Forschungsprojekt zur Erkennung von Verunreinigungen bei Siliziumwafern durch Raman-Spektroskopie

Solarzelle unter einem µ-Raman-Spektrometer

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP, die Fachhochschule Südwestfalen, die Geb. Schmid GmbH und die Spectroscopy & Imaging GmbH wollen in einem gemeinsamen Projekt untersuchen, wie sich »Raman«-Spektroskopie dafür einsetzen lässt, Verunreinigungen auf oder in Siliziumwafern zerstörungs- und kontaktfrei zu analysieren. Denn bei der Massenfertigung von Solarzellen »spielt die Reinheit des eingesetzten Materials eine entscheidende Rolle für den elektrischen Wirkungsgrad des Endproduktes«, so das CSP in einer Mitteilung. »Das erfordert geeignete Maßnahmen zur zuverlässigen Prozesskontrolle.«
Mehr als 95 Prozent der weltweit hergestellten Solarzellen bestehen aus Siliziumwafern. Durch den zu ihrer Gewinnung erforderlichen Sägevorgang könnten sie beschädigt und zudem mit organischen Resten aus dem Sägemittel verschmutzt werden. Kontaminationen hätten durch die hohen Stückzahlen in der Photovoltaikindustrie jedoch erheblichen Einfluss auf die Gesamtkosten. Deshalb seien aufwendige Prozesse nötig, um die Wafer chemisch zu reinigen oder fehlerhafte Wafer auszusortieren, bevor sie weiterverarbeitet werden.
»Es gibt bisher kein inline-fähiges Verfahren, das solche organischen Rückstände auf Wafer-Oberflächen analysieren kann. Wir wollen dafür die Raman-Spektroskopie nutzbar machen, die zugleich auch die Oberflächenbeschaffenheit direkt im Anschluss an den Sägevorgang überprüfen kann«, sagt Stefan Schweizer, der das Projekt an der Fachhochschule Südwestfalen leitet. Bei einer Kontamination könne nicht nur die Verunreinigung des Siliziumwafer erkannt werden, sondern auch wie stark und mit welchen Substanzen.
Die Raman-Spektroskopie wird bisher vor allem bei der Analyse von pharmazeutischen Produkten und in der wissenschaftlichen Forschung genutzt. Das zu untersuchende Material wird dabei mittels eines Lasers bestrahlt. Trifft das Licht aus der Laserquelle auf die Oberfläche der Probe, wird es gestreut. Aus der Verteilung der Frequenzen im entstehenden Spektrum lassen sich Aussagen über die untersuchte Substanz und die Materialeigenschaften ableiten. Die Überprüfung ist an jedem Schritt der Prozesskette ohne Probenpräparation möglich.
Die Forscher wollen nach Angaben von Hartmut Schwabe vom Fraunhofer CSP »mit der Entwicklung eines Messkopfes beginnen, der in industriellen Anlagen eingesetzt werden kann«. Das Projekt läuft bis Ende Juni 2019.
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