Basic Study of Mono-like Silicon Material Properties under Chemical Treatments: Comparison with Single and mc-Silicon

Abstract

У роботі представлено дослідження квазімонокристалічного кремнієвого матеріалу (ML-Si). Його фізичні та хімічні властивості аналізуються та порівнюються із властивостями монокристалічного кремнію Чохральського (Cz-Si) та багатокристалічного кремнію (mc-Si). Після хімічної обробки кожного матеріалу поверхню аналізують за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) та рентгенівської дифракції (XRD). Ми спостерігаємо, що Cz-Si та ML-Si мають однакову морфологію та кристалографічну орієнтацію. Аналіз FTIR показує вміст кисню того ж порядку для трьох матеріалів, але зі значеннями ML-Si, ближчими до значень mc-Si. Заміщуюча концентрація вуглецю є проміжною для ML-Si між концентраціями Cz-Si та mc-Si. Коефіцієнт відбиття ML-Si на 5 % вищий, ніж для Cz-Si, і набагато нижчий, ніж для mc-Si, після текстури NaOH. Аналіз фотолюмінесценції показує, що матеріали ML-Si та Cz-Si мають кращу однорідність, ніж матеріал mc-Si. На завершення, ми представляємо переваги та недоліки ML-Si у порівнянні з Cz-Si та mc-Si. ML-Si має кращі властивості матеріалу, має небагато меж зерен та дислокацій порівняно з mc-Si. Крім того, оскільки ML-Si містить одне зерно, це дозволяє отримати менший коефіцієнт відбиття поверхні за допомогою лужного текстурування. Також ми виявили, що ML-Si майже ідентичний Cz-Si.

In this paper, we present the study of the silicon mono-like (ML-Si) material. Its physical and chemical properties are analyzed and compared to those of Czochralski-monocrystalline silicon (Cz-Si) and multicrystalline silicon (mc-Si). After chemical treatment of each material, the surface is analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). We observe that Cz-Si and ML-Si present the same morphology and crystallographic orientation. FTIR analysis shows an (interstitial) oxygen content of the same order for three materials but with values of ML-Si closer to that of mc-Si. Substitutional carbon concentration is intermediate for ML-Si between those of Cz-Si and mc-Si. Reflectivity of ML-Si is 5 % higher than that of Cz-Si and much lower than mc-Si surface after NaOH texture. Photoluminescence analysis indicates that ML-Si and Cz-Si materials present better homogeneity than mc-Si material. At the final, we present the advantages and drawbacks of ML-Si material with regard to Cz-Si and mc-Si. ML-Si has better material properties, having fewer grain boundaries and dislocations compared to mc-Si. In addition, containing a single grain allows a lower surface reflectance to be obtained by using alkaline texturing. We also find that ML-Si is almost identical to Cz-Si.