This program has been supported by the Australian Government through the Australian Renewable Energy Agency (ARENA). Responsibility for the views, information or advice expressed herein is not accepted by the Australian Government.

1. Setup Experimental <ol><li> Localize um exaustor adequado para a técnica de medição e retire qualquer equipamento irrelevante para permitir um melhor fluxo de ar e reduzir a desordenar. Não utilize com excepção do ácido fluorídrico (HF) produtos químicos na coifa. </li><li> Testar a qualidade da (DI) de água desionizada a partir da torneira no interior do exaustor de fumos utilizando um medidor de condutividade. Assegure-se que a água Dl tem uma condutividade de no máximo 0,055 S / cm a uma temperatura de 20 ° C. </li><li> Coloque uma vida tester portadores minoritários na coifa. Ligar os cabos a um computador, que está situado sobre uma mesa fora da coifa. </li><li> Ligue o computador e tempo de vida testador. Abra o arquivo tester vida no computador e clique no botão &#39;medida&#39; para garantir uma comunicação correta entre o computador eo tempo de vida testador. A fonte de luz sobre a vida testador deve piscar se o computador e testador foram conectados corretamente. </li&gt; <li> Coloque uma lâmpada de halogéneo no interior da capela. Posicionar a lâmpada tal que pode iluminar o palco vida testador em que a amostra será localizado. </li><li> Ligue a lâmpada de halogéneo com uma fonte de energia que deve situar-se fora da coifa. Quando a lâmpada de halogéneo está ligado, a sua intensidade deve ser pelo menos de 0,02 W / cm2 na fase vida testador. </li></ol> 2. Preparar a Solução IC 15% Nota: HF é uma substância química perigosa e deve ser tratado com cuidado. Isso faz com que lenta, sustentada, de profundidade e danos para o corpo após a exposição. HF não prontamente queimar a pele como os outros ácidos - em vez disso, absorve rapidamente na pele e provoca profunda bolhas e danos aos ossos. Isto significa que os ossos se tornam frágeis e com bolhas como o flúor reage com o cálcio. HF também se liga com cálcio livre que é usado na regulação do nervo e equilíbrio osmótico celular, assim que a ligação de livre cálcio no organismo pode ser fatal. É fundamental queo usuário segue protocolos de segurança de laboratório quando usar HF, e assegura que eles sabem a localização do kit ajuda HF primeiro e hexafluorine (ou cálcio gel gluconato). <ol><li> Coloque um recipiente limpo quimicamente rodada de plástico (H: 55 mm, D: 170 milímetros) na coifa (o mesmo que na Seção 1). O recipiente deve ter uma tampa de plástico transparente. Ver Secção 6 sobre a forma de limpar quimicamente o recipiente antes da sua utilização. </li><li> Limpar a área em torno do recipiente de plástico, na hotte de modo que a solução de HF pode ser preparada sem quaisquer obstruções nas proximidades. </li><li> Aplicar todos os equipamentos de proteção individual (EPI). </li><li> CUIDADO: Adicionam-se 50 ml de HF a 100 ml de água Dl (H 2 O) no recipiente. </li><li> CUIDADO: Adicionar 20 ml de ácido clorídrico (HCl) ao recipiente e misture-a H 2 O: HF: solução de HCI utilizando uma pinça de plástico. Lavar as pinças completamente mais tarde. </li><li> CUIDADO: Colocar a tampa sobre o recipiente de plástico e permitir que a solução queem que se contentar com 1 hr. Durante este tempo, os fumos HF irá condensar-se na tampa. </li><li> Rotular adequadamente o recipiente, e deixar claro que ele contém HF. Nota: A solução HF vai durar 1-2 meses com uso pesado. Portanto, não há necessidade de se substituir a solução de cada vez uma medição está a ser executada. </li></ol> 3. A calibração do Tester Lifetime <ol><li> Localize pelo menos 6 bolachas de silício de resistividade conhecido e condutância. Idealmente, a gama de resistividade deve abranger 0,1-100 Ω-cm. </li><li> No computador, abra o arquivo de calibração tester vida. Digite a resistividade de cada wafer na tabela e, em seguida, clique em &quot;Atualização # de wafers &#39;. </li><li> Clique no botão &quot;Obter dados&quot; no arquivo de calibração e digite os detalhes da vida testador. </li><li> Aplicar todos os EPI necessário. </li><li> CUIDADO: Coloque o recipiente de plástico cheio com a solução de HF na fase vida tester e posicioná-lo sobre a bobina indutiva (bluregião círculo e). </li><li> Quando solicitado para medir a &#39;tensão do ar&#39; no computador, medir a tensão da solução de HF, clicando no botão &#39;Ok&#39;. Neste caso, o ar foi substituído pela condutância da solução de HF. </li><li> CUIDADO: Retire cuidadosamente o recipiente com HF do palco e colocá-lo no banco coifa. Cuidadosamente retire a tampa. </li><li> CUIDADO: Quando a tampa tenha sido removida do recipiente, mergulhar a primeira bolacha de silício na solução de HF com uma pinça de plástico. Colocar a tampa de volta sobre o recipiente. </li><li> CUIDADO: Coloque o recipiente de plástico de volta para o palco vida tester e posicioná-lo sobre a bobina indutiva. Garantir a bolacha de silício é centrado sobre a bobina (região círculo azul). </li><li> Quando solicitado para medir a &#39;tensão sample&#39; no computador, clique no botão &quot;OK&quot; mais uma vez. Retire o recipiente do palco e colocá-lo no banco coifa. </li><li> CUIDADO: Cuidadosamente r<html> etirar o wafer de silício a partir da solução de HF, usando uma pinça de plástico e lave a hóstia nas taças de lavagem dedicados. Faça um enxágüe final com água da torneira na coifa. </li><li> CUIDADO: Coloque a tampa de volta para o recipiente e posicione o recipiente de volta para o palco vida testador. </li><li> Repita os passos 3.6 para 3.12 até que todas as amostras tiverem sido medidas. </li><li> Uma vez que todas as amostras foram medidos, clicar no botão &#39;&#39; Fit ​​dados no arquivo de calibração. Isso vai caber uma curva parabólica para os dados medidos e fornecer coeficientes de calibração A, B e C que são específicos para esta configuração. </li><li> No computador, abra o arquivo tester vida útil e clique na guia &quot;Configurações&quot;. Digite os novos coeficientes de calibração A, B e C para a configuração do HF. Salve o arquivo com um novo nome. Nota: A configuração de HF requer apenas uma calibração a cada 6 meses. Portanto, não há necessidade de calibrar a configuração de cada vez uma medição está a ser executada. </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Wet Chemical Tratamento de Silicon Wafers Antes de Medição <ol><li> Prepare padrão limpo 1 (SC 1). <ol><li> CUIDADO: Em um exaustor de fumos alcalinos atribuído, adicionar 185 ml de hidróxido de amónio (NH4OH) para 1.295 ml de água desionizada numa proveta de vidro de 2 litros. </li><li> CUIDADO: Colocar a proveta sobre uma placa quente e aquecer a H2O: solução de NH4OH a uma temperatura de ~ 50 ° C. Utilizar um vidro de relógio para cobrir o copo. </li><li> CUIDADO: Uma vez que o H2O: solução de NH4OH atingiu uma temperatura de ~ 50 ° C, adicionar 185 ml de peróxido de hidrogénio (H 2 O 2) e continuar a aquecer até a temperatura atingir ~ 75 ° C. Este H2O: NH4OH: H2O 2 solução é conhecido como SC 1. Nota: SC 1 deve ser trocado diariamente para wafers de silício efetivamente limpas. </li></ol></li><li> Prepare padrão limpo 2 (SC 2). <ol><li> CUIDADO: Em um ácido alocados exaustor,adicionar 185 mL de HCl a 1.295 ml de água desionizada numa proveta de vidro de 2 litros. </li><li> CUIDADO: Colocar a proveta sobre uma placa quente e aquecer a H2O: solução de HCl a uma temperatura de ~ 50 ° C. Utilizar um vidro de relógio para cobrir o copo. </li><li> CUIDADO: Uma vez que o H 2 O: HCl solução atingiu uma temperatura de ~ 50 ° C, adicionar 185 ml de H 2 O 2 e continuar a aquecer até a temperatura atingir ~ 75 ° C. Este H2O: HCl: H 2 O 2 a solução é conhecido como SC 2. Nota: Alterar SC 2 diária para wafers de silício efetivamente limpas. </li></ol></li><li> Preparar a solução de gravação de silício. <ol><li> Em um alcalina alocados fume hood, adicionar 1,600 ml de hidróxido de tetrametilamónio (TMAH) a um quimicamente limpo 2 L taça de vidro. Por favor, consulte a Seção 6 sobre como limpar quimicamente o copo antes de usar. </li><li> Colocar a proveta sobre uma placa quente e aquecer a solução de TMAH a uma temperatura de ~ 856; C. Utilizar um vidro de relógio para cobrir o copo. Nota: A solução TMAH não vai precisar mudar até que ele começa a se cristalizar, ou seja, após 1 mês. </li></ol></li><li> Realize o tratamento químico molhado. <ol><li> Amostras de carga em um berço de quartzo e colocá-los em uma solução de HF comum no laboratório. A concentração não é crítica. </li><li> Depois de ~ 10 segundos ou uma vez que as amostras se tornar hidrófobo (puxar a seco), retirar o suporte da solução de HF e enxagúe com 3 copos cheios de água DI. </li><li> Transportar o berço de wafers para o exaustor onde SC 1 foi preparada. Quando SC 1 estabilizou em ~ 75 ° C, mergulhe lentamente o berço de wafers em SC 1. </li><li> Limpe os wafers em SC 1 para 10 min. </li><li> Após 10 minutos decorrido, retirar o suporte de wafers de SC 1 e lavá-los usando três taças 2 L de vidro cheios de água DI. Quimicamente limpo estes copos de vidro antes de enchê-los com água DI. Por favor, veja a Seção 6,como limpar quimicamente os copos. </li><li> Após a lavagem, coloque as amostras em uma solução de HF que é dedicado apenas para pós SC 1 processamento. A concentração não é crítica. </li><li> Depois de ~ 10 segundos ou uma vez que as amostras se tornar hidrófobo (puxar a seco), retirar o suporte da solução de HF e enxagúe com 3 copos cheios de água DI. Use as mesmas taças como no passo 4.4.5. </li><li> Transportar o berço de wafers para o exaustor onde SC 2 foi preparado. Quando SC 2 estabilizou em ~ 75 ° C, mergulhe lentamente o berço de wafers em SC 2. </li><li> Limpe os wafers em SC 2 para 10 min. </li><li> Após 10 minutos decorrido, retirar o suporte de wafers de SC 2 e lavá-los com 3 copos cheios de água DI. Use as mesmas taças como no passo 4.4.5. Nota: O suporte de bolachas podem ser armazenados em uma das provetas de enxaguamento cheios com água desionizada até ao dia seguinte. </li><li> Após a lavagem, coloque as amostras em uma solução de HF que é dedicado apenas para pósSC 2 processamento. A concentração não é crítica. </li><li> Depois de ~ 10 segundos ou uma vez que as amostras se tornar hidrófobo (puxar a seco), retirar o suporte da solução de HF e enxagúe com 3 copos cheios de água DI. Use as mesmas taças como no passo 4.4.5. </li><li> Transportar o suporte de bolachas para o exaustor de fumos onde a solução TMAH foi preparado. Quando a solução TMAH estabilizou em ~ 85 ° C, mergulhe lentamente o berço de wafers na solução TMAH. </li><li> Etch as bolachas em TMAH para 5 min. Isto irá remover ~ 5 uM de silício. </li><li> Após 5 min tiver decorrido, retirar o suporte de wafers da solução TMAH e lavá-los com 3 copos cheios de água DI. Use as mesmas taças como no passo 4.4.5. Mais de 3 lavagens podem ser exigidos como TMAH é bastante &quot;pegajoso&quot;. </li><li> Transportar o berço de wafers em água DI para o exaustor onde o experimento foi configurado. Consulte a seção 1.1. </li><li> Meça as pastilhas de silício preparados dentro de 2 horas após ste4.4.16 p. </li></ol></li></ol> 5. Medição Processo <ol><li> Aplicar todos os EPI necessário. </li><li> Encha dois copos de plástico 2 L com água DI e colocá-los no exaustor. Estes serão utilizados para enxaguar a medição pós amostras de silício. </li><li> Coloque uma pinça de plástico em um vazio 500 ml copo de plástico e coloque dentro do exaustor perto as taças de lavagem. Estas pinças irá ser usadas para lidar com as amostras de silício. </li><li> No computador, abra o arquivo vida testador. Verifique se o arquivo contém os coeficientes de calibração corretas para a configuração de medição HF. Consulte a seção 3. </li><li> No arquivo tester vida útil, selecione o modo «transitório». Entre os detalhes da bolacha de silício a ser medido, por exemplo, espessura, tipo de resistividade e dopante. </li><li> CUIDADO: Coloque o recipiente (tampa) preenchido com HF para o palco da vida testador e centralizá-lo sobre a bobina indutiva (região círculo azul). Deixar depositar o solução para1 minuto. </li><li> No computador, clique no botão &#39;Zero instrumento&#39; no arquivo de vida testador. Isto irá medir a voltagem da solução. Nota: Com o tempo, a tensão de solução irá diminuir pois a composição da solução muda com o tempo. Independentemente disso, a solução de HF não mostra qualquer degradação da sua qualidade passivador, razão pela qual a solução pode ser utilizada durante 1-2 meses, sem ser alterado. </li><li> CUIDADO: Retire cuidadosamente o recipiente do palco vida tester e colocá-lo no banco coifa. </li><li> CUIDADO: Cuidadosamente remover a tampa do recipiente cheio com a solução de HF. Se houver alguma condensação na tampa, lavar cuidadosamente a tampa em água desionizada utilizando a torneira na hotte. </li><li> CUIDADO: mergulhe cuidadosamente o primeiro wafer de silício na solução de HF. Usando a pinça de plástico, pressione levemente para baixo no wafer de silício para garantir que ele está sentado no fundo do recipiente. </li><li> Lavar a pinças e colocá-los de volta para o vazio 500 ml copo de plástico. </li><li> ATENÇÃO: Com cuidado, coloque a tampa de volta no recipiente e, em seguida, colocar o recipiente no palco vida testador. Assegurar a bolacha de silício é posicionado sobre a bobina indutiva (região círculo azul). </li><li> Lave e seque as luvas. Removê-los antes de operar o computador. </li><li> Se a luz fluorescente do exaustor está ligado, ele deve ser desligado antes de uma medição está a ser conduzido. Luz mínima é necessária durante a medição. </li><li> Mudar a lâmpada de halogéneo, e garantir que ele está iluminando o wafer de silício através da tampa do recipiente de plástico. Tempo durante 1 min (o tempo exacto não é crítica). </li><li> Durante o período de iluminação, clique no botão &#39;Medida&#39; no arquivo de vida no computador. Uma pequena janela chamada &quot;dados Tomando &#39;aparecerá. </li><li> No &quot;Tomando os dados de janela, digite um nome para o arquivo. Em &#39;amostra média&#39; s10 eleitos. </li><li> Quando o wafer de silício foi iluminado por 1 min, mude a lâmpada de halogéneo fora e imediatamente clique no botão &#39;Média&#39; na janela &#39;Tirar dados&#39;. O tempo de vida tester pisca 10 vezes e calcular a média das medições ao longo da vida. Observação: Uma vez que a lâmpada de halogéneo está desligado, a passivação da bolacha de silício começa a degradar, e, portanto, é importante medir imediatamente depois de iluminação para conseguir os melhores resultados. </li><li> Quando a média é completa, clique no botão &quot;OK&quot; na janela &quot;Tomando dados &#39;. </li><li> Se outra medida é necessária, repita os passos de 5,15-5,18. </li><li> CUIDADO: Quando a medição estiver concluída, remova o recipiente do palco vida tester e colocá-lo no banco coifa. </li><li> CUIDADO: Cuidadosamente remover a tampa do recipiente cheio com a solução de HF. Se houver alguma condensação na tampa, a tampa lavar cuidadosamente em água da torneira usando DIna hotte. </li><li> CUIDADO: Retire cuidadosamente o wafer de silício a partir da solução de HF, usando uma pinça de plástico e lave a hóstia nas taças de lavagem dedicados. Faça um enxágüe final com água da torneira na coifa. </li><li> Se mais amostras estão a ser medido, repita os passos de 5,10-5,23. </li><li> Uma vez que todas as amostras tiverem sido medidas, assegurar a tampa é colocada no recipiente e armazenar a solução de HF na hotte. Certifique-se de que o recipiente é adequadamente rotulados. </li><li> Lave todas as taças e pinças e armazená-los em seus lugares atribuídos em laboratório. </li><li> Permitir que o tempo de vida tester para permanecer no exaustor durante 1 hora após o uso e, em seguida, retire-o do exaustor. </li></ol> 6. Chemical Lavagem de taças e recipientes <ol><li> Em um alcalina alocados fume hood, preparar uma solução 1 SC, conforme descrito nas secções 4.1.1-4.1.4. </li><li> Para taças quimicamente limpos e recipientes, despeje a solução SC 1 para as taças / contentores. As taças caN só podem ser limpas uma de cada vez. </li><li> Deixe a solução de limpeza do copo / recipiente, durante 10 min. Se o copo / recipiente de plástico, que não podem ser colocados sobre uma placa quente e, portanto, a solução SC 1 irá arrefecer durante a limpeza. Isso não afetará o processo de limpeza. </li><li> Após 10 minutos, despeje a solução SC 1 em outro copo / container se eles exigem limpeza também. Caso contrário, deixe a solução SC 1 fresco em um copo grande. Uma vez arrefecido, SC 1 pode ser derramado na pia com água corrente. </li><li> Enxágüe SC 1 copo limpo / recipiente de água DI. </li><li> Em um ácido alocados fume hood, preparar uma solução SC 2, conforme descrito nas secções 4.2.1-4.2.4. </li><li> Despeje a solução no copo 2 / SC recipiente a partir do passo 6.5. Permitir que a solução de limpar a taça / recipiente, durante 10 min. </li><li> Após 10 minutos, despeje a solução SC 2 em outro copo / container se eles exigem limpeza também. Caso contrário, deixe a solução SC 2 fresco em um copo grande. Uma vez arrefecido, SC 2 pode ser derramado para baixo tele pia com água corrente. </li><li> Enxágüe SC 2 limpo copo / recipiente de água DI. A proveta / recipiente está agora limpo quimicamente. </li></ol>

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B. 73 ((1-3)), 178-183 (2000).</li><li>Bertagna, V., Plougonven, C., Rouelle, F., Chemla, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=p-+and+n-type+silicon+electrochemical+properties+in+dilute+hydrofluoric+acid+solutions.">p- and n-type silicon electrochemical properties in dilute hydrofluoric acid solutions.</a> J. Electrochem. Soc. 143 (11), 3532-3538 (1996).</li><li>Bertagna, V., Erre, R., Rouelle, F., Chemla, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+components+dependence+of+the+charge+transfer+reactions+at+the+silicon/HF+solution+interface.">Ionic components dependence of the charge transfer reactions at the silicon/HF solution interface.</a> J. Solid State Electrochem. 4 (1), 42-51 (1999).</li><li>Kolasinski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanism+of+Si+etching+in+fluoride+solutions.">The mechanism of Si etching in fluoride solutions.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (6), 1270-1278 (2003).</li><li>Trucks, G. W., Raghavachari, K., Higashi, G. S., Chabal, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+HF+etching+of+silicon+surfaces:+A+theoretical+understanding+of+hydrogen+passivation.">Mechanism of HF etching of silicon surfaces: A theoretical understanding of hydrogen passivation.</a> Phys. Rev. Lett. 65 (4), 504-507 (1990).</li><li>Zhang, X. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemistry of silicon and its oxide. , (2001).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

A implementação bem-sucedida da técnica de medição de vida de silício em massa descrito acima é baseada em três passos críticos, (i) quimicamente limpeza e decapagem os wafers de silício, (ii) imersão em solução de HF a 15% e (iii) a iluminação para 1 min 17, 18,19. Sem estes passos, o tempo de vida em massa não pode ser mensurado com segurança. À medida que a técnica de medição é conduzida a temperatura ambiente, a qualidade de passivação de superfície é altamente susceptível a contaminação da superfície (metais, filmes orgânicos). Assim, para remover eficazmente os contaminantes da superfície, uma solução de 1 SC é utilizado (H2O: NH4OH: H2O 2) 20. Quando as bolachas de silício são imersos em 1 SC, a solução remove películas superficiais orgânicos por desagregação e dissolução oxidativa, juntamente com os contaminantes metálicos, tais como, ouro, prata, cobre, níquel, cádmio, zinco, cobalto e crómio 20. Publicar SC 1 de limpeza, é possível que some oligoelementos permanecem presas no filme de óxido hidratado resultante da limpeza, e, por conseguinte, um mergulho HF é necessária para remover a película. Na sequência de um mergulho HF, as superfícies de silício são então limpas em SC 2 (H 2 O: HCl: H 2 O 2) 20. Enquanto SC 1 remove eficazmente a maioria das impurezas, SC 2 é concebido para remover os iões alcalinos e catiões tais como o alumínio, ferro e magnésio. Além disso, SC 2 também irá remover quaisquer outros contaminantes metálicos que não foram removidas em SC 1. Na sequência de um SC 2 limpo, as bolachas podem ser HF mergulhou para remover a película de óxido hidratado. Uma vez que as pastilhas de silício foram limpos de contaminantes de superfície por 1 SC e SC 2, eles exigem um curto etch superfície em TMAH. TMAH é uma solução anisotrópica etch, o que significa que só grava junto (111) planícies de cristal. Por conseguinte, durante o ataque químico, pequenas pirâmides silício são formados nas superfícies, expondo planícies (111), que encrespa as superfícies e ajuda a melhorar a cobertura de hidrogénio quandommersed na IC 21,22. Portanto, com uma condição de superfície optimizado, a recombinação de superfície pode ser inibida quando as bolachas de silício tratados são imersos em HF e subsequentemente iluminado. Optimização da solução de HF foi examinada na nossa publicação anterior 17. Verificou-se que, quando as bolachas de silício são imersos em 15% -30% de HF, a recombinação superfície menor é atingido. Isto ocorre porque a concentração de HF é suficientemente elevada para passivar a maior parte do silício ligações erráticas com hidrogénio, e fornece um mecanismo de efeito de campo de passivação pela manutenção de uma carga de alta superfície causados ​​por uma diferença na silício nível de Fermi e potencial redução da solução de HF a 23 . A escolha de 15% de HF foi por razões de segurança. Outra adição importante para a solução de HF foi a inclusão de HCl. Ao adicionar uma pequena quantidade de HCl em solução de HF a 15%, a concentração de hidrogénio na solução de HF está aumentada, o que por sua vez aumenta a AMount de hidrogênio disponível para a passivação de superfície de pastilhas de silício, permitindo que o tempo de vida de silício em massa a serem obtidos iluminação pós 23. Iluminação de pastilhas de silício imersas em HF pode melhorar significativamente a passivação de superfície, criando ligações adicionais com espécies químicas na solução por meio de transferência de elétrons e buracos em toda a interface de silício / HF 23,24. Há uma série de ligações químicas que podem formar na interface de silício / HF, tais como átomos de Si-H, Si-OH e Si-F 23-27. Passivação de silício imerso em HF tem sido demonstrado que provêm essencialmente da criação de ligações Si-H, o qual é considerado como sendo um dos títulos mais estáveis ​​quando o silício está imerso na IC 26,27. No entanto, enquanto a passivação da superfície de iluminação é aumentada de pós, tal como mostrado na Figura 3, a passivação é conhecido para degradar dentro de segundos após a fonte de iluminação foi terminada. oguinte, é improvável a iluminação pós passivation reforçada se deve principalmente à criação de vínculos estáveis ​​Si-H, como a passivação não deve degradar se fosse esse o caso. Pelo contrário, é a hipótese de que a passivação de superfície reforçada vem da criação de vínculos instáveis ​​com grupos hidroxila (Si-OH) e flúor (Si-F) 26. Enquanto os três passos críticos listados acima são projetados para dar os melhores resultados, há circunstâncias em que a medição pode produzir resultados errados. Na maioria dos casos, a fonte provável de erro é a contaminação da superfície, o qual pode vir de soluções químicas contaminados ou um sistema DI mal filtrada. Sob estas condições, é melhor para testar o sistema de água desionizada utilizando um medidor de condutância. Se a água Dl não é filtrada correctamente, o sistema requer a alteração antes de quaisquer medições estão a ser realizados. Isso também afetará outros processos do laboratório e, assim, um sistema de água DI comprometida afetará a todos.Pelo contrário, se a água Dl está a dar uma leitura sensível no medidor de condutividade, as possíveis fontes de contaminação são TMAH a solução ou a solução de HF a 15% (1 SC SC 2 e não será comprometida). Neste caso, é melhor para decantar as soluções, quimicamente limpos (SC 1 e 2) os recipientes e preparar novas soluções. Além disso, se as pastilhas de silício foram contaminados por uma solução, eles vão exigir SC 1 e 2 SC limpeza várias vezes antes de as superfícies estão limpas. Para evitar a contaminação da solução e medições ao longo da vida, assim, errôneas, o melhor é preparar soluções TMAH e HF, que são utilizados apenas para esta técnica (e não por outros processos em laboratório). Outra fonte de contaminação da superfície poderia vir de filmes dieléctricos ou metálicos previamente depositados sobre a bolacha de silício. Assim, se as pastilhas foram sujeitas a uma deposição de material dieléctrico ou de metal, as superfícies necessitam de uma limpeza química e condicionamento de silicone, antes do processo de três etapas da vida graneltécnica de medição do tempo. Embora a técnica é ao mesmo tempo simples e eficaz do tempo, o uso de ácido HF restringe a técnica a um exaustor de fumos. Independentemente disso, a técnica permite a passivação de superfície equivalente aos melhores filmes dieléctricos passivadores no mundo (sen x: H, Al 2 O 3 e uma -Si: H), além disso, esta técnica não requer qualquer tipo de equipamento complexo, nem requerem temperaturas elevadas. Como a pureza de wafers de silício melhora, num esforço para melhorar a eficiência de células solares, concentrações de defeitos vai diminuir e, portanto, a sua actividade de recombinação vai se tornar difícil de medir através de técnicas como espectroscopia de nível profundo transitória e transformada de Fourier espectroscopia de infravermelho. Por conseguinte, antecipa-se que as medições de tempo de vida dos portadores minoritários que incorporam uma superfície líquida técnica RT passivação será imperativo pela análise de defeitos de silício em massa quando a sua concentração é baixa(&lt;10 12 cm -3).

Alta vida (&gt; 1 ms) silício monocristalino está se tornando cada vez mais importante para as células solares de alta eficiência. Compreender as características de recombinação de impurezas embarcados tem sido, e continua a ser um tema importante. Uma das técnicas mais largamente usadas para examinar a actividade de recombinação de defeitos em adultos é através de um método photoconductance 1. Por meio desta técnica é muitas vezes difícil de superfície completamente separada da recombinação grandes quantidades, tornando-se assim difícil de examinar as características de recombinação de defeitos em adultos. Felizmente existem várias películas dieléctricas que pode atingir velocidades muito baixas de recombinação eficaz da superfície (s) de eff &lt;5 cm / seg, e, assim, inibem eficazmente a recombinação superfície. Estes são, de nitreto de silício (sen x: H) 2, óxido de alumínio (Al 2 O 3) 3 e de silício amorfo (a-Si: H) 4. A deposição e umnealing temperaturas (~ 400 ° C) destes filmes dieléctricos são considerados para ser suficientemente baixa para não desactivar permanentemente a actividade de recombinação do adulto em defeitos. Exemplos disso são o ferro-boro 5 e 6 de boro oxigênio defeitos. No entanto, recentemente, verificou-se que os defeitos de vacância de oxigênio e vaga-fósforo no n -tipo Czochralski (Cz) de silício pode ser completamente desativado em temperaturas de 250-350 ° C 7,8. Da mesma forma um defeito no flutuador-zone (FZ) de silício do tipo p foi encontrado para desativar a ~ 250 ° C 9. Portanto, as técnicas de passivação convencionais, tais como deposição de vapor químico de plasma melhorado (PECVD) e deposição de camada atómica (ALD) podem não ser adequados para a inibição da recombinação da superfície a analisar defeitos granel em adultos. Além disso, sen x: H e a-Si: H filmes foram mostrados para desactivar defeitos de silício em massa por meio de hidrogenação 10,11. Portanto, para examinar a actividade de recombinação S<html> F-cultivadas em defeitos, uma técnica de passivação de superfície RT seria ideal. Wet passivation químicos de superfície cumpre este requisito. Na década de 1990 Horányi et ai. Demonstraram que a imersão das bolachas de silício em soluções de iodo-etanol (IE) proporciona um meio para passivar bolachas de silício, conseguindo S ef &lt;10 cm / seg 12. Em 2007 Meier et ai. Mostraram que o iodo-metanol soluções (IM) podem reduzir a recombinação superfície a 7 ​​cm / seg de 13, enquanto em 2009 Chhabra et ai. Demonstraram que S ef de 5 cm / seg pode ser alcançado por imersão bolachas de silício em soluções 14,15 quinhydrone-metanol (QM). Apesar do excelente passivation superfície alcançado pelo IE, IM e soluções QM, eles não fornecem adequada passivation superfície (S ef &lt;5 cm / s) para medir o tempo de vida maior parte dos wafers de silício de alta pureza. nt &quot;&gt; Outro meio para atingir um alto nível de passivação de superfície é por imersão wafers de silício em ácido HF. A noção de usar HF para passivar wafers de silício foi introduzido pela primeira vez por Yablonavitch et al., em 1986, que demonstraram um recorde de baixa S ef de 0,25 ± 0.5 cm / s 16. Embora excelente passivation superfície foi atingido em wafers de alta resistividade, temos encontrado a técnica a ser não-repetível, acrescentando assim uma grande incerteza para a medição da vida. Portanto, para limitar a incerteza de forma consistente alcançar uma muito baixo S FEP (~ 1 cm / seg), desenvolvemos uma nova técnica de passivação HF que incorpora três passos críticos, (i) quimicamente a limpeza e decapagem de bolachas de silício, (ii) a imersão numa solução de HF a 15% e (iii) iluminação durante 1 min 17,18. Este procedimento é simples e eficiente do tempo em comparação com o tradicional PECVD e técnicas de deposição de ALD listados acima.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hydrofluoric acid (48%)</td>
			<td>Merck Millipore,&#160; &#160;http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrofluoric-acid-48%25,MDA_CHEM-100334</td>
			<td>1003340500</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid 32%, AR</td>
			<td>ACI Labscan, http://www.rcilabscan.com/modules/productview.php?product_id=1985</td>
			<td>107209</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonia (30%) Solution AR</td>
			<td>Chem-supply, https://www.chemsupply.com.au/aa005-500m</td>
			<td>AA005</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen Peroxide (30%)</td>
			<td>Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrogen-peroxide-30%25,MDA_CHEM-107209</td>
			<td>1072092500</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetramethylammonium hydroxide (25% in H2O)</td>
			<td>J.T Baker, https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4562992</td>
			<td>5879-03</td>
			<td>Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>640 mL round plastic container</td>
			<td>Sistema, http://sistemaplastics.com/products/klip-it-round/640ml-round</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This is a good container for storing the 15% HF solution in.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WCT-120 lifetime tester</td>
			<td>Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com/Sinton-Instruments-WCT-120.html</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dell workstation with Microsoft Office Pro, Data acquisition card and software including Sinton Software under existing license.</td>
			<td>Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Halogen optical lamp, ELH 300W, 120V</td>
			<td>OSRAM Sylvania, http://www.sylvania.com/en-us/products/halogen/Pages/default.aspx</td>
			<td>54776</td>
			<td>Any equivalent lamp could be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voltage power source</td>
			<td>Home made power supply</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Any power supply could be used provided it can produce up to 90 Volts and 1-5 Amps.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductivity meter</td>
			<td>WTW, http://www.wtw.de/uploads/media/US_L_07_Cond_038_049_I_02.pdf</td>
			<td>LF330</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

light enhanced hydrofluoric acid passivation: a sensitive technique for detecting bulk silicon defects

Um procedimento para medir o tempo de vida maior (&gt; 100 ms) de pastilhas de silício por atingir temporariamente um nível muito elevado de passivação da superfície, quando as bolachas de imersão em ácido fluorídrico (HF) é apresentada. Por este procedimento três passos críticos são necessários para atingir o tempo de vida maior. Em primeiro lugar, antes da imersão de placas de silício em HF, eles estão quimicamente limpas e subsequentemente gravado em 25% de hidróxido de tetrametilamónio. Em segundo lugar, as pastilhas tratadas quimicamente são então colocadas num recipiente de plástico grande preenchido com uma mistura de HF e ácido clorídrico, e, em seguida, centrada sobre uma bobina indutiva para medições photoconductance (PC). Em terceiro lugar, para inibir a recombinação de superfície e medir o tempo de vida em massa, as bolachas são iluminados em 0.2 sóis para 1 min usando uma lâmpada de halogéneo, a iluminação é desligada, e uma medição PC é imediatamente retirado. Por este procedimento, as características de defeitos de silício em massa pode ser determinado com precisão. PeleThermore, antecipa-se que uma técnica de RT sensível passivação de superfície será imperativo pela análise de defeitos de silício em massa quando a sua concentração é baixa (&lt;10 12 cm -3).

A Figura 1a mostra uma vista esquemática e a Figura 1b mostra uma fotografia da montagem experimental. Quando uma pastilha de silício é imerso na solução de HF, subsequentemente, colocada sobre o palco vida testador e é realizada uma medição (antes da iluminação), uma curva de tempo de vida que é limitada através de recombinação da superfície resultará, como mostrado pelos triângulos azuis na Figura 2. No entanto, quando a amostra é iluminada durante 1 min (enquanto imerso em HF), como mostrado na Figura 1, e é realizada uma medição imediatamente após a iluminação, um aumento no tempo de vida irá ocorrer, como mostrado pelos círculos vermelhos na Figura 2. Este aumento no tempo de vida depois de resultados de iluminação, devido a uma redução na recombinação da superfície, e, assim, os círculos vermelhos na Figura 2 representam o tempo de vida, que agora está limitada por recombinação grandes quantidades e não superfície. O aumento na iluminação pós vida vaivariam de amostra para amostra, no entanto, se a técnica está funcionando corretamente, um aumento no tempo de vida deve sempre ocorrem desde o tempo de vida em massa não é baixo (&lt;100 ms), em que qualquer redução na recombinação de superfície por iluminação não vai melhorar a vida porque recombinação granel torna-se dominante. Embora o tempo de vida em massa é atingido após iluminando o wafer de silício para 1 min 19, a passivação de superfície é temporária e vai começar a degradar dentro de segundos da lâmpada halógena de ser desligado. Assim, é importante para a medição seja efectuada imediatamente após o período de iluminação para obter o recombinação superfície menor, tal como demonstrado na Figura 3. Os círculos vermelhos na Figura 3 correspondem ao tempo de vida quando a amostra é medido directamente após a lâmpada ser desligada , e os círculos azuis correspondem ao tempo de vida quando a amostra é medido após 1 min a illuminatioperíodo n. A partir da figura, é evidente que o elevado nível de passivação da superfície é temporária e degrada-se dentro de segundos da fonte de iluminação a ser terminado. Portanto, é imperativo que a medição é realizada directamente após a iluminação para atingir o tempo de vida maior parte da bolacha de silício. Em contraste, a figura 3 também demonstra que, mesmo quando se degrada ao longo da vida (círculos azul), que pode ser totalmente recuperado, iluminando a pastilha de silício, uma vez mais. Este processo pode ser repetido muitas vezes sem qualquer aumento permanente de recombinação da superfície, como mostrado na Figura 3. Para assegurar a técnica está a funcionar correctamente de cada vez uma medição é feita, bolachas de silício de controlo deve ser utilizado. Os wafers de silício representam amostras de controle que foram medidos pelos tempos técnica múltipla e produziram o mesmo tempo de vida cada vez. As amostras de controlo deve sempre passar pelo mesmo pretreatm química húmidaent que as amostras a serem medidas. Antes de medir o tempo de vida em massa de pastilhas de silício, as amostras de controlo devem ser medida primeiro. Assim, se a sua vida não está dentro de ± 20% da sua mensuração de vida anterior, ocorreu um problema e a medida deve ser interrompida até que o problema seja resolvido. Pelo contrário, se as amostras de controlo produzir tempos de vida dentro de ± 20% do seu tempo de vida medidos anteriormente, as medições podem prosseguir. Em alguns casos, o tempo de vida maior parte das amostras será baixa, e assim o tempo de vida medido antes e após a iluminação será o mesmo, ao contrário da Figura 2. Neste caso, mesmo que a iluminação ainda irá reduzir a recombinação da superfície, qualquer melhoria na iluminação vida post será observado porque a recombinação em massa é muito maior do que a superfície. Quando se mede uma amostra, tal como esta, a comparação a uma bolacha de controlo pode elucidar se há um problema com a configuração de medição ou o sim bolacha medidoply tem uma recombinação volume muito alto. Para demonstrar que a passivação HF não alcançar as medições do tempo de vida maior, FZ-1 Ω cm n -. E bolachas de silício P -tipo foram passivado com ALD Al 2 O 3 e de PECVD sen x, como mostrado na Figura 4 A Figura 4 mostra que, para ambos os tipos de doping, passivation HF pode alcançar a mesma vida como conseguido com Al 2 O 3 e SiN x filmes. O tempo de vida mais baixo alcançado pelo filme SiN x na amostra do tipo p é devido à região de depleção recombinação causado pela carga positiva contido dentro do SiN x filme. Em contraste, a depleção de recombinação região, se estiver presente, não parecem afectar de forma significativa a medição do tempo de vida pode ser n - P ou do tipo de silicone quando se utiliza a técnica de passivação HF 9,17,18. Isto também faz com que a técnica desejável para analisar grandes quantidades defete, porque qualquer dependência injecção observado a partir da medição de tempo de vida pode ser atribuída a recombinação grandes quantidades e não superfície. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53614/53614fig1.jpg" /> Figura 1. Configuração passivation HF. (A) esquemática da luz de realce passivation HF e medição de configuração 17. Reproduzido com permissão de J. Sólido Sci Estado. Technol., 1 (2), P55 (2012). Copyright 2012, A Sociedade de Eletroquímica. (B) fotografia do setup. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53614/53614fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53614/53614fig2.jpg" /> Figura 2. Valorização do passivation superfície por il<html> lumination. vitalícia efectiva de uma pastilha de silício de alta resistividade imersos em 15% IC, antes (triângulos azuis) e imediatamente após (círculos vermelhos) iluminação. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53614/53614fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53614/53614fig3.jpg" /> Figura 3. Degradação da iluminação superfície passivation post. Vitalícia efectiva de um 5 Ω-cm n do tipo wafer de silício imerso em HF diretamente após a iluminação (círculos vermelhos) e 1 min depois de iluminação (círculos azuis). A figura demonstra como a passivação pode ser recuperada por etapas subseqüentes de iluminação. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53614/53614fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> t &quot;fo: manter-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53614/53614fig4.jpg" /> Figura 4. A comparação com outros filmes dielétricos efectiva / vida maior parte FZ-1 Ω cm n -. E wafers de silício p -tipo passivadas com HF (círculos laranja), PECVD sen x (quadrados verdes) e ALD Al 2 O 3 (azul diamantes). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53614/53614fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Light Enhanced Hydrofluoric Acid Passivation: A Sensitive Technique for Detecting Bulk Silicon Defects

Luz reforçada Passivation ácido fluorídrico: uma técnica sensível para a detecção de defeitos de silício em massa

A RT técnica passivation superfície do líquido para investigar a atividade de recombinação de defeitos de silício em massa é descrito. Para que a técnica seja bem sucedido, três passos críticos são necessários: (i) a limpeza química e corrosão de silício, (ii) a imersão de silício em 15% de ácido fluorídrico e (iii) iluminação durante 1 min.

A procedure to measure the bulk lifetime (&#62;100 &#181;sec) of silicon wafers by temporarily attaining a very high level of surface passivation when ...

light-enhanced-hydrofluoric-acid-passivation-sensitive-technique-for

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.2K visualizações.  Australian National University.  A RT técnica passivation superfície do líquido para investigar a atividade de recombinação de defeitos de silício em massa é descrito. Para que a técnica seja bem sucedido, três passos críticos são necessários: (i) a limpeza química e corrosão de silício, (ii) a imersão de silício em 15% de ácido fluorídrico e (iii) iluminação durante 1 min. 

Vídeo: Light Enhanced Hydrofluoric Acid Passivation: A Sensitive Technique for Detecting Bulk Silicon Defects

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Engenharia

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

High-intensity focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors, lipid-coated perfluorocarbon droplets have been developed which can be vaporized by HIFU. The vasculature in many tumors is abnormally leaky due to their rapid growth, and nanoparticles are able to penetrate the fenestrations and passively accumulate within tumors. Thus, controlling the size of the droplets can result in better accumulation within tumors. In this report, the preparation of stable droplets in a phase-shift nanoemulsion (PSNE) with a narrow size distribution is described. PSNE were synthesized by sonicating a lipid solution in the presence of liquid perfluorocarbon. A narrow size distribution was obtained by extruding the PSNE multiple times using filters with pore sizes of 100 or 200 nm. The size distribution was measured over a 7-day period using dynamic light scattering. Polyacrylamide hydrogels containing PSNE were prepared for in vitro experiments. PSNE droplets in the hydrogels were vaporized with ultrasound and the resulting bubbles enhanced localized heating. Vaporized PSNE enables more rapid heating and also reduces the ultrasound intensity needed for thermal ablation. Thus, PSNE is expected to enhance thermal ablation in tumors, potentially improving therapeutic outcomes of HIFU-mediated thermal ablation treatments.

Phase-shift nanoemulsions (PSNE) can be vaporized using high intensity focused ultrasound to enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors. In this report, the preparation of stable PSNE with a narrow size distribution is described. Furthermore, the impact of vaporized PSNE on ultrasound-mediated ablation is demonstrated in tissue-mimicking phantoms.

Síntese de mudança de fase Nanoemulsões com distribuição de tamanho estreita para vaporização Droplet Acústico e Bubble avançada ablação por ultrassom mediada

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

Experimentos chama na fonte luminosa avançada: novos insights sobre processos de formação de fuligem

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Nanoespirais escaláveis ​​para estudos de previsão e melhor visualização 3D

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicon Metal-Óxido-semiconductor Quantum Dots para bombear-elétron único

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caracterização

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Fabricação e operação de Acoustofluidic dispositivos que suportam a granel ondas acústicas pe para Sheathless Focando de Partículas

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.