High power LED array for thin c-Si carrier lifetime measurements

Abstract

To measure crystalline silicon (c-Si) carrier lifetime, the Sinton WCT-100 with a flash lamp is available at the laboratories of the UPC?s Electronic Engineering Department. However, this setup is not accurate to measure thin c-Si samples. The ratio of light absorption for these samples strongly depends on the wavelength leading to a difficult determination of the light absorption by the sample. We propose to change the light source of the Sinton WCT-100 by a commercially-available high power LED array emitting at a wavelength of 850 nm. In this project, a transconductance amplifier is designed to control the ligth emission of the array through a periodic waveform. In addition, a calibration procedure to measure thin c-Si samples is defined. The single wavelength light simplifies the optical absorption calculation for thin c-Si substrates improving their accuracy in the lifetime measurement. The measurements obtained with the new light source show reliable lifetime values for thin c-Si substrates at ranges where it is not possible to measure with the flash lamp.

Para medir el tiempo de vida de los portadores en silicio cristalino (c-Si), el Sinton WCT-100 con una lámpara flash está disponible en los laboratorios del Departamento de Ingenieria Electrónica de la UPC. No obstante, este sistema no es preciso a la hora de medir muestras de c-Si delgadas. El ratio de absorción de luz para estas muestras depende en gran medida de la longitud de onda, lo que lleva a una difícil determinación de la absorción de luz de la muestra. Proponemos cambiar la fuente de luz del Sinton WCT-100 por un conjunto de LEDs de alta potencia disponible en el mercado que emite a una longitud de onda de 850 nm. En este proyecto se diseña un amplificador de transconductancia para controlar la emisión de luz del conjunto de LEDs mediante formas de onda periódicas. Además, se define un procedimiento de calibración para medir muestras de c-Si delgadas. La luz de longitud de onda única simplifica el cálculo de absorción óptica para sustratos de c-Si delgados mejorando su precisión en la medida del tiempo de vida. Las medidas obtenidas con la nueva fuente de luz muestran valores de tiempo de vida fiables para sustratos de c-Si delgados en rangos en los cuales no es posible medir con la lámpara flash.

Per mesurar el temps de vida de portadors en silici cristal·lí (c-Si), el Sinton WCT-100 amb un llum flash està disponible als laboratoris del Departament d' Enginyeria Electrònica de la UPC. No obstant, aquest sistema no és precís a l'hora de mesurar mostres de c-Si fines. El ràtio d'absorció de llum per aquestes mostres depèn fortament de la longitud d'ona, això condueix a una difícil determinació de l'absorció de llum de la mostra. Proposem canviar la font de llum del Sinton WCT-100 per un conjunt de LEDs d'alta potència disponible al mercat que emet a una longitud d'ona de 850 nm. En aquest projecte es disenya un amplificador de transconductància per controlar l'emissió de llum del conjunt de LEDs mitjançant formes d'ona periòdiques. A més, es defineix un procediment de calibració per mesurar mostres de c-Si fines. La llum de longitud d'ona única simplifica el càlcul d'absorció òptica per substrats de c-Si prims millorant la precisió en la mesura del temps de vida. Les mesures obtingudes amb la nova font de llum mostren valors de temps de vida fiables per substrats de c-Si prims a rangs en els quals no és possible mesurar amb la llum flash.