Physikalische Mechanismen der Bildung von Schwarzem Silizium bei maskenfreiem Plasmaätzen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem maskenfreien SF6/O2-Plasmaätzen von kristallinen Siliziumwafern zur Erzeugung von „Schwarzem Silizium“. Diese Mikro- bis Nano-Texturierung der Oberfläche führt zu einer deutlich verringerten Oberflächenreflexion und einer verbesserten Lichtstreuung im Bulk im Vergleich zu untexturierten Proben. Fokus des experimentellen Teils ist die Optimierung von Plasmaprozessen bei Substrattemperaturen über 0° C hinsichtlich Photovoltaik-Anwendungen der texturierten Wafer. Des Weiteren werden die Proben mit verschiedenen oberflächensensitiven Methoden ex- und in-situ analysiert, um Rückschlüsse auf die Bildung von Schwarzem Silizium zu ziehen. Diese Ergebnisse fließen in die Modellierung im theoretischen Teil der Arbeit ein, in dem durch eine lineare Stabilitätsanalyse temperaturabhängige Mechanismen zur Erzeugung der Aufrauung während der maskenfreien Texturierung untersucht werden.

The present dissertation deals with the maskless SF6/O2 plasma etching of crystalline silicon wafers for the generation of „black silicon“. This micro- to nano-texturing of the surface strongly reduces the surface reflection and improves the light scattering and trapping in comparison to untextured samples. The focus of the experimental part is the preparation of plasma processes with substrate temperatures above 0° C with regard to photovoltaic applications of the textured wafers. Furthermore, the samples are analysed ex- and in-situ by different surface-sensitive methods to gain information about the formation of black silicon. These results also feed into the modeling in the theoretical part, which investigates temperature dependent mechanisms for the generation of a rough surface during the maskless texturing by a linear stability analysis.