國內(nèi)某太陽能生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備項(xiàng)目后，原文翻譯的試驗(yàn)方法
希望能給相關(guān)同行以幫助

對帶有微小裂紋的多晶硅圓片的機(jī)械壓力試驗(yàn)
摘要：顯微裂紋檢測和機(jī)械扭曲試驗(yàn)主要用于原切割晶圓來進(jìn)行太陽能電池生產(chǎn)。關(guān)于機(jī)械力與裂紋長度之間的關(guān)系已經(jīng)有答案了。小于臨界壓力時由于反復(fù)壓力試驗(yàn)裂紋長度并沒有顯示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同長度下邊緣裂紋比內(nèi)部裂紋更具有危險(xiǎn)性。斷裂力取決于裂紋幾何形狀和其位置。一旦施加的壓力超過它的臨界壓力，就無法加工成為晶片了。通常會在觀察到微裂的地方發(fā)生斷裂。
關(guān)鍵詞： 微裂，壓力，硅太陽能電池
圖片為國外某款微小力試驗(yàn)機(jī)的圖片，圖片上夾具為多晶規(guī)圓片扭曲夾具
1. 簡介
在硅光電生產(chǎn)過程中zui大的問題就是硅片的斷裂。由于原硅材料是生產(chǎn)太陽能電池的主要成本，所以一個zui自然的一個方法就是減小它的厚度，但是這樣做的話會潛在地導(dǎo)致晶片變脆弱，而且會使它的屈服力變低。未受損害的晶片很堅(jiān)固而且有韌性，但裂紋的存在會降低它的這種機(jī)械強(qiáng)度。裂紋主要來源有：材料缺陷，來自于晶錠本身或是在晶片生產(chǎn)過程中的壓力（1)，割鋸晶片時的機(jī)械力或者在運(yùn)輸買賣過程中的機(jī)械力造成的缺陷。在太陽能電池生產(chǎn)過程中，對晶片進(jìn)行加工時晶片會暴露在高溫和機(jī)械力下，所以那些有裂紋，缺陷，以及有鋸痕的晶片的機(jī)械強(qiáng)度會大大的降低。、（2）從經(jīng)濟(jì)方面考慮應(yīng)當(dāng)在發(fā)生斷裂前盡早的檢測出生產(chǎn)線上的脆弱的晶片。對此可以用多種裂紋檢測系統(tǒng)（MCD）來進(jìn)行檢測。建立在光學(xué)檢測系統(tǒng)上用來檢測裂紋的紅外線檢測方法已經(jīng)研制出來了。先檢測出斷裂的尺寸，然后在扭曲試驗(yàn)中對晶片施加機(jī)械力。以此來對原切割晶圓建立一種不同的機(jī)械力與裂紋之間的關(guān)系。
2. 試驗(yàn)
在這項(xiàng)研究中采用的是156＊156mm, 厚度為200微米的多晶硅圓片。采用A，B兩種商用MCD系統(tǒng)，讓紅外線穿過晶片，然后通過電荷藕荷攝像機(jī)來檢測。晶片事先通過A和B 兩種系統(tǒng)檢測到有裂紋，然后把檢測到有裂紋的晶片再次通過MCD系統(tǒng)A，并把晶片的圖片保存下來。人工分析這些圖片，在這次研究中使用了127種可以檢測到有裂紋的硅片。一些有污垢的和存在不同類型的點(diǎn)缺陷的硅片也被采用到這次研究中。
圖1：上部是扭曲試驗(yàn)圖像，下部是在扭曲試驗(yàn)中對晶片施加的主要的力分布。
然后開始進(jìn)行扭曲試驗(yàn)（圖1），zui大力為1.5N。在以前的實(shí)驗(yàn)中1.5N以下的斷裂已經(jīng)做過，所以誤差實(shí)驗(yàn)對有裂紋的晶片斷裂可以估計(jì)出來。通過這次實(shí)驗(yàn)，記錄下zui大的彎曲度，斷裂力也記錄下來。把斷裂后的晶片拿來與MCD圖像作對比以此來找出原來存大于晶片上的缺陷或者導(dǎo)致這種缺陷的情況。對于那些沒有斷裂的晶片再重復(fù)進(jìn)行5次這樣的實(shí)驗(yàn)，然后讓晶片再通過MCD系統(tǒng)B然后比照前后圖像以此來查看裂紋是否在壓力實(shí)驗(yàn)中有所加大。然后通過對那些經(jīng)過斷裂壓力未受損害的原切割晶片以及那些有斷紋的晶片進(jìn)行不同的力直至其斷裂。在這次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)所有的裂紋都是正常生產(chǎn)下造成的，通過實(shí)驗(yàn)晶片不會受到人為故意的損害。
3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果&討論
3.1 原切割晶圓
由于晶片通過MCD系統(tǒng)進(jìn)行分析并在扭曲試驗(yàn)中檢測，以不同方式進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了三種不同類型能影響晶片強(qiáng)度的裂紋。
3.2 三種不同的裂紋
在這次研究中發(fā)現(xiàn)的三種的裂紋
1. 短裂紋
2. 邊緣裂紋
3. 內(nèi)部裂紋
存在于一個小水晶體內(nèi)部的短裂紋(小于1mm)通常是比較直，而且有特定的走向。橫跨一個或多個水晶體長裂紋通常形狀不規(guī)則，如圖2。由于外部造成的裂紋例如在晶體表面進(jìn)行沖擊而形成的裂紋經(jīng)常會有這種形狀。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，晶體邊緣的裂紋，即邊緣裂紋，和在晶體的整個內(nèi)部表面上的裂紋，這種裂紋不與邊緣接觸，即內(nèi)部裂紋，這兩種類型的裂紋之間有很大的區(qū)別。在1.5N以內(nèi)的壓力試驗(yàn)中只有那些有可檢測到有微小裂紋的晶體斷裂。所有的斷裂后的晶片被重組到一起后與通過微小裂紋檢測時的圖像進(jìn)行對比。
Figure 2: 箭頭所指為來自晶片邊緣的不規(guī)則的長裂紋（~30mm）。
無一例外，裂痕會從檢測到的裂紋那繼續(xù)延伸。
當(dāng)裂紋是長裂紋時，斷裂力通常很低，晶片會碎成2-4個小的晶片。對于有小裂紋的晶片來說，施加在的力后，晶片會破碎成幾個大的或者很多小的碎片（如圖3）。
圖3：左邊：帶有13.5mm的內(nèi)部裂紋的晶片在壓力為1.49N時斷裂。
右邊：帶有24.8mm的邊緣裂紋的晶片在壓力為0.51N時斷裂。
斷裂延伸跟點(diǎn)陣紋理走向有關(guān)系，當(dāng)斷裂繼續(xù)延伸時，裂紋一般會在比較弱的點(diǎn)陣方向（3）。裂紋通常垂直延伸。
帶有邊緣裂紋的晶片在斷裂時所受的力一般比內(nèi)部裂紋晶片需力小。對于有鋸形痕跡的晶片來說，當(dāng)力達(dá)到1.5N時，不會斷裂，但是有些情況下斷裂會順著鋸痕延伸。

4. 結(jié)論：
通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些還有裂紋的晶片仍然能夠通過1.5N的彎曲試驗(yàn)。94%的有內(nèi)部裂紋（小于10mm）的原切割圓晶片能通過壓力試驗(yàn)。有邊緣裂紋的晶片都不能通過此次試驗(yàn)，即使此邊緣裂紋小于2mm。