光致發(fā)光測量中摻雜濃度和少數(shù)載流子壽命分離本申請是申請日為2010年7月19日的題為“半導(dǎo)體材料光致發(fā)光測量中摻雜濃度和少數(shù)載流子壽命分離”的中國專利申請?zhí)?01080033122.0的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及通過光致發(fā)光測量法表征半導(dǎo)體材料的特性，具體為涉及一種對由摻雜濃度和少數(shù)載流子壽命分別對光致發(fā)光信號產(chǎn)生的影響進(jìn)行分離的技術(shù)。本發(fā)明主要改進(jìn)了對于塊狀(非晶片)硅樣品的特性表征，但本發(fā)明的改進(jìn)并不僅僅局限于這一特定的使用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
采用商用晶片的太陽電池通常由尺寸為10×10cm2至22×22cm2的硅晶片制成。多晶硅鑄塊2(也稱為硅錠)如圖1所示，常規(guī)尺寸為1×1×0.7m3，將其切割成截面為正方形(10×10cm2至22×22cm2)的條塊4(俗稱為硅塊)，然后再切割成獨立的硅晶片，每一片硅晶片的厚度通常為120-250μm。硅錠通常被切割成4×4或5×5的硅塊。太陽電池通過采用不同的多晶硅錠或單晶硅錠的生長技術(shù)由多晶硅或單晶硅制成。對于晶片制造商來說，出于利益的考慮需要表征切片以前的硅錠或硅塊的電子及結(jié)構(gòu)特性。眾所周知，多晶(mc)硅錠鑄件的在硅的外側(cè)部位中摻雜濃度增大了，所述外側(cè)部位為硅錠的底部、頂部或側(cè)面。在硅錠底部和側(cè)面上，該摻雜濃度的增大是由于坩堝壁中的雜質(zhì)向硅錠擴(kuò)散而形成的，而在硅錠頂部，摻雜濃度的增大是由于在硅錠結(jié)晶過程中雜質(zhì)向頂部液相分凝而形成的。雜質(zhì)濃度的增大導(dǎo)致了電子材料質(zhì)量的降低，表現(xiàn)為有效少數(shù)載流子壽命的降低。圖2從側(cè)面描述了多晶硅錠鑄件中典型的有效少數(shù)載流子壽命分布，即有效壽命高的材料8主要分布在硅錠的中心區(qū)域，而有效壽命低的材料10則分布在硅錠的頂部、底部和邊緣。目前，正在使用的用于表征硅塊的實驗性技術(shù)包括紅外線透視法及少數(shù)載流子壽命掃描法。在紅外線透視技術(shù)中，次能帶隙的光透射過硅塊是采用紅外線照相機(jī)從不同的方向來測量的，其中，所述相機(jī)對于次能帶隙光譜范圍(對于硅來講，波長大于1100nm)較為敏感，從而提供諸如碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)的雜質(zhì)濃度和位置的三維信息。目前，有效少數(shù)載流子壽命可以通過幾種實驗性技術(shù)進(jìn)行測量，這些技術(shù)包括瞬態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)(QSSPC)法和微波光電導(dǎo)衰減(μ-PCD)法。這些技術(shù)手段測量出的有效少數(shù)載流子壽命，是受硅塊材料質(zhì)量(如體少數(shù)載流子壽命)和表面復(fù)合影響的有效樣品的特性參數(shù)。尤其是對于非鈍化的表面，如切割的晶片，有效壽命通常很大程度上受到表面復(fù)合的影響或取決于表面復(fù)合。有效壽命橫向變化的二維信息，如在硅塊的某一表面上，可以通過采用上述方法在掃描模式下獲得，并通過手動或自動形式的點對點掃描，從而生成布局圖。在一些情況下，如采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)法，測出的有效壽命值可以在有限范圍內(nèi)通過體壽命與有效壽命之間的預(yù)定關(guān)系轉(zhuǎn)換為體壽命值。盡管有效少數(shù)載流子壽命值比較容易測得，但體少數(shù)載流子壽命值對于光伏應(yīng)用來說是更為重要，這是因為：(a)通過去除低壽命的表面材料并將表面鈍化可以顯著降低表面復(fù)合的影響；(b)不同于非鈍化樣品的有效壽命，體壽命值決定了太陽電池成品的電壓和電流。因此，特別是對于具有高表面復(fù)合的非鈍化樣品，將測得的有效壽命值轉(zhuǎn)換為體壽命值是很重要的。注入水平是決定少數(shù)載流子壽命的另一個重要因素。體壽命由多種復(fù)合機(jī)制決定，包括缺陷復(fù)合、輻射復(fù)合和俄歇復(fù)合。通過這些機(jī)制復(fù)合的復(fù)合率與少數(shù)載流子濃度成非線性關(guān)系，因此體少數(shù)載流子壽命本身取決于少數(shù)載流子的濃度。理想狀態(tài)下，少數(shù)載流子壽命的實驗數(shù)值為注入水平的函數(shù)，無論該壽命值是面積平均的或空間分辨的。然而，用具有兩個獨立參量(位置和注入水平)的函數(shù)表征數(shù)據(jù)較為困難，空間分辨數(shù)據(jù)如壽命圖像或壽命分布圖通常僅僅用來表示各個點的單獨注入水平。在基于硅晶片的光伏產(chǎn)業(yè)中使用高純度冶金級硅可以顯著降低成本。高純度冶金級硅錠和硅塊的顯著特性在于：由于原料中摻雜了大量(高濃度)的磷和硼，本底摻雜濃度呈現(xiàn)出從硅錠的底部至頂部的反轉(zhuǎn)。由于這些摻雜質(zhì)具有不同的分凝系數(shù)，其摻入晶體的速度也不同。因此，高純度冶金級硅錠通常在其底部形成p型，而在其頂部形成n型，實現(xiàn)了位于底部和頂部之間所謂“補(bǔ)償區(qū)域”的無摻雜或極輕度摻雜。由于來自該區(qū)域的硅晶片以及來自于上述區(qū)域的上部的n型硅晶片不能用于采用n型硅晶片常規(guī)網(wǎng)版印刷的太陽電池生產(chǎn)線中，因此需要一種可以快速獲得過渡區(qū)域位置和形狀信息的方法。在題為“檢測間接帶隙半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)”的PCT專利申請WO2007/041758A1中，公開了一種利用光致發(fā)光圖像法測量硅晶片有效壽命的方法，該文獻(xiàn)在此作為引用文獻(xiàn)。半導(dǎo)體材料光致發(fā)光圖像中可測的光強(qiáng)取決于自激輻射率rsp，通常假定其與電子(n)濃度和空穴(p)濃度的乘積成線性關(guān)系，即rsp＝B*n*p,其中系數(shù)B學(xué)術(shù)上稱之為輻射復(fù)合率。光致發(fā)光圖像法應(yīng)用在硅樣品，特別是其非鈍化表面時，通常為低注入水平情況，即非平衡少數(shù)載流子濃度Δn遠(yuǎn)小于本底摻雜濃度Nd，即Δn<<Nd。在這種情況下，整個少數(shù)載流子濃度非常近似于Δn，而多數(shù)載流子濃度近似于Nd。因此，射出的光與非平衡少數(shù)載流子濃度和本底摻雜濃度成正比，從而得到rsp＝B*Δn*Nd。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)情況下，例如產(chǎn)生率和復(fù)合率相等時，有效少數(shù)載流子壽命與產(chǎn)生率G成反比，與少數(shù)載流子濃度成正比，即τeff＝Δn/G，從而rsp＝B*G*τeff*Nd。對于特定光強(qiáng)下的光致發(fā)光強(qiáng)度(如給定的G)，自激輻射率與有效少數(shù)載流子壽命和摻雜濃度成正比。以上介紹了光致發(fā)光圖像法在應(yīng)用中，摻雜濃度對光致發(fā)光光強(qiáng)的影響，但其隱含了一個假設(shè)條件，即樣品中本底摻雜濃度在橫向上為常數(shù)。例如，2008年在美國韋爾舉辦的第18屆晶體硅太陽電池及組件研討會上，T.Trupke,R.A.BardosandJ.Nyhus發(fā)表了“硅晶片和硅太陽電池的光致發(fā)光圖像表征”一文中，闡述了不同樣品中本底摻雜濃度對絕對光強(qiáng)以及光致發(fā)光圖像標(biāo)定的影響。對于許多常用的硅晶片(如商用鑄件多晶硅片)，可以假設(shè)在橫穿樣品的區(qū)域內(nèi)本底摻雜濃度為常數(shù)，從而在樣品的表面性能(織構(gòu)化和防反射層)充分同性的情況下，可以根據(jù)非平衡少數(shù)載流子濃度的橫向變量Δn來解釋光致發(fā)光圖像。但對于一些類型的樣品，本底摻雜濃度橫向上為常數(shù)的假設(shè)不成立。這些類型的樣品包括：(i)常規(guī)多晶硅塊或硅錠側(cè)面。典型多晶硅塊和硅錠中摻雜濃度的變化量ND(x)通常很大。很多情況下，沿生長方向摻雜濃度的變化量可以由Scheil方程表示，其中所述方程考慮到了來自對凝固中的硅塊鑄件兩相中雜質(zhì)熱力學(xué)勢方程中，Keff為主要摻雜原子和晶核的特性參數(shù)，x為硅塊或硅錠內(nèi)的相對高度(底部為x＝0，頂部為x＝1)。例如，對于典型的高度為25cm的硼摻雜(p型)硅錠或硅塊，通常從底部到頂部，摻雜濃度會相對增長30％-40％。(ii)高純度冶金級硅塊的側(cè)面，或其他有意或無意摻雜-補(bǔ)償硅錠或硅塊。在有效p型摻雜到n型摻雜的過渡區(qū)域中，有效摻雜濃度發(fā)生了顯著的變化。(iii)高純度冶金級硅塊制成的晶片。由于位于晶體正面附近的固-液分界面通常為曲面，所以由p型向n型過渡的區(qū)域并非嚴(yán)格平行于硅錠切割晶片的方向。因此，對于過渡區(qū)域附近晶片，其摻雜濃度有著顯著的變化，其中一些晶片甚至呈現(xiàn)了在一片晶片內(nèi)部p型到n型的轉(zhuǎn)變。(iv)通過丘克拉斯基法(Cz)生長得到的單晶硅錠的垂直樣品。本底摻雜濃度的垂直變化量可以在從硅錠垂直切割下來的晶片上獲得到PL圖像或硅錠的光致發(fā)光圖像上顯示。(v)單晶硅晶片，特別是n型Cz法得到的硅晶片，摻雜濃度常常呈現(xiàn)圓形變化(條紋)。由于有效壽命在表面受到限制，且在晶片的區(qū)域內(nèi)幾乎為常數(shù)，上述所呈現(xiàn)的圓形的變化可以從非鈍化硅晶片的發(fā)光圖像中被清楚地看到。甚至是摻雜濃度的微小變化在發(fā)光圖像中也是清晰可見的。(vi)許多其他新式的、外來形式的硅錠生產(chǎn)過程將逐漸發(fā)展為主流生產(chǎn)工序。例如，包括BP太陽鑄件“單晶”工序和Muto直接化學(xué)成型工序。各種生產(chǎn)晶體硅塊的新工序?qū)⒃陔s質(zhì)濃度和壽命變化方面具有特質(zhì)。若不再假設(shè)本底摻雜濃度為常數(shù)，則光致發(fā)光圖像中的濃度變化由1)摻雜濃度和2)有效少數(shù)載流子壽命的乘積決定。為了獲得上述兩個參量中其中一個空間變量的可靠信息，需要對另一參量的絕對或相對變量的光致發(fā)光信號進(jìn)行修正或校正，而該參量可以直接測得或推算出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的其中一個目的是為了克服或改善至少一項現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，或提出有益的備選方案。本發(fā)明的另一個目的在于以其優(yōu)選形式，利用光致發(fā)光測量法，提出了改進(jìn)對半導(dǎo)體材料，尤其是體硅樣品表征的方法。作為第一方面，本發(fā)明提出了一種分析半導(dǎo)體材料的方法，所述方法包括以下步驟：(a)激發(fā)所述材料從而產(chǎn)生光致發(fā)光；(b)測量由所述材料輻射出的光致發(fā)光強(qiáng)度；(c)對測得的光致發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)于所述材料本底摻雜濃度變化的歸一化，從而獲得歸一化的光致發(fā)光強(qiáng)度；以及(d)根據(jù)所述材料的一項或多項特性分析所述歸一化的光致發(fā)光強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述材料的實質(zhì)區(qū)域被激發(fā)，并且所述測量步驟對從所述區(qū)域內(nèi)發(fā)出的光致發(fā)光進(jìn)行成像。在優(yōu)選實施方式中，所述材料為硅錠或硅塊，并且所述方法適用于所述錠或塊的至少一個側(cè)面。在優(yōu)選實施方式中，所述本底摻雜濃度通過實驗方法測得?；蛘?，所述本底摻雜濃度根據(jù)經(jīng)驗來被確定，或通過理論關(guān)系式計算得到。優(yōu)選地，所述歸一化的光致發(fā)光強(qiáng)度被解釋為所述材料的有效少數(shù)載流子壽命的量度。或者，根據(jù)體壽命和歸一化光致發(fā)光強(qiáng)度之間的預(yù)定理論關(guān)系式，將所述歸一化光致發(fā)光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為所述材料的體少數(shù)載流子壽命量度。在優(yōu)選實施方式中，所述理論關(guān)系式被用于所述材料的多個具有相似表面處理的樣品。在其他優(yōu)選實施方式中，所述特性為所述材料中位錯的面密度或體密度。作為第二方面，本發(fā)明又提出了一種分析硅錠或硅塊的方法，所述方法包括以下步驟：(a)激發(fā)所述硅錠或硅塊的至少一個側(cè)面的至少一個部位，從而產(chǎn)生光致發(fā)光；(b)獲取至少一個所述側(cè)面的所述至少一個部位所輻射出的光致發(fā)光的至少一張圖像；以及(c)根據(jù)所述硅錠或硅塊中位錯面密度的變化對所述至少一張圖像進(jìn)行解釋。優(yōu)選地，對從所述錠或塊的不同側(cè)面得到的光致發(fā)光圖像進(jìn)行分析，從而獲得隨后從所述錠或塊切割下來的晶片中位錯面密度估算值。優(yōu)選地，采用至少一張光致發(fā)光圖像來突出顯示用于晶片生產(chǎn)的所述錠或塊中的劣質(zhì)區(qū)域。作為第三方面，本發(fā)明又提出了一種分析硅錠或硅塊的方法，所述方法包括以下步驟：(a)激發(fā)所述硅錠或硅塊的至少一個側(cè)面，從而產(chǎn)生光致發(fā)光；(b)獲取至少一個所述側(cè)面輻射出的光致發(fā)光的至少一張圖像；以及(c)對所述至少一張圖像進(jìn)行解釋，從而識別出所述錠或塊中低有效和/或體少數(shù)載流子壽命區(qū)域。作為第四方面，本發(fā)明又提出了一種分析半導(dǎo)體材料的方法，所述方法包括以下步驟：(a)激發(fā)所述材料的一個部位，從而產(chǎn)生光致發(fā)光；(b)對所述部位輻射出的光致發(fā)光分布進(jìn)行測量；(c)對測得的光致發(fā)光的分布進(jìn)行關(guān)于所述部位有效少數(shù)載流子壽命變化的歸一化；以及(d)根據(jù)所述部位的所述材料本底摻雜濃度的變化，對歸一化后的光致發(fā)光分布進(jìn)行分析。優(yōu)選地，所述材料為硅錠或硅塊，并且所述方法被應(yīng)用于所述錠或塊的至少一個側(cè)面。所述部位優(yōu)選為線掃描或二維區(qū)域。所述方法優(yōu)選應(yīng)用于高純度冶金級的硅錠、硅塊或晶片。優(yōu)選地，對所述光致發(fā)光分布的最小位置進(jìn)行擬合，獲得所述高純度冶金級硅的原料中施主濃度和受體濃度的比率。優(yōu)選地，對根據(jù)有效壽命變化的歸一化步驟進(jìn)行省略，并根據(jù)本底摻雜變化對光致發(fā)光分布進(jìn)行解釋。優(yōu)選地，通過所述光致發(fā)光分布中的最小位置來識別在高純度冶金級硅中由p型向n型過渡的區(qū)域的位置。作為第五方面，本發(fā)明又提出了一種分析硅錠或硅塊的方法，所述方法包括以下步驟：(a)在不同的探測波段下，獲取所述硅錠或硅塊的至少一個側(cè)面的至少兩次光致發(fā)光測量結(jié)果；(b)計算至少兩次所述光致發(fā)光的測量結(jié)果的強(qiáng)度比；以及(c)根據(jù)預(yù)定理論關(guān)系式，將所述強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換成體壽命或體擴(kuò)散長度。優(yōu)選地，所述不同的探測波段由一臺或多臺電介質(zhì)濾波器產(chǎn)生，所述方法還包括以下步驟：對所述光致發(fā)光測量結(jié)果或由于所述一臺或多臺電介質(zhì)濾波器透射的角變化所導(dǎo)致的所述強(qiáng)度比進(jìn)行歸一化。作為第六方面，本發(fā)明又提出了一種分析硅錠或硅塊的方法，所述方法包括以下步驟：(a)獲取所述硅錠或硅塊的至少一個側(cè)面的具有不同激發(fā)波長的光致發(fā)光的至少兩個測量結(jié)果；(b)計算至少兩次所述光致發(fā)光的測量結(jié)果的強(qiáng)度比；以及(c)根據(jù)預(yù)定理論關(guān)系式，將所述強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換為體壽命或體擴(kuò)散長度。本發(fā)明的上述所提出的任一方法或系統(tǒng)，其中，光致發(fā)光測量結(jié)果或圖像優(yōu)選為被用于晶片生產(chǎn)的切割導(dǎo)引并用于將晶片分揀入質(zhì)量箱?；蛘咄ㄟ^所述方法獲得的信息被用于對硅塊或硅錠的生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)，或被用于確定從所述材料中得到的晶片的價格或被用于獲取硅晶片生產(chǎn)中原料質(zhì)量的反饋。作為第七方面，本發(fā)明又提出了一種用于分析半導(dǎo)體材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：光探測單元，用于獲取由所述材料表面產(chǎn)生的光致發(fā)光的至少一張圖像或線掃描；以及處理器，用于對所測得的光致發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)于所述表面的本底摻雜濃度變化的歸一化，并根據(jù)所述材料的一項或多項特性對歸一化后的光致發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行分析。作為第八方面，本發(fā)明又提出了一種用于分析硅錠或硅塊的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：光探測單元，用于獲取由所述硅錠或硅塊至少一個側(cè)面產(chǎn)生的光致發(fā)光的至少一張圖像或線掃描；以及處理器，用于根據(jù)所述硅錠或硅塊中位錯面密度的變化，對至少一張光致發(fā)光圖像或線掃描進(jìn)行解釋。作為第九方面，本發(fā)明又提出了一種用于分析硅錠或硅塊的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：光探測單元，用于獲取由所述硅錠或硅塊至少一個側(cè)面產(chǎn)生的光致發(fā)光的至少一張圖像或線掃描；以及處理器，用于解釋所述至少一張光致發(fā)光圖像或線掃描，從而識別在所述硅錠或硅塊中具有許多缺陷的低有效和/或體少數(shù)載流子壽命的區(qū)域。作為第十方面，本發(fā)明又提出了一種用于分析半導(dǎo)體材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：光探測單元，用于獲取由所述材料表面產(chǎn)生的光致發(fā)光的至少一張圖像或線掃描；以及處理器，用于對所述圖像或線掃描各部分中測得的光致發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)于所述表面的有效少數(shù)載流子壽命變化的歸一化，以及根據(jù)所述表面的本底摻雜濃度的變化對歸一化后的光致發(fā)光圖像或線掃描進(jìn)行分析。作為第十一方面，本發(fā)明又提出了一種用于分析硅錠或硅塊的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：光探測單元，用于在不同探測波段下,獲取所述硅錠或硅塊至少一個側(cè)面產(chǎn)生的光致發(fā)光的至少兩個測量結(jié)果；以及處理器，用于計算至少兩個所述測量結(jié)果之間的強(qiáng)度比，并根據(jù)預(yù)定理論關(guān)系式，將所述強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換為體壽命或體擴(kuò)散長度。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括一臺或多臺用于提供不同的工作波段的電介質(zhì)濾波器，其中，所述處理器還用于對所述測量結(jié)果或由于所述一臺或多臺電介質(zhì)濾波器透射中角變化所導(dǎo)致的所述強(qiáng)度比進(jìn)行歸一化。作為第十二方面，本發(fā)明又提出了一種用于分析硅錠或硅塊的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：第一激發(fā)單元和第二激發(fā)單元，用于分別發(fā)射第一激發(fā)波和第二激發(fā)波，從而使所述硅錠或硅塊的至少一個側(cè)面產(chǎn)生光致發(fā)光；光探測單元，用于獲取由所述第一激發(fā)波和所述第二激發(fā)波激發(fā)生成的光致發(fā)光的第一測量結(jié)果和第二測量結(jié)果；以及處理器，用于計算所述第一測量結(jié)果和所述第二測量結(jié)果之間的強(qiáng)度比，并根據(jù)預(yù)定理論關(guān)系式將所述強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換為體壽命或體擴(kuò)散長度。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明第七至第十二任一方面所述的系統(tǒng)，還包括：光源，用于發(fā)射波長大于硅或所述半導(dǎo)體材料帶隙寬度的光波；以及探測器，用于探測所述光波對所述硅或半導(dǎo)體材料的透射。在本發(fā)明第七至第十二任一方面中，所述光探測單元優(yōu)選包括一個硅相機(jī)?；蛘?，所述光探測單元包括一個銦鎵砷相機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，提出了一種用于執(zhí)行根據(jù)第一至第六方面任一所述的方法的系統(tǒng)。附圖說明對于與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)來說，通過隨后的典型實施方式描述和附加權(quán)利要求，并結(jié)合相應(yīng)的附圖，本發(fā)明的優(yōu)點和優(yōu)勢將更為明顯，其中：圖1是將硅錠切割成硅塊或晶片的切割示意圖；圖2是硅錠的橫截面圖，闡明了有效少數(shù)載流子壽命的典型變化；圖3是常規(guī)鑄造多晶p型硅塊側(cè)面的PL圖像圖4是多晶UMG硅塊側(cè)面的PL圖像；圖5(a)和圖5(b)是厚度為15cm的硅塊，在兩束不同激發(fā)波長(即不同吸收系數(shù))照射下并對應(yīng)不同體壽命值，計算得出的過剩載流子濃度的分布圖。圖6是厚度為15cm的硅塊(圓點)和厚度為200μm的硅晶片(方點)對應(yīng)的歸一化PL計數(shù)速率和體少數(shù)載流子壽命的理論關(guān)系；圖7是厚度為15cm的硅塊，在兩次不同光譜范圍下進(jìn)行PL測量，探測到的PL強(qiáng)度對體壽命的繪圖，以及強(qiáng)度比；圖8(a)至圖8(e)闡明p型硅塊的初始PL圖像(圖8(a))到體壽命圖像(圖8(e))的轉(zhuǎn)換；圖9是厚度為15cm的硅塊由兩次不同激發(fā)波長產(chǎn)生的PL的強(qiáng)度比對體壽命的繪圖；圖10是圖4中硅塊從底部到頂部的PL強(qiáng)度的線掃描，以及計算得到的有效摻雜濃度；圖11闡明擴(kuò)展樣品產(chǎn)生的PL輻射如何以一定的入射角范圍沖擊光濾波器；圖12(a)至圖12(d)和圖13(a)至圖13(d)闡明由于介質(zhì)濾波器透射的入射角相關(guān)性，對PL強(qiáng)度比圖像進(jìn)行的修正；以及圖14(a)和圖14(b)闡明在不同光譜范圍下的PL測量得到的強(qiáng)度比圖像(圖14(a))到體壽命圖像(圖14(b))的轉(zhuǎn)換。具體實施方式接下來根據(jù)相應(yīng)的附圖，以舉例的方式闡述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本發(fā)明主要涉及光致發(fā)光PL圖像測量法應(yīng)用于測量切割成晶片之前的“體”硅樣品(如硅塊和硅錠)。與晶片相比，本發(fā)明的具體優(yōu)點在于可以從硅塊的PL圖像中提取體壽命信息。接下來將進(jìn)一步逐一詳細(xì)闡述本發(fā)明的主要構(gòu)思。1)利用本底雜質(zhì)及其空間變化信息，對PL圖像進(jìn)行歸一化處理，由此可以更為精確得到有效壽命或體壽命變化的數(shù)值信息。與測量晶片相比，采用PL圖像測量法測量硅塊/硅錠的具體優(yōu)點還在于，可以確定體壽命的分布圖像，特別是當(dāng)注入水平被良好限定后，可以獲得更大范圍的體壽命數(shù)值信息。2)甚至無需歸一化本底摻雜濃度的變化，僅根據(jù)PL強(qiáng)度的相對變化，就足以識別樣品的某一重要特性，如低壽命區(qū)域和高位錯密度區(qū)域。3)將在不同實驗條件下，如不同光照或不同探測波長或二者的結(jié)合，獲得的PL圖像相結(jié)合，可以消除摻雜濃度變化帶來的影響，從而根據(jù)體材料參數(shù)，如體少數(shù)載流子壽命或體擴(kuò)散長度，直接修正強(qiáng)度比。已公開的名為“利用熒光法確定少數(shù)載流子擴(kuò)散長度”的PCT申請WO2008/014537A1中，介紹了利用不同波長的光(通過在成像鏡頭前放置不同的光譜濾波器)進(jìn)行探測的方法，此處作為引用文件，當(dāng)該方法用于硅塊或硅錠PL圖像的探測時，還具有之前未公開的具體優(yōu)點。4)通過PL圖像表征有效壽命值和本底摻雜濃度，在根據(jù)少數(shù)載流子壽命的變化歸一化PL光譜信號測量值后，可以獲取樣品中本底摻雜濃度的相對或絕對變化信息。在一些情況下，無需歸一化，僅從所測得的PL圖像即可得到關(guān)于雜質(zhì)變化的重要信息。5)在分析體硅樣品的PL圖像時，簡化了注入水平對體壽命的影響。通常在光照強(qiáng)度為空間常數(shù)的條件下測得典型PL圖像，因此，對于硅晶片同一PL圖像，不同的壽命值可以認(rèn)為是在不同的注入水平下得到的。但是，在典型激發(fā)條件激發(fā)體硅樣品(如硅塊)獲得的PL圖像中，壽命測量值的情況就大不一樣。在光照為空間常數(shù)以及平均注入水平的近似常數(shù)時，通過單張PL圖像即可測得較大范圍內(nèi)的壽命值。本發(fā)明所述的PL測量技術(shù)尤其適用于切割晶片之前的硅塊和硅錠的特性表征。具體的應(yīng)用包括確定硅塊內(nèi)位錯密度、采集硅塊表面體壽命圖像、對硅錠內(nèi)由高摻雜濃度引起的低壽命區(qū)域進(jìn)行定位與定量、以及測量補(bǔ)償后硅塊或高純度冶金級UMG硅塊或硅晶片中雜質(zhì)的過渡區(qū)域。下面將進(jìn)一步對其詳細(xì)闡述，硅塊和晶片的生產(chǎn)商可以利用這些信息改進(jìn)硅錠的生產(chǎn)條件，或作為硅錠、硅塊或晶片在切割或分揀時的導(dǎo)引。PL測量技術(shù)還可以通過結(jié)合紅外技術(shù)(上文介紹)，從而提供關(guān)于硅塊結(jié)構(gòu)及其電學(xué)特性的完整信息。通過新實驗系統(tǒng)，將PL成像技術(shù)與紅外傳輸結(jié)合為一體，在生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)硅塊的一個或多個表面線下表征或取樣或在線表征。光致發(fā)光測量可以用于改進(jìn)硅錠生成條件或用作硅塊或晶片的切割/分類導(dǎo)引的具體實施方式包括：以圖像的方式表征位錯分布、低壽命區(qū)域、UMG硅塊的體壽命和補(bǔ)償區(qū)域，從而丟棄有缺陷的區(qū)域或改善生產(chǎn)條件。如圖2所示，在切割過程中，如果硅錠中被丟棄的低壽命區(qū)域10越大，則最終得到的硅塊就越小，從而得到更少量但高品質(zhì)的硅塊。圖3為某一常規(guī)鑄造的p型硅塊側(cè)面的PL圖像，從圖中可以看出，高位錯密度區(qū)域和低位錯密度區(qū)域(分別為深色區(qū)域12和淺色區(qū)域14)，由此可以估計得到將從該硅塊切割下的晶片中的位錯密度。通過對多個硅塊面進(jìn)行PL成像，可以對后續(xù)晶片中的位錯密度作出更為可靠的估算。而對此進(jìn)行的分析可以結(jié)合合適的圖像處理算法來執(zhí)行。一個或多個硅塊表面的PL圖像可以提供關(guān)于高位錯密度區(qū)域的位置信息，并可以使晶片生產(chǎn)商可以僅僅基于晶片切割前的硅塊的PL圖像信息和硅塊中晶片位置的知識對晶片進(jìn)行分揀并裝入質(zhì)量箱(包括報廢箱)。該信息也可以用于向晶片生產(chǎn)商提供關(guān)于原料品質(zhì)的快速反饋。某一UMG硅塊側(cè)面的PL圖像如圖4所示。在靠近圖像的上部可以看見深色帶16(相應(yīng)的為靠近硅塊上部的區(qū)域)，代表p型向n型的過渡區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)有效摻雜濃度為零。因此，通過PL圖像可以快速獲得過渡區(qū)域位置的信息，從而將硅塊的該部分去除(由于其不能用于生產(chǎn)太陽電池)，并從n型晶片中分離出p型晶片。結(jié)合建模，PL圖像中深色帶的位置還可用于計算原料中摻雜原子的濃度比，接下來將對其進(jìn)行闡述。從硅塊底部和頂部切割下來的晶片，以及從硅塊邊緣切割下的晶片，由于坩堝壁的污染使其包含有低壽命區(qū)域，這類晶片可以用于生產(chǎn)低效率的太陽電池。如圖3所示，低壽命區(qū)域10在PL圖像中呈深色，因此硅塊表面的一個或多個PL圖像提供高摻雜區(qū)域的位置信息，并且可以使晶片生產(chǎn)商僅僅基于切割晶片前硅塊的PL圖像信息和硅塊內(nèi)部晶片位置的知識就能對晶片進(jìn)行簡單的分揀并裝入質(zhì)量箱(包括報廢箱)。晶片生產(chǎn)商可以借助硅塊側(cè)面的體壽命圖像實現(xiàn)的過程監(jiān)測和控制，比使用未校準(zhǔn)或有效壽命中的變化量更高效更可靠。通過此處所公開的任一種方法得到的對體壽命的測量均可以作為過程優(yōu)化和調(diào)試的研發(fā)手段。測量硅塊得到的體壽命信息可被用于根據(jù)所述硅塊中晶片的位置，將晶片分揀裝入不同的質(zhì)量箱。上述將晶片裝入質(zhì)量箱的步驟也可基于從硅錠的一個或多個面產(chǎn)生的一個或多個PL圖像中獲得的信息來執(zhí)行。體壽命信息還可用于原料質(zhì)量的快速反饋。上述已公開PCT申請WO2007/041758A1中介紹了獲取PL圖像的基本概念。PL成像的依據(jù)在于：利用可以激發(fā)樣品發(fā)光的光照射樣品實體區(qū)域，和通過如硅CCD成像設(shè)備的多像素探測器，對由被照射區(qū)域發(fā)出的光和/或由其環(huán)繞區(qū)域發(fā)出的光進(jìn)行探測。不同于美國專利文獻(xiàn)7,113,276中提到的超慢速PL測繪技術(shù)，本發(fā)明通過對樣品表面進(jìn)行連續(xù)點掃描從而得到的由匯聚激光光束照射產(chǎn)生的光致發(fā)光。需要注意的是，在此引用名為“非各向同性激發(fā)的材料或設(shè)備的表征”的PCT申請PCT/AU2010/000577，其中提出被照射的區(qū)域和成像的區(qū)域無需重疊，而這將有利于照射樣品表面的一個或多個中被選中區(qū)域，和對從被照射區(qū)域中和從未被照射區(qū)域附近輻射出的光致發(fā)光進(jìn)行成像。如果觀察者想要觀察特性的二維分布，PL的成像是很有用的，該特性可為如位錯或高摻雜區(qū)域。但是，對于如硅塊或硅錠一樣的大型樣品來說，如果想要去獲得有效區(qū)域內(nèi)的單張PL圖像，PL的成像便不再實用，而需要將兩張或兩張以上的單獨的圖像縫合形成一張合成圖像。若可用光源的能量不足從而不具有足夠強(qiáng)度來照射被要求的區(qū)域時，或要求的空間分辨率要高于單張圖像時，這種縫合技術(shù)便非常必要。為了獲得合成圖像，則必須要對樣品和相應(yīng)的照射/探測系統(tǒng)進(jìn)行掃描。可能的掃描方式包括：“分區(qū)成像”，即對小范圍區(qū)域成像，然后移動樣品或成像設(shè)備至下一個區(qū)域；“掃描成像”，即成像設(shè)備測量一片固定的小范圍單元，但其相對于樣品進(jìn)行連續(xù)的前后移動掃描；或者“線掃描成像”，即對于一線性成像設(shè)備來說，在掃描時，樣品的整個寬度沿樣品的縱向移動。在自動模式下可以利用適當(dāng)?shù)膱D像處理技術(shù)來實現(xiàn)該縫合技術(shù)。本說明書中所使用的“PL圖像”這個語詞包括單張PL圖像和由兩張或多張獨立圖像拼合生成的合成圖像。在其他情況下，無需獲取二維PL圖像。例如，若將要測得的量值僅在一個方向上發(fā)性顯著變化，如硅塊或硅錠中的摻雜濃度，PL線掃描通常就已經(jīng)足夠。PL線掃描可以通過在單幀模式下利用線性成像設(shè)備來獲得，或者在指定方向上橫穿樣品表面掃描點輻射源。比如，在一些情況下單次PL測量就已經(jīng)足夠來獲取某一區(qū)域上平均量值。在本說明書中，發(fā)明原理主要針對于PL區(qū)域的成像，但其還可適用于其他形式的PL測量，包括線掃描與單點測量。1)從PL圖像中確定硅塊和硅錠中的體壽命按照下列步驟，從PL圖像中得到硅塊和硅錠的體壽命圖像：(i)測量PL圖像；(ii)將各像素測得的PL計數(shù)速率(或強(qiáng)度)轉(zhuǎn)換為關(guān)于空間本底摻雜濃度的變化，或關(guān)于一些測量參數(shù)的變化的歸一化的計數(shù)速率(或強(qiáng)度)PLnorm，所述測量參數(shù)為如曝光時間、像素合并(即X方向的合并像素乘以Y方向的合并像素)、入射光強(qiáng)以及集光效率。(iii)利用預(yù)定理論關(guān)系式或經(jīng)驗關(guān)系式，將歸一化后的圖像轉(zhuǎn)換為絕對體壽命圖像。在上述公開為WO2007/041758A1的PCT申請中，已對步驟(i)進(jìn)行了介紹，包括將同一樣品表面不同部位的兩張或兩張以上圖像合并，從而得到合成的PL圖像。步驟(ii)可以基于本底摻雜濃度的實驗數(shù)據(jù)來執(zhí)行，或者如果產(chǎn)品中本底摻雜濃度可以根據(jù)理論或經(jīng)驗數(shù)值充分推算出，該步驟亦可被執(zhí)行。在單摻雜硅中(即包含一種主要類型摻雜原子的p型硅或n型硅)，本底的摻雜濃度可以利用電子和空穴的遷移列表數(shù)據(jù)從電阻率的測量結(jié)果獲得，其中所述列表數(shù)據(jù)用于將電阻率轉(zhuǎn)換成摻雜濃度。電阻率可以采用多種方法測得，包括接觸測量法(四探針)和非接觸測量法(如電感線圈、渦電流、表面電壓)。掃描模式下，或利用多個設(shè)于不同位置的傳感器，或二者的結(jié)合，這些技術(shù)(在多種技術(shù)中)可以用于提供摻雜濃度的空間分辨信息。為了減少測量時間，摻雜濃度的二維分布可以在粗空間分辨率下測得，然后該被測得的二維分布，在其數(shù)據(jù)被相應(yīng)的插值或歸納后，被用于對PL圖像進(jìn)行歸一化。由于長范圍的電阻率變化比小規(guī)模/短范圍的變化更為常見，關(guān)于本底摻雜濃度的粗空間信息在很多實際應(yīng)用中就已足夠。或者，對于硅錠或硅塊的側(cè)面，對摻雜濃度從頂部到底部進(jìn)行一次或多次線掃描就足夠了，這是因為最大相對變化主要發(fā)生在一個方向，例如從硅錠或硅塊的底部至頂部。又或者，根據(jù)期望的理論關(guān)系式(如Scheil方程式)，對所測摻雜濃度的變化量進(jìn)行擬合，然后，根據(jù)該方程式計算出整個樣品在各像素上的摻雜變化。作為擬合基礎(chǔ)的實驗數(shù)據(jù)，可以是二維分布，或一次或多次線掃描，或甚至僅僅是表面的一個或多個單個測量點值。從而對摻雜濃度數(shù)據(jù)中噪聲分析的影響可以被避免，其中，所述噪聲在實驗數(shù)據(jù)中不可避免的。另外，一些測量技術(shù)如渦電流技術(shù)，會在樣品的邊緣附近測得的電阻率中生成偽量值。在這些情況下，實驗數(shù)據(jù)要求對這些偽量值進(jìn)行修正，或?qū)碜杂谖词軅瘟恐涤绊懙膮^(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納。因此，無論如何都需要進(jìn)行擬合和歸納。再或者，無需對摻雜進(jìn)行測量，通過理論關(guān)系式或統(tǒng)計/經(jīng)驗產(chǎn)品數(shù)據(jù)來確定摻雜濃度的變化。無論是通過實驗方法還是理論方法確定的摻雜濃度，若要提高精確度，可以根據(jù)摻雜濃度、測量時間、像素合并設(shè)置以及入射光強(qiáng)變化(實驗測得或模擬得到)和集光效率將測得的PL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PLnorm。得到的歸一化的PL數(shù)據(jù)可以表征圖像區(qū)域中有效少數(shù)載流子壽命的相對變化。步驟(iii)，可以基于經(jīng)驗的預(yù)定關(guān)系式PLnorm＝fempirical(τbulk)，將歸一化的PL強(qiáng)度PLnorm轉(zhuǎn)換為體壽命τbulk，可以根據(jù)由其他設(shè)備得到的相同樣品的體壽命數(shù)據(jù)對實驗得到的歸一化PL數(shù)據(jù)進(jìn)行校正而得到該關(guān)系式。用于測量有效壽命的技術(shù)手段(如QSSPC)，通過體壽命和有效壽命之間已知關(guān)系式，可以用于得到體壽命數(shù)據(jù)。這些其他測量技術(shù)可用在經(jīng)表面鈍化后的已校正的樣品上，以此獲得更加可靠的結(jié)果。或者，利用鈍化樣品的已校正的PL圖像，作為參考體壽命數(shù)據(jù)，從而確定經(jīng)驗關(guān)系式。之前討論過的注入水平是體壽命的重要影響因素，因此相比其他技術(shù)手段而言，對PL數(shù)據(jù)校正的執(zhí)行需要伴隨兩次具有相同或相似注入水平的測量。除了體壽命和摻雜濃度，影響檢測到的非鈍化硅塊PL強(qiáng)度的主要變量為樣品的表面特性，具體為表面的結(jié)構(gòu)、反射系數(shù)以及由于切割造成的表面損傷的深度和剛度。實際上，相同的經(jīng)驗關(guān)系式PLnorm＝fempirical(τbulk)被用于一條生產(chǎn)線中處于同一階段的硅塊/硅錠，這是因為其表面特性被認(rèn)為足夠相似。然而，對于不同生產(chǎn)階段(如拋光的硅塊相對于切割未拋光的硅塊)的硅錠/硅塊，應(yīng)單獨確定其經(jīng)驗關(guān)系式。在制造中，應(yīng)定期核對和更新用于具體生產(chǎn)過程階段的樣品的校正關(guān)系式PLnorm＝fempirical(τbulk)。還可以基于預(yù)定理論關(guān)系式PLnorm＝ftheoretical(τbulk)將歸一化的PL強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為體壽命。該關(guān)系式的計算是基于在給定光照條件下，對樣品內(nèi)深度-依賴少數(shù)載流子濃度Δn(y)進(jìn)行的分析或數(shù)值計算，其中y為離表面的距離。圖5(a)和圖5(b)為厚度為15cm的硅塊，在兩束不同吸收系數(shù)的激發(fā)光(即不同激發(fā)波長)照射下，載流子的分布圖。在各分布圖中，表示有與3個體少數(shù)載流子壽命值的深度依賴載流子濃度，其中：τbulk＝10μs(標(biāo)繪18)；τbulk＝100μs(標(biāo)繪20)，和τbulk＝1000μs(標(biāo)繪22)。所述計算可以采用過剩載流子濃度的分析模型或數(shù)值建模包如DESSIS或PC1D來被執(zhí)行。鑒于樣品中的重復(fù)吸收、探測器的靈敏度以及濾波器的透射率，被檢測到的PL比率可以通過對自激輻射率在樣品厚度上的積分，以及在輻射范圍內(nèi)積分來計算得到。對此，T.Trupke撰寫的“光子重復(fù)吸收對準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光測量法測量晶體硅的影響”一文中已有相應(yīng)的闡述，應(yīng)用物理期刊100，063531(2006)。對不同體壽命值的范圍的計算可以采用理論關(guān)系式PLnorm＝ftheoretical(τbulk)。上述計算原則上提供了一種歸一化PL計數(shù)速率(表征為有效壽命)和體壽命之間的數(shù)值關(guān)系。然而實際應(yīng)用中，這些計算通常僅提供相對關(guān)系式PLnorm＝C*ftheoretical(τbulk)，這是因為關(guān)于不同硬件參數(shù)和樣品特性的假設(shè)具有不確定性。比例因子C為常數(shù)，或?qū)τ谕簧a(chǎn)階段的不同樣品來說比例因子非常類似，但是對于不同加工階段的硅塊來說，該比例因子必須分別確定。因此，盡管實際應(yīng)用中，需根據(jù)定時間隔重復(fù)校正，監(jiān)測和補(bǔ)償硬件部件的偏離，但原則上對于同一加工階段生產(chǎn)的硅塊的測量來說(例如拋光后)，僅需要就特定的硬件來對測量系統(tǒng)進(jìn)行校正。對C的確定采用類似于以上的方式來進(jìn)行，具體為與通過其他技術(shù)得到的實際體壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行比較?；蛘撸珻還可以通過與其他已被校準(zhǔn)的PL成像系統(tǒng)相比較來確定。單一數(shù)據(jù)點就足以完成該校正，但是為了獲得更為可靠的結(jié)果，則可以對由一個或多個樣品得到的兩個或多個數(shù)據(jù)點取平均值。例如，校正常數(shù)可以通過硅塊的一個或多個面的體壽命的斷面圖或直方圖來確定。下面介紹的獨立測量技術(shù)，通過將在不同條件下采集的圖像結(jié)合在一起，可用于對系統(tǒng)進(jìn)行校正。如圖6所示，為歸一化的PL計數(shù)速率(表征為有效壽命)和根據(jù)上述計算得到的體壽命之間的理論關(guān)系，其中，圓點代表厚度為15cm的非鈍化硅塊，方點代表厚度為200μm的非鈍化硅晶片。這些關(guān)系為顯著非線性，兩條曲線的檢測值相對更薄的樣品如非鈍化晶片突出了體樣品PL測量的意料不到的優(yōu)點，所述體樣品如硅塊或硅錠。，歸一化的PL計數(shù)速率在體壽命值τbulk大于10μs就達(dá)到了飽和狀態(tài)，然而對于硅塊來說，當(dāng)體壽命處于一個更高值的時候，它依繼續(xù)發(fā)生顯著變化，盡管體壽命達(dá)到10毫秒，它依然未達(dá)到飽和狀態(tài)。晶片中觀測到的飽和是由于當(dāng)體壽命值大于10μs時擴(kuò)散長度大于厚度所導(dǎo)致的，在這種情況下，提高體壽命或體擴(kuò)散長度不會導(dǎo)致樣品中全部載流了的濃度的增大。該現(xiàn)象通常認(rèn)為是有效載流子壽命受到了表面的限制。反之，對于更大厚度的硅塊，擴(kuò)散長度相比于厚度仍然為很小，因此硅塊內(nèi)的載流子濃度隨著擴(kuò)散長度增加而持續(xù)增大，且不受表面的限制。由此得到一個重要的結(jié)論，原則上從非鈍化表面上獲得的PL信號可以可靠地被轉(zhuǎn)換為體壽命或體擴(kuò)散長度數(shù)據(jù)，該體壽命值的范圍要遠(yuǎn)大于非鈍化晶片可能得到的體壽命值。作為體壽命函數(shù)，對歸一化的PL強(qiáng)度的計算(例如圖6所示)表明曲線的實際形狀取決于用于測量PL的設(shè)備的光譜靈敏度，其通常由相機(jī)光譜靈敏度和設(shè)置在相機(jī)前的濾波器的透射來決定。對長波長的光譜靈敏度的提高導(dǎo)致歸一化的PL信號對體壽命的更強(qiáng)(更陡的)依賴，從而使得從PL強(qiáng)度到體壽命的轉(zhuǎn)換更加精確。該效應(yīng)可以從圖7的圖表上看出來，所述圖表就兩種不同的檢測波長間隔950-1000nm(方點)以及>1050nm(圓點)對從15cm厚的硅樣品的被選區(qū)域發(fā)出的PL信號所產(chǎn)生的預(yù)期變化進(jìn)行比較。波長越長，PL信號的靈敏度越高，是因為更長的檢測波可以檢測到樣品內(nèi)(如硅塊)更深區(qū)域的載流子濃度，在該區(qū)域內(nèi)，大部分過剩載流子的變化是由于長體壽命而產(chǎn)生的(相比于圖5(b))。實際上，這種長波長靈敏度的提高可以通過將截止波長為1000-1200nm范圍的長波長濾波器引入到探測系統(tǒng)中來提高相對長波長靈敏度的方式來實現(xiàn)，或者可通過使用在更長波長時具有更高靈敏度的探測器來提高絕對長波長靈敏度的方式來實現(xiàn)，所述探測器為銦鎵砷(InGaAs)相機(jī)。現(xiàn)在將結(jié)合圖8(a)至圖8(e)，舉例解釋如何將原始PL圖像轉(zhuǎn)換為體壽命圖像。圖8(a)為p型硅塊的側(cè)面獲取的PL圖像24，圖8(b)表示了該側(cè)面的p型雜質(zhì)(硼)的具有代表性的分布26，其中，灰度表示雜質(zhì)濃度。PL圖像中強(qiáng)度的變化取決于雜質(zhì)濃度與有效載流子壽命的乘積，將圖8(a)所示的PL圖像根據(jù)圖8(b)所示的雜質(zhì)分布被歸一化處理，從而得到歸一化的PL圖像30(如圖8(c)所示)。圖8(c)中強(qiáng)度變化表現(xiàn)了有效少數(shù)載流子的變化。為了將有效壽命轉(zhuǎn)換為體壽命，可以利用如圖8(d)所示的有效載流子與體壽命之間的有代表性的非線性關(guān)系，將歸一化后的PL圖像30修正為圖8(e)所示的體壽命圖32，表明了樣品硅塊側(cè)面的體壽命的變化。需要注意的是，圖8(d)所示的特殊非線性關(guān)系為簡化的三次方程式，用于表示這種類型的實際經(jīng)驗關(guān)系或理論關(guān)系，所述的類型如圖6中實心圓點所示。2)硅塊/硅錠PL圖像中相對強(qiáng)度變化的解釋在一些具體應(yīng)用中，如將絕對計數(shù)速率作為第二考慮因素，以及根據(jù)具體圖形或相對變化分析PL圖像時，無需進(jìn)行上述實施例中的步驟ii)，即根據(jù)本底摻雜濃度或測量參數(shù)的變化對PL計數(shù)速率進(jìn)行歸一化。兩個例子為高位錯密度的識別(例如圖3中所示)，和低壽命區(qū)域的識別，所述低壽命區(qū)域位于硅塊或硅錠頂部、底部和側(cè)壁(例如圖2圖3所示)。利用圖像處理算法，將圖像中不同的特征區(qū)別開來。硅塊側(cè)面的PL圖像中觀察到的位錯密度可用于估計由該硅塊切割下來的晶片的位錯密度，以及估計硅塊內(nèi)體位錯密度并作為硅塊內(nèi)高度的函數(shù)。這些信息可用于將晶片分揀入質(zhì)量箱。結(jié)合從硅塊的二至四個側(cè)面的PL圖像中提取的信息可以使上述估計更為精確。類似的，利用硅塊一個側(cè)面的PL圖像可以識別頂部、底部以及在一些情況下側(cè)壁的少數(shù)低壽命區(qū)域的位置和范圍。結(jié)合從硅塊的二至四個側(cè)面的PL圖像中提取的信息可以使該分析結(jié)果更為精確。硅塊的PL圖像還可用于預(yù)測從硅塊切割下來的晶片中的壽命分布；圖3所示圖像左手側(cè)的低壽命區(qū)域10(深色區(qū)域)可導(dǎo)致從硅塊該部位切割下來的晶片邊緣附近的低壽命區(qū)域。硅錠側(cè)面的PL圖像還可用于將硅錠切割成硅塊的切割導(dǎo)引。3)對不同測量條件下得到的圖像進(jìn)行合并(a)不同探測波長在上述公開號為WO2008/014537A1的PCT申請中，介紹了通過在相機(jī)鏡頭前安裝不同光譜濾波器，獲取至少兩張發(fā)光圖像的技術(shù)。由于在重復(fù)吸收之前，長波長的光照射在樣品中具有更高的平均光程長度，因此通過在探測系統(tǒng)前設(shè)置不同濾波器的測量方法，可以捕捉樣品中不同深度輻射出的光。兩臺不同濾波器下測得的光照強(qiáng)度比可以轉(zhuǎn)換為體擴(kuò)散長度。相比于太陽電池成品的電致發(fā)光(EL)圖像，上述方法的優(yōu)點在于在電池的EL成像中通常存在二極管電壓的局部變化，而在光照強(qiáng)度比中，消除了該變化，因此兩張未校正的圖像的強(qiáng)度比可以提供絕對單位的擴(kuò)散長度。該方法的基礎(chǔ)在于，樣品厚度上的相對載流子濃度分布根據(jù)擴(kuò)散長度而變化，但是一旦擴(kuò)散長度大于樣品厚度的多倍時，該方法對于擴(kuò)散長度的變化并不敏感。相同論述還可以用于解釋應(yīng)用在厚度大于10cm的硅塊的類似技術(shù)內(nèi)容，但是，現(xiàn)在的情況是，在更大的范圍值上，擴(kuò)散長度都比樣品的厚度小，具體言之，該范圍值可以是對于硅塊所有被感興趣的有實際價值的值。因此，造成體壽命或體擴(kuò)散長度的變化對光照強(qiáng)度比產(chǎn)生影響的硅塊中的體壽命或體擴(kuò)散長度范圍要遠(yuǎn)大于晶片或電池中相應(yīng)的范圍。應(yīng)用上述方法，計算相同激發(fā)但不同探測下的圖像的強(qiáng)度比具有兩個優(yōu)點：第一，可以從PL強(qiáng)度比可以估算出硅塊的本底摻雜變化；第二，兩張均為相對單位(每次測量以相同的入射光強(qiáng)照射并且每次測量均根據(jù)成像設(shè)備曝光時間和面元進(jìn)行歸一化處理)的未校正的PL圖像比率，其中每張圖像均為無需另外校正即可提供絕對體壽命或體擴(kuò)散長度。按下列步驟實施本方法：步驟(i)：使用相同或相近光強(qiáng)度但兩個不同探測波段測量兩張PL圖像。其中一次測量優(yōu)選使用短波光子，以得到前表面附近載流子濃度的增強(qiáng)信息，而第二次測量使用長波光子，從而測得樣品中達(dá)到某一具體深度的平均載流子濃度。步驟(ii)：或者，對每張圖像進(jìn)行關(guān)于相機(jī)曝光時間以及面元的歸一化，必要時，還可以對每張圖像進(jìn)行關(guān)于光照強(qiáng)度和/或集光效率的實驗測得的變化或模型化變化的歸一化。步驟(iii)：對于每個像素，對兩張歸一化的圖像進(jìn)行強(qiáng)度比的計算。步驟(iv)：根據(jù)預(yù)定關(guān)系式，將計算得到的各像素上的強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換為體壽命。或者，根據(jù)光照強(qiáng)度的變化和/或集光效率進(jìn)行多張圖像的合并歸一化可以被用于計算強(qiáng)度比。步驟(iv)所述的預(yù)定關(guān)系式是將實驗得到的PL強(qiáng)度比與實驗體壽命或體擴(kuò)散長度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，根據(jù)經(jīng)驗確定的，或在不同體壽命/體擴(kuò)散長度的范圍內(nèi)，利用常用建模程序(如DESSIS，PC1D)分析或數(shù)值計算得到相對載流子分布，然后考慮重復(fù)吸收和傳感器靈敏度因素，利用載流子分布計算兩張預(yù)期測量得到PL強(qiáng)度，從而得到體壽命/擴(kuò)散長度值。對兩張PL圖像分別進(jìn)行上述計算通過計算預(yù)期強(qiáng)度比，得到體壽命/擴(kuò)散長度值，并將強(qiáng)度比作為體壽命/擴(kuò)散長度的函數(shù)，生成分析曲線或查詢列表。厚度為15cm的硅樣品，作為體壽命函數(shù)探測到的PL強(qiáng)度的計算數(shù)據(jù)如圖7所示。參考左手側(cè)的Y軸，在950-1000nm光譜范圍內(nèi)采集到的理論P(yáng)L強(qiáng)度以實心方點繪制，而大于1050nm光譜范圍采集到的理論P(yáng)L強(qiáng)度以實心圓點繪制。參考右手側(cè)的Y軸，圖7還顯示了作為體壽命函數(shù)的兩次PL信號的比(空心三角)，可以看出通過強(qiáng)度比的變化可以直接對體壽命進(jìn)行修正，兩張濾波合成圖像在低壽命時屈服于相同的PL計數(shù)速率，得到統(tǒng)一的強(qiáng)度比結(jié)果，這一巧合是選擇了特定的波長間隔以及在具體實驗條件模型所導(dǎo)致的。如果銦鎵砷相機(jī)、紅外敏感的光電倍增硅相機(jī)或類似的在1100-1300nm范圍內(nèi)具有明顯光譜敏感的傳感器和適當(dāng)?shù)妮^長波長濾波器聯(lián)合起來被使用，則可以探測硅塊內(nèi)更深位置的載流子濃度變化，從而探測更長擴(kuò)散長度的擴(kuò)散長度變化。圖7所示的強(qiáng)度比曲線表明，在體壽命值較高時，強(qiáng)度比的變化最為顯著，因此，本方法可被特別用于測量多晶硅塊或硅錠的側(cè)面或高壽命多晶硅塊的表面。介質(zhì)濾波器由于具有陡峭的起始和截止波長，即從高透射到低透射的過渡，原則上可以對不同PL波段進(jìn)行很好的篩選。然而介質(zhì)濾波器的透射有很強(qiáng)的角相關(guān)特性，隨著入射角的增大，起始/截止波向短波方向移動。本申請中需考慮該影響，如圖11所示，來自擴(kuò)展樣品42的PL輻射40，在一定的入射角范圍內(nèi)沖擊設(shè)置于相機(jī)46之前的介質(zhì)濾波器44，其中，所述樣品可以是硅晶片或硅塊。很明顯，這將影響單張PL圖像中的PL強(qiáng)度分布，并由此進(jìn)一步影響強(qiáng)度比和分析結(jié)果。若使用介質(zhì)長通(LP)濾波器獲取長波PL圖像，和使用短通(SP)濾波器獲取短波PL圖像時，該影響會更為明顯，這是由于起始/截止波的角相關(guān)性對長通或短通濾波器后采集到的圖像具有反向效應(yīng)。隨著入射角的增大，起始/截止波向短波方向移動的意義為，通過短通(SP)濾波器后采集到的PL圖像在離軸位置強(qiáng)度相對減小，而由長通(LP)濾波器采集到的PL圖像在離軸位置的強(qiáng)度相對增大。有很多技術(shù)手段可以用于緩解上述問題，這些技術(shù)手段可以單獨地或結(jié)合起來被應(yīng)用。如圖11所示，表示了增加相機(jī)46(以及濾波器44)與樣品42之間的距離，可以減小入射角的范圍，但這樣就約束了系統(tǒng)設(shè)計，并且由于樣品表面PL輻射的類朗伯體模型，必然使得被吸收信號強(qiáng)度的減小。另一方法為利用關(guān)于各濾波器的測量得到的平場校正數(shù)據(jù)，同時考慮了透射的角相關(guān)性的，對長波圖像或短波圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?。例如，對給定的濾波器進(jìn)行平場校正，可以通過濾波器來采集高質(zhì)量多晶硅晶片的PL圖像，所述硅晶片可以認(rèn)為在其整體區(qū)域內(nèi)具有統(tǒng)一的PL響應(yīng)。由此導(dǎo)出的平場校正還可校正系統(tǒng)中其他的非均勻性情況，尤其是集光效率的角相關(guān)性。由于幾臺介質(zhì)濾波器在其區(qū)域內(nèi)不是各向同性的，因此還必需針對某一具體濾波器定位做平場校正的測量，并且接下來在采集圖像的過程中需要維持這種定位。當(dāng)利用不同濾波器計算兩張圖像的強(qiáng)度比時，既可以在計算強(qiáng)度比之前對各圖像進(jìn)行校正，也可以采用聯(lián)合平場校正對強(qiáng)度比圖像進(jìn)行校正。為了闡述該校正過程，圖12(a)和圖12(b)分別表示了通過1000nm短通濾波器和1050nm長通濾波器采用硅CCD陣列采集到的硅太陽電池的PL圖像。圖13(a)為圖12(a)圖像沿橫截面對角線的PL強(qiáng)度分布，而圖13(b)為圖12(b)為相應(yīng)的PL圖像強(qiáng)度分布。從強(qiáng)度分布圖中可以看出，高強(qiáng)度區(qū)域48和低強(qiáng)度區(qū)域50疊加在由金屬手指導(dǎo)致的梳狀信號52上，以及由于母線導(dǎo)致的低強(qiáng)度尖鋒54上。圖12(a)(短通)圖像的強(qiáng)度在角落處顯著降低，其中一部分是由于上述濾波器的角相關(guān)性所造成的。我們注意到圖12(b)(長通)圖像的強(qiáng)度在角落出也降低了，盡管降低的趨勢要小于短通圖像；這是因為使得角落的強(qiáng)度增大的濾波器角相關(guān)性的影響沒有其它的影響大，這些其它的影響可以是集光的角相關(guān)性影響。圖12(c)所示的圖像為圖12(a)和圖12(b)所示圖像的強(qiáng)度比，而圖13(c)為沿橫截面對角線的PL強(qiáng)度分布，同樣在角落呈現(xiàn)滾降。最后，圖12(d)和圖13(d)為平場校正后的強(qiáng)度比圖像及其相應(yīng)的PL強(qiáng)度分布，可以明顯看出角相關(guān)性的假象被消除了。或者，吸收濾波器可被用于對不同PL波段進(jìn)行選擇。與介質(zhì)濾波器不同，其透射與入射角幾乎無關(guān)，但是其吸收邊緣較平緩，從而導(dǎo)致波段選擇/濾除的質(zhì)量較低。我們注意到圖12(b)的圖像，其具有較長波長的PL輻射，與圖12(a)的圖像相比更為灰暗。這是因為硅對波長較長的光的吸收率低，導(dǎo)致了硅CCD相機(jī)像素中的橫向拖尾效應(yīng)。正如在公開為WO09/121133的PCT申請中所討論的一樣，在上述情況下，圖像對比度可以通過光探測系統(tǒng)的理論或?qū)嶒灉y量點的擴(kuò)展函數(shù)得以增強(qiáng)。強(qiáng)度比測量法的實際應(yīng)用如圖14(a)和14(b)所示。采用強(qiáng)度為1Sun的由二極管激光陣列發(fā)出的近紅外光對P型多晶硅塊的一側(cè)進(jìn)行照射，然后采用硅CCD相機(jī)首先通過1050nm的長通濾波器被成像，然后通過1000nm的短通濾波器對PL輻射進(jìn)行成像。對圖像的強(qiáng)度比進(jìn)行逐一像素的計算，最終得到的比率圖如圖14(a)所示，其中比率范圍從在低壽命區(qū)域的1到在高壽命區(qū)域的3。然后，通過理論關(guān)系式將各像素上的強(qiáng)度比轉(zhuǎn)換為體壽命，轉(zhuǎn)換后的體壽命圖像如圖14(b)所示。需要注意的是，由于硅塊的尺寸，需要通過每臺濾波器采集的兩張圖像并將其縫合在一起；圖14(a)和圖14(b)上的接頭采用箭頭來表示。使用光濾波器篩對PL圖像的波長范圍進(jìn)行選擇，可以降低相機(jī)采集到的PL信號強(qiáng)度，潛在地導(dǎo)致了圖像采集時間的增加和測量速度的下降。或者，通過使用像素拼合和兩張按先前描述的用于獲取體壽命的低空間分辨率圖像的方式處理得到的圖像來采集具有低空間分辨率的短波長和長波長PL圖像，但并未將信號歸到噪聲比。然后，對沒有進(jìn)行像素拼合的高分辨率PL圖像進(jìn)行采集，然而這并未采用光濾波器和用于獲取體壽命高分辨率圖像的相關(guān)數(shù)據(jù)。本實施方式需要對第三張PL圖像進(jìn)行采集，但是由于濾波后的圖像可以被更快地采集到，因此本實施方式的過程進(jìn)行的更快。從強(qiáng)度比圖像中獲得的體壽命數(shù)據(jù)與未濾波PL圖像的對比可以用于獲取樣品中本底摻雜變化的信息。(b)不同激發(fā)波長以類似的方式，可以采用相同的探測波段但是不同激發(fā)波長，從硅塊或硅錠的PL圖像比中獲取絕對體壽命/擴(kuò)散長度分布，其中，所述激發(fā)波長在樣品內(nèi)不同深度處產(chǎn)生過剩載流子。如圖9所示為兩張PL圖像的作為體壽命函數(shù)的光照強(qiáng)度比，其中所述PL圖像為在800nm激發(fā)和600nm激發(fā)下從厚度為15cm的硅塊分別獲取的。圖9中的強(qiáng)度比曲線表明本方法僅可以得到短擴(kuò)散長度/低壽命下的絕對體壽命或擴(kuò)散長度信息，這是因為當(dāng)體壽命值大于10μs時，不同激發(fā)得到的PL強(qiáng)度比對體壽命變化極不敏感。對于長擴(kuò)散長度，激發(fā)波長對相對載流子濃度無顯著影響，因此PL強(qiáng)度比為常數(shù)。然而，本方法同樣具有關(guān)于探測波長范圍變化測量的一些相同的優(yōu)點，其中，可以根據(jù)PL強(qiáng)度比和兩張未被校正的PL圖像對樣品的本底摻雜變化進(jìn)行估算，每張圖像均在相對單位下(每張圖片采用相同入射光強(qiáng)度進(jìn)行測量且根據(jù)成像相機(jī)曝光時間和面元進(jìn)行歸一化)提供了絕對體壽命或體擴(kuò)散長度無需進(jìn)行外部校正。(c)不同探測和激發(fā)波長用樣可以通過獲取兩張PL圖像的強(qiáng)度比來確定樣品體特征參數(shù)，其中，在所述PL圖像中激發(fā)和探測波長在兩張圖像間被改變。或者，也可以將兩種方法結(jié)合在一起，從而在高體壽命區(qū)域內(nèi)對采用不同探測波長獲取的兩張圖像強(qiáng)度比進(jìn)行分析，而在低壽命區(qū)域內(nèi)對采用不同激發(fā)波長獲取的圖像比進(jìn)行分析。4)獲取本底摻雜變化信息以下應(yīng)用尤其適用于硅塊和硅錠，但原則上也可用于摻雜濃度橫向變化的晶片。由于測得的PL信號與有效壽命和本底摻雜濃度均成正比，因此可以通過對被測的PL強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)于在單獨壽命測量中測得的壽命變化的歸一化來獲取本底摻雜強(qiáng)度的信息。具體言之，第3節(jié)中描述的方法可以用于獲取體壽命信息，無需校正。根據(jù)任何體壽命變化數(shù)據(jù)和如圖6所示的歸一化PL計數(shù)速率與體壽命之間的關(guān)系，可以計算出期望的歸一化的PL強(qiáng)度變化。根據(jù)測量到的PL圖像和基于體壽命的期望PL強(qiáng)度之間的比可以得到樣品摻雜濃度的相對變化。尤其可以采用通過第3節(jié)中所描述的方法獲取的體壽命數(shù)據(jù)對本方法進(jìn)行應(yīng)用。在這種情況下，PL圖像可以是兩張采用不同探測波長或不同光照波長獲得的獨立的PL圖像中的任意一張，或為一第三張PL圖像。或者，當(dāng)采用單獨的測量法測量有效壽命時，進(jìn)行關(guān)于有效壽命變化的歸一化得到的PL圖像為一張具有相對摻雜濃度變化的圖像。無論采用哪一種方法，如果在某一點上的摻雜濃度或樣品的平均摻雜濃度是已知的，那么，樣品的相對摻雜濃度變化可以被校正為絕對摻雜濃度圖像。當(dāng)該校正被應(yīng)用于生產(chǎn)中具有相似表面特性的樣品上時，該校正則不必要被應(yīng)用到每個樣品上?；蛘?，相同的校正常量可被應(yīng)用于具有相似的或?qū)嵸|(zhì)相同的光學(xué)表面特性的不同樣品上，所述樣品可以是拋光后的硅塊。在有效壽命可以被假定為恒定的情況下，測量得到的PL強(qiáng)度變化為相對摻雜濃度變化的圖像，其中，如果在某一點上的摻雜濃度或樣品的平均摻雜濃度是已知的，所述PL強(qiáng)度變化則可被校正為絕對摻雜濃度圖像。例如，在上述假設(shè)成立的前提下，對于樣品為具有高體壽命的非鈍化的晶片來說；樣品有效壽命(相比于圖6中的方點)為恒定，且PL強(qiáng)度直接揭示了摻雜變化。這可以被用于測量多晶硅晶片中的雜質(zhì)條紋。在其他特定情況下，摻雜濃度變化非常顯著，從而有效壽命的微小變化僅能導(dǎo)致微小誤差，而這些微小誤差對于某些應(yīng)用來說是無關(guān)緊要的。這種情況涉及到補(bǔ)償后或UMG硅塊，在其由p型向n型過渡的區(qū)域內(nèi)，有效摻雜濃度的變化非常明顯，表現(xiàn)在PL計數(shù)速率中的最小值。例如，圖4中所示的UMG硅塊的PL圖像，頂部附近的深色帶16表示了該過渡區(qū)域的精確位置，而無需就壽命變化對PL信號進(jìn)行補(bǔ)償。能夠?qū)^渡區(qū)域進(jìn)行快速地且精確地定位，這為晶片生產(chǎn)商提供了切割導(dǎo)引，以識別并對晶片的P型區(qū)域、過渡區(qū)域和N型區(qū)域分類。接下來是在不考慮壽命中變化的情況下進(jìn)行的分析。因此假設(shè)有效壽命的變化遠(yuǎn)小于有效摻雜濃度的變化。為了闡明將PL數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為摻雜濃度變化的過程，圖(10)表示了(參考左手側(cè)Y軸)圖4所示的PL圖像中PL強(qiáng)度從底部到頂部(從左往右)的線掃描34，以及(參考右手側(cè)Y軸)擬合后的理論有效摻雜濃度，即摻硼濃度和摻磷濃度的絕對差值(虛線36)，其中各濃底均參考Scheil方程式計算得到。當(dāng)有效壽命未發(fā)生變化時，PL強(qiáng)度有望與有效摻雜濃度成正比。在計算理論有效摻雜濃度時，晶體硅中硼與磷的分凝系數(shù)keff均為從文獻(xiàn)中得到。唯一剩余擬合參數(shù)為原料中的初始摻硼濃度NB(0)和摻磷濃度NP(0)；改變上述參數(shù)使得在相對單位36的有效摻雜和已測PL強(qiáng)度的線掃描34間實現(xiàn)最好的擬合。NB(0)和NP(0)的變化可以導(dǎo)致絕對有效摻雜的變化和有效摻雜的最小值在X軸上的移動，且，當(dāng)最小值恰巧與PL強(qiáng)度38的最小值重合時，停止改變上述參數(shù)。如圖(10)所示，將相對有效摻雜濃度擬合為的PL強(qiáng)度截面，實現(xiàn)了對NB(0)/NP(0)比率的量化，該方法是基于以下假設(shè)的：原料僅包含一種主要施主類型和一種主要受體類型，并且施主原子和受體原子均根據(jù)Scheil方程式分布。在上述假設(shè)條件下，對于其他硅中的摻雜原子，如鎵，該方法可以以相似的方式被執(zhí)行。5)注水水平對少數(shù)載流子壽命的影響在背景技術(shù)中曾提到過，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件下，有效少數(shù)載流子壽命與產(chǎn)生率G成反比，與少數(shù)載流子濃度成正比，即τeff＝Δn/G。但實際上，少數(shù)載流子壽命還是注入水平的函數(shù)，這使得現(xiàn)有壽命測量技術(shù)變得復(fù)雜。S.Bowden和R.A.Sinton于2007年在應(yīng)用物理期刊102,124501上發(fā)表了題為“利用載流子濃度的精確表達(dá)式確定硅塊和硅晶片中的壽命”的論文，采用QSSPC技術(shù)，針對恒定光照強(qiáng)度(即G為常數(shù))對壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行報告，使得各有效壽命對應(yīng)的注入水平不同(和晶片的PL圖像中的情況一樣)，或?qū)τ诤愣ㄗ⑷胨絹碚f，相當(dāng)于報告不同光照強(qiáng)度照射下的壽命數(shù)據(jù)。上述兩種方法均存在一定的缺陷，即在相同注入水平下或相同光照強(qiáng)度下(或兩者的結(jié)合)，所得到的具體壽命范圍值，與太陽電池的工作相關(guān)性較小或沒有相關(guān)性。相反的，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，體硅樣品(如硅塊)的單張PL圖像可以允許在恒定光照水平以及在恒定的定義良好的平均注入水平下對大范圍的體壽命進(jìn)行測量。為了理解該反常結(jié)果，則需考慮平均載流子濃度的定義和產(chǎn)生率。測量晶片壽命時，通常對Δn和G在樣品厚度內(nèi)對取平均值。然而，Bowden和Sinton在其發(fā)表的論文中指出，該方法不適用于諸如硅塊的體樣品，這是因為相對于整體樣品厚度，大量的過剩載流子僅分布在光照表面附近的很小體積內(nèi)(與如圖5(a)和圖5(b)所示的載流子濃度分布圖相比)。Bowden和Sinton提出了用于解決該問題的分析方法，即定義載流子濃度的加權(quán)平均值navg和有效樣品寬度Weff。我們在此使用上述定義，并相應(yīng)地使用平均過剩載流子濃度的標(biāo)記。利用上述Bowden和Sinton的論文中所介紹的分析模型，分別針對兩個吸收系數(shù)(α＝700cm-1，對應(yīng)于800nm的入射光，α＝3.5cm-1，對應(yīng)于1100nm的入射光)，過剩載流子濃度作為非鈍化硅塊內(nèi)位置的函數(shù)可被計算得出，并被標(biāo)繪在圖5(a)和圖5(b)中。表面(位置＝0)的過剩載流子濃度為零，這是因為該表面為非鈍化表面。圖5(a)和圖5(b)均表示了針對三個體壽命值，過剩載流子濃度與位置的對應(yīng)關(guān)系，其中體壽命值分別為：10μs(標(biāo)繪18)，100μs(標(biāo)繪20)和1000μs(標(biāo)繪22)。各圖中，矩形40(圖中僅針對τbulk＝100μs和τbulk＝1000μs的標(biāo)繪)與坐標(biāo)軸的交點為Δnavg和Weff的值。，對比圖5(a)中在短波長(α＝700cm-1)激發(fā)下的這些矩形，可以看出隨著體壽命的增長，載流子分布的變化主要為有效寬度的變化，而平均載流子濃度近似為恒定。在長波長(α＝700cm-1)激發(fā)下進(jìn)行相同的比較，可知平均載流子濃度(與平均注入水平相關(guān))隨著壽命的增大而顯著增大。根據(jù)Bowden和Sinton提出的下列方程式，作進(jìn)一步觀察：其中，L為擴(kuò)散長度，D為擴(kuò)散系數(shù)，Ns為進(jìn)入樣品的光通量，α為吸收系數(shù)。當(dāng)αL>>1時，即在短波長激發(fā)(或長壽命)的條件下，方程式(1)可簡化為：表明，平均注入水平不再取決于壽命。另一方面，對于αL<<1，即長波長激發(fā)時，代入關(guān)系式τ＝L2/D，方程式(1)可簡化為：表明，平均注入水平與壽命τ成正比?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)而考慮注入水平對PL數(shù)據(jù)的影響，我們注意到，PL圖像通常是通過大約為λ＝800nm的紅外激發(fā)采集得到。在該區(qū)域內(nèi)，吸收系數(shù)α～700cm-1，當(dāng)L≥100μm時，滿足αL>>1，p型硅中擴(kuò)散長度等于τbulk＝3.5μs。重要的是，在最相關(guān)區(qū)域τbulk>3.5μs內(nèi)，用λ＝800nm的激發(fā)光橫向恒定照射，所得到的單張PL圖像為在注入水平近似恒定時的壽命變化。當(dāng)D＝27cm2s-1，Ns＝3*1017cm-2s-1時，通過方程式(2)計算得到Δnavg＝8*1012cm-3，與壽命無關(guān)。選擇波長λ＝800nm左右的近紅外光進(jìn)行激發(fā)的另一優(yōu)點在于，對于常規(guī)體壽命來講，其導(dǎo)致的硅塊內(nèi)的平均注入水平非常接近于處于最大功率點的常規(guī)工業(yè)硅太陽電池成品中和注入水平。激發(fā)的變化或光照強(qiáng)度的變化(或改變兩者)，可使注入水平根據(jù)要求被進(jìn)行微調(diào)。在該注入水平范圍內(nèi)測量壽命數(shù)據(jù)可便于分析，且可避免材料參數(shù)的注入水平依賴關(guān)系的不精確，所述參數(shù)如載流子遷移率或輻射復(fù)合系數(shù)，所述參數(shù)在高注入水平時變化很大。分析模型定義了硅塊中空間平均注入水平，在該分析模型的基本限定中，PL成像為體壽命的評估提供了理想的條件。平均注入水平與采用短波長激發(fā)硅塊進(jìn)行的PL測量中的體壽命相關(guān)性較小，這給出了另一個暗示，即注入水平與光照強(qiáng)度幾乎為線性相關(guān)。在不同光照強(qiáng)度下，對同一硅塊區(qū)域進(jìn)行多次光致發(fā)光圖像的獲取，可以測得各點或圖像中具體區(qū)域內(nèi)的取決于注入水平的壽命。以上的測量可以通過針對光照強(qiáng)度對被測量的圖片進(jìn)行歸一化，然后將強(qiáng)度歸一化后的PL計數(shù)速率轉(zhuǎn)換為體壽命，后者的轉(zhuǎn)換方式已在先前被描述過。由于平均注入水平與產(chǎn)生率G成正比，而產(chǎn)生率G本身與入射光強(qiáng)度成正比，因此可以根據(jù)方程式(1)或方程式(2)將測得的入射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為平均注入水平。通過采用不同光強(qiáng)照射得到的多張PL圖像，可以計算得出體壽命的注入水平依賴性，并繪制出具體區(qū)域或單個像素。就對比來說，我們考慮到注入水平對QSSPC數(shù)據(jù)的影響。例如，利用QSSPC工具，此工具為Sinton咨詢公司的“boule測試儀”，將體壽命報告為注入水平的函數(shù)。在恒定平均載流子濃度，通常為Δnavg＝5*1014cm-3下，體壽命估算值的線掃描被報告為處于一恒定平均載流子強(qiáng)度，通常為Δnavg＝5*1014cm-3。由于本系統(tǒng)使用的是寬帶光源，因此不可能采用簡單分析方式。假設(shè)照射光波長為1100nm(α＝3.5cm-1)，當(dāng)體壽命τbulk<3ms時，認(rèn)為αL<1，根據(jù)方程式(1)和方程式(3)計算得出，在該范圍內(nèi)，平均注入水平隨著體壽命的增長而增大，這一點與晶片壽命的測量類似。當(dāng)光照強(qiáng)度為1Sun(Ns＝3*1017cm-2s-1，且當(dāng)τbulk＝10μs和τbulk＝100μs時，根據(jù)方程式(1)分別計算得到的Δnavg＝4.7*1012cm-3和的Δnavg＝3.7*1013cm-3。為了得到常規(guī)平均載流子濃度Δnavg＝5*1014cm-3，當(dāng)τbulk＝10μs時，要求入射光強(qiáng)度應(yīng)為100Suns(Ns＝3*1019cm-2s-1)左右。當(dāng)Δnavg＝5*1014cm-3，為了達(dá)到更短的壽命則需要更強(qiáng)的光強(qiáng)度。需要注意的是，上述強(qiáng)度因素在很大程度上取決于光強(qiáng)分布圖中確切的光譜含量，但附圖表明，在進(jìn)行典型的QSSPC測量時，為了達(dá)到Δnavg＝5*1014cm-3，通常要求較大光強(qiáng)度。對于傳統(tǒng)太陽電池的應(yīng)用來說，這些光強(qiáng)度是不現(xiàn)實的，這是因為太陽電池通常工作在等同于1Sun的光照強(qiáng)度下且在某一工作點處，在該工作點處晶片內(nèi)部載流子濃度被降低到在開放環(huán)路的條件下，且在0.05Sun光照強(qiáng)度下可被獲得一個值。因此在數(shù)十或數(shù)百個Sun下獲得壽命數(shù)據(jù)不太適用于太陽電池的應(yīng)用。本文闡述了很多具體實施細(xì)節(jié)。但是，本發(fā)明的實施方式并不僅僅局限于這些具體細(xì)節(jié)。對于本發(fā)明未詳細(xì)闡述的其他實施方式、已知方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)亦不會影響對本說明書的理解。盡管通過參考某些優(yōu)選實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了闡述，但由此所引伸出的變化和變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。