Analyses quantitatives par SEM/EBIC des défauts recombinants dans les semiconducteurs polycristallins : Influence des traitements thermiques sur l'activité électrique des bicristaux de silicium

Abstract

L’interaction défauts cristallographiques – impuretés natives est à l’origine de la dégradation des propriétés électriques des cellules solaires et des composants électroniques à base de semiconducteurs poly- ou multicristallins. Ce travail présente une étude quantitative, par la méthode EBIC, de la recombinaison des porteurs minoritaires dans les biscristaux de silicium Σ13 et Σ25 en fonction des traitements thermiques à des températures qui peuvent modifier de façon très sensible les propriétés électriques de ces matériaux (450°C, 750°C et 950°C°). Un développement des phénomènes physiques régissant la création des paires électron-trou dans les semiconducteurs et des différentes théories conduisant au traitement quantitatif du signal EBIC est présenté. Les techniques expérimentales utilisées dans cette étude sont présentées (EBIC, diodes Schottky, effet Hall, spectroscopie d’absorption infra-rouge et MET) et les conditions optimales du traitement quantitatif du signal EBIC au niveau d’un joint de grains sont ensuite déterminées. Selon les traitements thermiques, le contraste des deux types de joints de grains étudiés diffère et évolue avec la température. Ainsi, une augmentation de la vitesse de recombinaison et une diminution de la longueur de diffusion sont observées lorsque la température de recuit augmente. Ces résultats mettent en évidence le rôle important des impuretés sur la recombinaison des porteurs minoritaires aux joints de grains, celle-ci est attribuée à la présence de précipités dans le plan du joint. Enfin, les derniers résultats montrent qu’une auto-passivation du joint de grains intervient pour des traitements thermiques judicieux.