다결정 실리콘 태양전지 제조를 위한 비정질 알루미늄 유도 결정 입자 특성

정혜정(Jeong, Hyejeong),김호성(Kim, Ho-Sung),이호재(Lee, Ho-Jae),부성재(Boo, Seongjae) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

본 연구에서는 증착법에 의해 제조된 다결정 실리콘을 이용한 태양전지 제작과 관련하여 다결정 실리콘 씨앗층 제조를 위한 기판에 대하여 연구를 수행하였다. 다결정 실리콘 씨앗층을 제조할 수 있는 기술중 aluminum-induced layer exchange(ALILE) 공정을 이용하여 다결정 실리콘 씨앗층을 제조하였다. glass/Al/oxide/a-Si 구조로 알루미늄과 비정질 실리콘 계면에 알루미늄 산화막을 다양한 두께로 형성시켜, 알루미늄 유도 결정화에서 산화막의 두께가 결정화 특성에 미치는 영향, 결정결함, 결정크기에 대하여 연구하였다. 형성된 다결정 실리콘 씨앗층 막의 특성은 OM, SEM, FIB, EDS, Raman spectroscopy, XRD, EBSD 을 이용하여 분석하였다. 그 결과 산화막의 두께가 증가할수록 결함도 함께 증가하였다. 16nm 두께의 산화막 구조에서 <111> 방향의 우선배향성을 가진, 10{mu}m의 sub-grain 결정립을 갖는 씨앗층을 제조 하였다.

광 검출기용 다결정 실리콘에서 결정립의 크기에 의존하는 수소 부동태화 특성

이재성(Jae-Sung Lee) 대한전자공학회 2018 전자공학회논문지 Vol.55 No.10

본 연구에서는 광 검출기로 사용하기 위한 목적으로 다결정 실리콘을 구성하는 결정립의 크기와 결정립계의 수소 부동태화의 관계에 대해 조사하였다. 결정립의 크기는 후속 고온 열처리 공정을 통해 조절하였으며, 수소 부동태화는 수소 이온 주입법과 저온 열처리 공정을 통해 다결정 실리콘 내부에서 진행되었다. 제조된 다결정 실리콘 기반 광 검출기는 금속-반도체-금속구성을 가진다. 적절한 크기의 결정립을 갖는 다결정 실리콘에서 수소 부동태화는 광 검출기의 광학 및 전기적 특성을 개선시켰다. 이는 결정립계에 존재하는 결함이 비활성화 되었음을 의미한다. 그러나 큰 결정립의 갖는 다결정 실리콘에서는 결정립의 전도 특성이 광 검출기의 암전류 및 광전류를 동시에 증가시켜 부동태화 현상이 관찰되지 않았다. 그러므로 다결정 실리콘 기반 광 검출기의 효과적인 부동태화를 위해서는 이온 주입법이 이온의 조사량과 분포 깊이를 조절할 수 있어 편리하게 사용될 수 있고, 또한, 이온이 주입되는 다결정 실리콘은 적절한 크기의 결정립을 가져야 함을 알 수 있었다. The relationship between the polysilicon grain size and hydrogen passivation at the grain boundary was investigated for the purpose of photodetector application, in this study. The grain size was controlled by high-temperature post-annealing process and hydrogen was introduced into the polysilicon by low-energy ion implantation and subsequent low-temperature annealing processes. Polysilicon-based photodetector consisted of metal-semiconductor-metal (MSM) structure. At the moderate grain size, hydrogen passivation was effectively enhanced the performance of the photodetector due to the deactivation of traps at grain boundaries, whereas at the large grain size, the conduction of crystalline grains dominated and increased both the dark and the photo currents flowing through the photodetector so that the passivation effect was not observed. We found that for the effective passivation of defects in the polysilicon-based photodetector, ion implantation was a useful method for the control of the dose and the depth of passivation ions and additionally, the polysilicon film which will be ion-implanted should have an optimum grain size.

실리사이드 공정이 아날로그용 다결정 실리콘 커패시터의 선형 특성에 미치는 영향

이재성 위덕대학교 부설 전자기술연구소 1998 전자기술연구소 논문집 : 위덕대 Vol.2 No.1

아날로그용 다결정 실리콘 커패시터의 선형 특성을 개선시키기 위한 목적으로 다결정 실리콘의 Ti-실리사이드에 따른 정전용량 전압 계수(Voltage Coefficient of Capacitance ; VCC)의 변화를 조사하고 그 영향을 분석하였다. 커패시터가 낮은 정전용량 전압 계수를 갖기 위해서는 두 다결정 실리콘 전극이 높은 불순물 농도를 가지면서 그 크기가 같아야 한다. 그리고, 단위 면적 당 정전용량이 적어야 한다. 본 연구에서는 다결정 실리콘의 금속 배선 접촉 부분을 Ti-실리사이드 함으로써 낮은 정전용량 전압 계수를 얻을 수 있었다. 이것은 실리사이드와 다결정 실리콘사이의 계면에서 기생 정전용량이 발생하여, 커패시터의 단위 면적 당 정전용량이 낮아졌기 때문이다. The effects of Ti-silicide process on the Voltage Coefficient of Ca pacitace (VCC) for an ananlog polysilicon capacitor were investigated to improve the linearity with the applied voltage. To obtain the low VCC values, the doping concentrations of two polysilicon electrodes need to be high and to have the similar levels and also the low unit capacitance is necessary. In this study, it was possible to obtain the lower VCC by siliciding the polysilicon contact areas. This is due to the parasitic capacitance at the interfaces between silicide and polysilicons, resulting the decrease of unit capacitance.

금속 외팔보에 접착된 박막 실리콘 스트레인 게이지의 제작 및 성능 평가

김용대(Yongdae Kim),김영덕(Young Deok Kim),이철섭(Chul Sub Lee),권세진(Sejin Kwon) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.4

금속은 가공성이 우수하기 때문에 다양한 형태의 구조물이나 격막을 제작할 수 있다. 이런 금속구조물이나 격막에 민감도가 월등히 우수한 실리콘 스트레인 게이지를 적용할 경우 그 응용 범위가 다양해질 수 있다. 이에 금속구조물에 다결정 실리콘 스트레인 게이지를 접착한 형태의 센서를 제안하였다. 실리콘 기판을 이용해 박막형 다결정 실리콘 스트레인 게이지를 제작하기 위한 제작공정을 확립하였으며, 제작된 실리콘 스트레인 게이지를 금속 변형부 위에 접착하기 위한 접착공정을 확립하였다. 이후 금속 외팔보에 실리콘 스트레인 게이지를 글래스 프릿 접착하여 성능평가를 실시하였다. 성능평가 결과 게이지팩터는 34.0의 값을 가졌으며, TCR(Temperature Coefficient of Resistance)은 -328 ppm/℃의 값을 가졌다. In this paper, we propose a sensor design by using a polysilicon strain gauge bonded to a metal diaphragm. The fabrication process of the thin polysilicon strain gauges having thicknesses of 50 μm was established using conventional MEMS technologies; further, the technique of glass frit bonding of the polysilicon strain gauge to the stainless steel diaphragm was established. Performance of the polysilicon strain gauge bonded to the metal cantilever beam was evaluated. The gauge factor, temperature coefficient of resistance (TCR), nonlinearity, and hysteresis of the polysilicon strain gauge were measured. The results demonstrate that the resistance increases linearly with tensile stress, while it decreases with compressive stress. The value of the gauge factor, which represents the sensitivity of strain gauges, is 34.0; this value is about 7?15 times higher than the gauge factor of a metal-foil strain gauge. The resistance of the polysilicon strain gauge decreases linearly with an increase in the temperature, and TCR is -328 ppm/℃. Further, nonlinearity and hysteresis are 0.21 % FS and 0.17 % FS, respectively.

인산농도와 레이저 강도에 따른 다결정실리콘 태양전지의 레이저 도핑연구

배상윤(Sangyoon Bae),배소익(Soik Bae),조영우(Youngwoo Jo),조영걸(Young-Gull Joh),이종훈(Jonghoon Yi) 한국생산제조학회 2011 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2011 No.4

다결정실리콘태양전지의 효율을 증가시키기 위하여 레이저를 이용한 선택적 도핑방법을 시도하였다. 펄스 레이저를 이용하여 레이저 도핑을 하기 위한 특정 패턴을 만들었다. 패턴이 형성된 부분에 인산(H3PO4)을 도포하고 연속발진 레이저를 입사하여 표면을 열처리하여 인을 도핑하였다. 패턴이 형성된 부분의 표면형상은 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하였고, 레이저의 세기에 따른 인산이 도핑된 깊이는 면저항 측정기(4 point probe)와 2차이온 질량분석기(SIMS)를 이용하여 분석하였다.

엑시머 레이저 어닐링을 이용하여 플라스틱 기판에 형성한 다결정 실리콘 박막의 특성

조세현,이인규,김영훈,문대규,한정인 한국진공학회 2004 Applied Science and Convergence Technology Vol.13 No.1

본 논문에서는 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 비정질 실리콘을 증착하여 진공분위기에서 엑시머 레이저 어닐링을 이용하여 플라스틱 기판위에 극저온 다결정 실리콘 박막(<$150^{\circ}C$)을 형성하였다. 비정질 실리콘 박막은 $120^{\circ}C$에서 Ar/He 혼합가스로 증착하였으며, Rutherford Backscattering Spectrometry로 측정한 박막내 아르곤 함량은 2% 이하였다. 에너지 밀도 320mJ/$\textrm{cm}^2$일 때 다결정 실리콘의 결정화도는 62%, Root-Mean-Square roughness는 267$\AA$를 나타내었다. 엑시머 레이저 결정화 후 결정립의 크기는 50nm에서 100nm 정도를 나타내었다. In this paper, we investigated the ultra-low temperature(<$150^{\circ}C$) polycrystalline silicon film on plastic substrate application using RF-magnetron sputtering and excimer laser annealing. Amorphous silicon films were deposited using Ar/He mixture gas at $120^{\circ}C$ and in-film argon concentration was less than 2%, which was measured to Rutherford Backscattering Spectrometry. At energy density 320mJ/$\textrm{cm}^2$, RMS roughness was 267$\AA$ and UV crystallinity was 62%. The grain size varies from 50nm to 100nm after excimer laser irradiation.

산화 실리콘의 결정화에 의한 다결정 실리콘의 형성

윤종환 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.8

알루미늄 촉매를 사용하여 산화실리콘(SiO$_x$)으로부터 다결정 실리콘(poly-Si)을 형성하였다. Poly-Si은 SiO$_x$/Al/glass 적층 구조를 550 $^\circ$C 온도에서 5시간 동안 열처리하여 형성하였으며, 라만 분광, 엑스선 회절 분광 및 전자투과 현미경 사용하여 결정성을 조사하였다. 산소 조성 값($x$ 값)이 다른 poly-Si 형성 사이의 관련성을 조사하였으며, $x$ = 0인 비정질 실리콘(a-Si)에 비해 SiO$_x$ 박막에서 polly-Si의 형성이 쉽게 이루어지는 거동을 관측하였다. Poly-Si 막은 층 교환 메카니즘에 의해 형성되며 (111) 방향의 선호 배향성을 갖는 것으로 확인되었다. Polycrystalline silicon (poly-Si) was fabricated from silicon oxide (SiO$_x$) by using Al as a catalyst. The fabrication of poly-Si was achieved by annealing SiO$_x$/Al/glass stacked structures at 550 $^\circ$C for 5 hours, with the SiO$_x$ films having different oxygen compositions ($x$ value). Raman, X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM) measurements were used to investigate the crystallinity. Poly-Si was observed to occur SiO$_x$ more easily than in amorphous silicon, which has an $x$ value of zero. The formation of the poly-Si film was observed to proceed by a layer-exchange mechanism, and the film was found to have a preferential orientation in the (111) direction.

레이저를 이용한 다결정 실리콘 태양전지의 선택적 도핑 연구

배상윤,이광원,조영걸,이종훈,배소익,조영우 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.2

To improve the energy conversion efficiency of solar cells, we tried selective doping of phosphorus on a Si wafer by using a laser. The patterns for selective doping were grooved on a polycrystalline Si surface while varying the intensity of a pulsed Nd:YAG green laser. Phosphoric acid (H3PO4) was sprayed on the grooved pattern; then, the surface of the sprayed pattern was annealed for doping by using a continuous wave laser. The surface profile of the laser-doped region was observed by using a scanning electron microscope, and the doping concentration as a function of depth for the doped region was analyzed by using a secondary ion mass spectrometer. A four-point probe was uesd to measure the change in the surface resistance after laser doping. From those measurements,we found that the phosphorous was doped to a depth of over 200 nm from the surface. 태양전지의 효율을 증가시키기 위하여 레이저를 이용하여 실리콘 기판에 선택적으로 인을 도핑하였다. 펄스 Nd:YAG 녹색광 레이저의 세기를 다양하게 변화시키며 다결정 실리콘 기판에 홈을 파 선택적으로 도핑할 패턴을 만들었다. 형성된 패턴 위에 인산(H3PO4)을 도포하고 연속발진 레이저를 사용하여 표면을 열처리하여 도핑하였다. 레이저에 의하여 인이 도핑된 표면의 형상은 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하였고, 표면에서의 깊이에 따라 인산이 도핑된 정도는 2차 이온 질량 분석기(SIMS)를 이용하여 분석하였다. 인산의 도핑에 의한 저항의 변화는 면저항 측정기로 측정하였다. 그 결과 인이 표면에서 200nm 이하까지 도핑이 되었음을 확인하였다.

일방향 응고시 온도 구배에 의한 다결정 실리콘 정련 특성

장은수(Jang, Eunsu),류준일(Yu, Joon-Il),박동호(Park, Dongho),문병문(Moon, Byungmoon),류태우(Yu, Tae U) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

결정형 태양 전지의 보급화를 위하여 고순도 실리콘을 저렴하게 제조할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 고순도 실리콘을 경제적으로 제조하기 위하여 대역 정제에 의한 일방향성 응고법을 이용한 정련 연구를 진행하였으며, 응고 속도와 고 액상의 온도 구배가 정련도에 미치는 영향을 분석 하였다. 본 실험에 사용된 일방향 응고장치는 실리콘 용탕이 장입된 도가니 하부의 열 교환기를 통한 냉각에 의해 용탕 하부에서 상부 방향으로의 일방향성 응고가 진행되며, 응고 진행시 용탕의 흔들림에 의한 정련능의 감소를 방지하기 위해 가열 영역이 이동하는 Stober 공정을 채택하였다. 가열 영역은 실리콘 용융을 위한 상부 가열 영역과 응고 진행시 응고부의 온도 제어를 위한 하부 가열 영역으로 구성되어 있으며, 두 가열 영역의 온도 제어를 통해 응고중인 실리콘의 고 액상의 온도 구배를 조절하였다. 일방향 응고에 의한 정련법에서 고 액상의 온도 구배가 증가할수록 2차 수지상의 발달이 감소하고, 주상정의 수지상 형태를 유지하게 되어 고 액 공존영역에서 액상 영역으로의 확산이 원활하게 이루어져 분배계수를 이용한 정련도가 좋아지게 되며, ICP 분석을 통해 온도 구배의 증가에 따라 정련능이 증가하는 양상을 확인 할 수 있었다. 고 액상의 온도 구배의 조절을 통한 공정 시간 대비 정련도의 향상을 통해 결정형 태양전지의 생산성의 증가를 통한 저가화를 이룰 수 있을 것이다.

폴리머 위에 엑시머 레이저 방법으로 결정화된 다결정 실리콘의 특성

김경보,이종필,김무진,민영실 중소기업융합학회 2019 융합정보논문지 Vol.9 No.3

In this work, we investigated a low temperature polycrystalline silicon (LTPS) thin film transistors fabrication process on polymer layers. Dehydrogenation and activation processes were performed by a furnace annealing at a temperature of 430 ℃ for 2 hr. The crystallization of amorphous silicon films was formed by excimer laser annealing (ELA) method. The p-type device performance, fabricated by polycrystalline silicon (poly-Si) films, shows a very good performance with field effect mobility of 77 cm2/V·s and on/off ratio current ratio > 107. We believe that the poly-Si formed by a LTPS process may be well suited for fabrication of poly-Si TFTs for bendable panel displays such as AMOLED that require circuit integration. 본 논문은 유기물로 이루어진 폴리머 기판상에 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법에 대해 연구하였다. 먼저, 폴리머 기판에 화학증착방식으로 비결정 실리콘 박막을 증착하였고, 열처리 장치인 퍼니스로 탈수소 및 활성화 공정을 430도에서 2시간동안 진행하였다. 이후 엑시머 레이저를 이용하여 결정화를 진행하여 다결정 실리콘 반도체 막을 제조하였다. 이 박막은 박막트랜지스터 제작을 위한 활성층으로 사용하였다. 제작된 p형 박막트랜지스터는 이동도 77cm2/V·s, on/off 전류비는 107이상의 동작특성을 보였고, 이는 결정화된 박막내부에 결함 농도가 낮음을 의미한다. 이 결과로 유기물 기판상에 엑시머 레이저로 형성된 다결정 실리콘으로 제작된 전자소자는 플렉서블 AMOLED 디스플레이 회로 형성에 최적의 기술임을 알 수 있다.