ICS77.040 H21 中华人民共和国国家标准 GB/T30859—2014 太阳能电池用硅片翘曲度和 波纹度测试方法 Testmethodforwarpandwavinessofsiliconwafersforsolarcells 2014-07-24发布 2015-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)及材料分技术委员会(SAC/TC 203/SC2)共同提出并归口。 本标准起草单位:江苏协鑫硅材料科技发展有限公司、瑟米莱伯贸易(上海)有限公司、有研半导体 材料股份有限公司。 本标准主要起草人:薛抗美、夏根平、孙燕、林清香、徐自亮、黄黎。 ⅠGB/T30859—2014 太阳能电池用硅片翘曲度和 波纹度测试方法 1 范围 本标准规定了太阳能电池用硅片(以下简称硅片)翘曲度和波纹度的测试方法。 本标准适用于硅片翘曲度和波纹度的测试。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T3505—2009 产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法术语、定义及表面结构参数 GB/T6620 硅片翘曲度非接触式测试方法 GB/T14264 半导体材料术语 GB/T16747—2009 产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法表面波纹度词汇 GB/T18777 产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法相位修正滤波器的计量特性 GB/Z26958(所有部分) 产品几何技术规范(GPS)滤波 3 术语和定义 GB/T3505—2009、GB/T14264、GB/T16747—2009、GB/T18777和GB/Z26958界定的术语和 定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/T3505—2009和GB/T16747—2009中的某 些术语和定义。 3.1 轮廓滤波器 profilefilter 把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用三种滤波 器,见图1。它们都具有GB/T18777规定的相同的传输特性,但截止波长不同。 [GB/T3505—2009,定义3.1.1] 3.2 λs轮廓滤波器 λsprofilefilter 确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器,见图1。 [GB/T3505—2009,定义3.1.1.1] 3.3 λc轮廓滤波器 λcprofilefilter 确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器,见图1。 [GB/T3505—2009,定义3.1.1.2] 3.4 λf轮廓滤波器 λfprofilefilter 确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器,见图1。 1GB/T30859—2014 [GB/T3505—2009,定义3.1.1.3] 图1 粗糙度轮廓和波纹度轮廓的传输特性 3.5 实际表面 realsurface 物体与周围介质分离的表面。实际表面是由粗糙度、波纹度和形状叠加而成的。 [GB/T16747—2009,定义3.1] 3.6 表面轮廓(实际轮廓) surfaceprofile(realprofile) 由一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓。它由粗糙度轮廓、波纹度轮廓和形状轮廓构成。 [GB/T16747—2009,定义3.2] 3.7 原始轮廓 primaryprofile 通过λs轮廓滤波器后的总轮廓。 [GB/T3505—2009,定义3.1.5] 3.8 表面波纹度轮廓(波纹度轮廓) profileofsurfacewaviness(wavinessprofile) 对原始轮廓连续应用λf和λc两个轮廓滤波器以后形成的轮廓。采用λf轮廓滤波器抑制长波成 分,而采用λc轮廓滤波器抑制短波成分。这是经过人为修正的轮廓,见图2。 [GB/T16747—2009,定义3.7] 图2 波纹度轮廓示意图 3.9 分离实际表面轮廓成分的求值系统(滤波器) operator(filter)forseparatingtheprofile componentoftherealsurface 2GB/T30859—2014 通过预定的信息转换,对实际表面的轮廓成分进行分离的一种处理过程。实际上,该过程可用各种 不同的方式实现,对各种不同方式分离出的轮廓成分,应说明其方法离差。倘若总体轮廓含有所认为的 公称形状,就须用一个附加的预处理过程来消除该轮廓的形状部分。 [GB/T16747—2009,定义3.3] 常用的滤波器有高斯滤波器和最小二乘滤波器等。有关滤波器的更进一步的信息,可参 照GB/Z26958。 3.10 表面波纹度 surfacewaviness 由间距比粗糙度大得多的、随机的或接近周期形式的成分构成的表面不平度。 波纹度通频带的极限由高斯滤波器的长波截止波长和短波截止波长之比λf∶λc确定,若无特殊规 定,此比值通常为10∶1。 [GB/T16747—2009,定义3.6] 3.11 波纹度取样长度 wavinesssamplinglength lw 用于判别波纹度轮廓的不规则特征的X轴方向上的长度。它等于长波截止波长λf。在这段长度 上确定波纹度参数。 [GB/T16747—2009,定义3.8] 3.12 波纹度评定长度 wavinessevaluationlength ln 用于评定波纹度轮廓的X轴方向上的长度,它包括一个或几个取样长度。 [GB/T16747—2009,定义3.9] 3.13 波纹度轮廓偏距 wavinessprofiledeparture Z(x) 波纹度轮廓上的点与波纹度中线之间的距离。 [GB/T16747—2009,定义3.15] 4 方法 4.1 翘曲度 翘曲度的测量采用非接触式技术,利用成对的、分别位于硅片上方和下方的探头可以测量出硅片 上、下表面相对于同一侧探头的距离,沿一定路径扫描,则可以给出硅片上表面和下表面的轮廓起伏。 根据测量得到的硅片表面轮廓数据,依据一定的物理模型就可以计算出硅片翘曲度。 4.2 波纹度 一般认为,硅片表面波纹度是硅片表面空域波长在0.5mm~30mm的硅片表面变化。波纹度的 测量可以采用各种接触式或非接触式技术;推荐采用非接触式技术,利用成对的、分别位于硅片上方和 下方的探头,测量出硅片上、下表面相对于同一侧探头的距离,沿与硅片表面平行的路径进行扫描,得到 硅片上表面和下表面的表面轮廓;然后采用合适的滤波器、选取合适的截止波长,在硅片表面轮廓中去 除粗糙度轮廓成分和硅片形状变化成分后得到波纹度轮廓;根据提取出的波纹度轮廓就可计算出波纹 3GB/T30859—2014 度值。 5 干扰因素 5.1 对翘曲度和波纹度都有影响的干扰因素 5.1.1 不同的测量技术、使用同一测量技术的不同厂家或同一厂家的不同型号的测量仪器均可能会给 出不同的测量结果。 5.1.2 不同的扫描路径,包括其长度或方向,可能会产生不同的测量结果;因此在试验报告中,应给出 采用的扫描路径的具体信息。 5.1.3 由于各种因素的影响,扫描路径的起始点和终结点距离硅片边缘过近可能会带来测量误差。因 此扫描路径的起始点和终结点应距离硅片边缘5mm以上,以去除边缘影响;而且扫描路径开始和结束 时的部分数据应去除,以避免扫描开始和结束时偶然因素对测量结果的影响。 5.1.4 测试平台的不平整可能会引入测量误差。 5.1.5 设备采集数据的频率不同,可能会产生不同的测量结果。 5.1.6 在测量过程中,测试仪器的振动或测试样品相对于测量方向的振动或挪移都会引入误差。 5.1.7 硅片表面的外来物或表面缺陷(如裂纹、孔洞、硅晶脱落等),都会引入测量误差。 5.2 对翘曲度有影响的干扰因素 本标准中规定的翘曲度的测试方法未考虑可能由硅片自重引入的重力形变影响。 5.3 对波纹度有影响的干扰因素 5.3.1 从硅片表面轮廓中提取波纹度轮廓时,采用不同的滤波器以及不同的设置等,提取出的波纹度 轮廓可能会有不同,从而产生不同的波纹度测量结果,因此在硅片表面波纹度测量结果的报告中,应尽 可能给出使用的滤波器以及具体的滤波设置。 5.3.2 测量硅片表面波纹度时,扫描路径的长度最好大于评定长度;为方便全面评价硅片表面的变化, 建议扫描路径的长度不小于硅片尺寸规格的4/5,以避免由于采样不完全而导致的测量结果的偶然性。 5.3.3 如果评定长度内包含的取样长度数目不同,可能会影响波纹度的计算结果。建议评定长度内包 含5个或以上的取样长度,而且试验报告中应给出评定长度内包含的取样长度的具体数目。 5.3.4 对于接触式方法,由于各种原因,比如探针尺寸过大、移动速度过快、探针与硅片表面贴合不充 分、探针臂弹性过大以及仪器数据采集速度不够快等,测量到的硅片表面轮廓与实际的表面轮廓可能会 有差异,这可能会影响波纹度的测量结果。 5.3.5 对于非接触式方法,探头尺寸或者光斑尺寸过大、光路的像差、光信号采集系统的噪声等,都会 在提取出的硅片表面轮廓中引入一定的误差,从而影响波纹度的测量结果。 6 仪器 6.1 翘曲度测量仪 6.1.1 探头传感器:采用光学、电容式或其他非接触测量技术,用于测量探头和硅片表面之间的相对距 离;成对安装,分别位于硅片的上方和下方,且上、下探头位于同一轴线上,该轴线垂直于