도체디스플레이기술학회 2014 반도체디스플레이기술학회지 Vol.13 No.3
In this paper, we propose a super-junction MOSFET (SJ MOSFET) fabricated through a simple pillar forming process by varying the Si epilayer thickness and doping concentration of pillars using SILVACO TCAD simulation. The design of the SJ MOSFET structure is presented, and the doping concentration of pillar, breakdown voltage (VBR) and drain current are analyzed. The device performance of conventional Si planar metal-oxide semiconductor field-effect transistor(MOSFET), Si SJ MOSFET, and SiGe SJ MOSFET was investigated. The p- and n-pillars in Si SJ MOSFET suppressed the punch-through effect caused by drain bias. This lead to the higher VBR and reduced on resistance of Si SJ MOSFET. An increase in the thickness of Si epilayer and decrease in the former is most effective than the latter. The implementation of SiGe epilayer to SJ MOSFET resulted in the improvement of VBR as well as drain current in saturation region, when compared to Si SJ MOSFET. Such a superior device performance of SiGe SJ MOSFET could be associated with smaller bandgap of SiGe which facilitated the drift of carriers through lower built-in potential barrier.
金英猷,洪思容,崔哲鍾 公州大學校 基礎科學硏究所 1994 自然科學硏究 Vol.3 No.-
단결정 실리론(p형)을 불화수소 속에서 양극 산화반응으로 다공질 실리콘을 제작하고 SEM과 AFM을 이용하여 그 미세구조를 조사하였다. 그리고 액체접촉에 의한 전기루미네선스(EL) 결과와 비교하여 논의 하였다. 이 결과 다공질 실리콘의 표면에는 0.1㎛정도의 미세입자가 형성되었으며, 이때 입자의 외형은 제작시간의 증가에 따라 다공도가 증가하여 입자로서의 형태가 뚜렷해졌으며 그 크기는 약간 작아졌다. 이 입자를 AFM으로 관찰한 결과 10nm정도의 미세한 실리콘 기둥과 이들 사이의 구멍으로 형성된 미세한 세선(細線)으로 형성되어 있었다. 한편 발광에 기여하는 구조는 미세입자라기 보다는 미세입자에 형성된 미세세선인 것으로 보여진다. 그리고 다공질 실리콘에서의 전기루미네선스의 최대 스펙트럼은 다공도에 영향을 받아 미세구조와 상당한 관계가 있는 것으로 나타났다. The porous silicon layers(PLS) were formed by electrochemical anodization of p-type Si wafers in 10%HF-ethanol solution. The micrometer to nanometer scale finestructures of porous silicon are investigated by using high resolution scanning electron microscope and atomic force microscope. The electroluminescence(EL) from PLS was investigated silicon/electrolyte interface in Na2SO4 aqueous solution. SEM and AFM observations revealed that the micrometer-scale structures of porous silicon are greatly depended on anodization time at costant current density. In contrast to these structures, nanometer-scale structures of porous silicon consisted of single crystalline silicon column and holes which have sizes of about tens nm. The EL spectrum changed by the porosity of finestructures.