Lokální optické a elektrické charakteristiky optoelektronických součástek - Škarvada, Pavel (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2012)
Konverze solární energie a miniaturizace polovodičových součástek a s tím spojená životnost, spolehlivost a účinnost zařízení jsou základní premisy této práce. Práce je zaměřena na studium a nedestruktivní diagnostiku optoelektronických součástek, především solárních článků. Ty jsou výhodné pro studium především proto, že mají přístupný pn přechod blízko povrchu a obsahují značné množství nehomogenit. Vzhledem k rozměrům nehomogenit bylo ještě donedávna obtížné zkoumat jejich lokální fyzikální (tj. elektrické a optické) charakteristiky, které by umožnily lépe pochopit jejich chování. Vybudování vlastního měřicí pracoviště, které splňuje specifické požadavky pro oblast měření lokálního optického vyzařování a lokálně indukovaného proudu, umožnilo dosáhnout lokalizaci a detekci nehomogenit s rozlišením přibližně 100 nm. Jádrem práce je charakterizace nedokonalostí s využitím nedestruktivních technik, a to nejen z makroskopického hlediska, ale především v mikroskopickém měřítku s využitím sondové mikroskopie. Nedílnou součást práce tedy tvoří studium problematiky charakterizačních technik pro optoelektronické součástky, studium mikroskopických technik, především sondových a problematika zpracování naměřených dat. Pro účely mikroskopické charakterizace je použit mikroskop se skenující sondou v blízkém optickém poli, který kromě morfologie povrchu umožňuje zkoumat také lokální optické, optoelektrické a elektrooptické vlastnosti struktur ve vysokém prostorovém rozlišení. Z makroskopického hlediska jsou v rámci práce zkoumány vzorky s využitím techniky lokálně indukovaného proudu, voltampérových charakteristik vzorků, emise ze závěrně polarizovaných vzorků ale i jejich teplotních závislostí. Společným využitím těchto technik je možné lokalizovat defekty a nehomogenity struktury, které byly následně podrobeny kompozitní analýze a dále zobrazeny s využitím elektronové mikroskopie. Mezi konkrétní výstupy práce patří specifikace možností využití nedestruktivních charakterizačních technik pro studium optoelektronických součástek a zvláště pak pro klasifikaci jejich defektů. Dále jsou formou metodiky popsány experimentální charakterizační techniky a postupy charakterizace defektů. Klíčovým výstupem je katalog objevených typů defektů, ve kterém jsou ukázány konkrétní defekty vzorků a jejich lokální vlastnosti v mikroskopickém měřítku společně s popisem jejich vlivu na celý vzorek.

Solar energy conversion, miniaturization of semiconductor devices and associated lifetime, reliability and efficiency of devices are the basic premise of this work. This work is focused on the study of optoelectronic devices especially solar cells and its nondestructive diagnostic. Solar cells are advantageous for study mainly because the pn junction is located near the surface and contains a lot of inhomogeneities. It has been difficult until recently to investigate their local physical (electrical and optical) parameters due to the size of inhomogeneities. Behavior of inhomogeneities can be well understood with knowledge of its local properties. Establishment of measurement workplace, that satisfies requirements for measurement of local emission and optically induced current measurement, allows us detection and localization of inhomogeneities with spatial resolution more or less 100 nm. The core of thesis is characterization of imperfection using nondestructive techniques in the macroscopic region but primarily in microscopic region using scanning probe microscopy. Integral parts of the work are characterization techniques for photoelectrical devices, microscopic techniques and data processing. Scanning near-field optical microscope is used for the purpose of microscopic characterization such as topography, local optical, photoelectrical and electrooptical properties of structures in high spatial resolution. Locally induced current technique, current voltage characteristics, emission from reversed bias pn junction measurement including its thermal dependence are used for samples investigation in macroscopical region. It is possible to localize defects and structure inhomogeneity using mentioned techniques. Localised defects are consequently analyzed for composition and measured using electron microscopy. Specific outputs of work are classification of photoelectric devices defects and specification of nondestructive characterization techniques used for defect detection. Experimental characterization techniques are described together with defects measurement procedures. The key output is the catalog of serious defects which was detected. Particular defects of samples are shown including describe of its properties and physical meaning.
Local optical and electrical characteristics of optoelectronic devices
Keywords: Mikroskopie skenující sondou; skenující mikroskop se sondou v blízkém optickém poli; světlem indukovaný proud; vyzařování ze závěrně polarizovaného pn přechodu; solární článek; lokalizace defektů; lokální průrazy.; Scanning probe microscopy; scanning near-field optical microscope; light beam induced current; light emission from reversed biased pn junction; solar cell; defects localization; local breakdown.