La realizzazione di qualunque tipo di dispositivo opto- o micro-elettronico, basato su strutture etero epitassiali di semiconduttori composti, dipende in modo essenziale dalla possibilità di studiare le proprietà fisico/chimiche dei materiali che compongono la struttura. Inoltre, il raggiungimento di elevate prestazioni e affidabilità del dispositivo dipende dalla possibilità di studiare i vari step di processo e caratterizzare le sue prestazioni finali.

La caratterizzazione dei materiali semiconduttori, specialmente se cresciuti con tecniche epitassiali, deve fornire una serie di informazioni, il più delle volte quantitative, che combinino elevata sensibilità e risoluzione spaziale. In particolare, nella filiera di realizzazione di una cella fotovoltaica a multigiunzione, tra le varie esigenze dettate dalla presenza di numerosi step di processo, notevole importanza riveste la possibilità di caratterizzare l’intero wafer senza danneggiarlo, raccogliendo le informazioni dai vari punti, o dai singoli dispositivi, dopo il processing, senza dividerli. Infine, la necessità di utilizzare lo stesso wafer sia per la caratterizzazione, che per il processing, rende fondamentale l’utilizzo di tecniche sperimentali non distruttive.

In questo ambito è stata avviata una specifica attività focalizzata nella progettazione di strumentazione di caratterizzazione con caratteristiche finalizzate allo studio delle strutture per celle fotovoltaiche a multi-giunzione e sull’utilizzo, non convenzionale, delle tecniche già presenti nei laboratori RSE di Piacenza per estrarre le informazioni necessarie dai materiali cresciuti.

Si è progettato un sistema di misura della corrente indotta da fascio elettronico (EBIC), montato sul microscopio elettronico a scansione (SEM), per lo studio dei centri di ricombinazione non-radiativa. Il sistema, dotato di micromanipolatori ad alta conducibilità è in grado di misurare correnti dell’ordine di 10-9 A, sull’intera area di un wafer da 4 o da 6 pollici. Il progetto rappresenta un’innovazione rispetto ai sistemi tradizionali, poiché rende possibile lo studio di interi wafer prima del processing e di tutti i dispositivi su di essi realizzati senza distruggerli. Con questo sistema sarà possibile una caratterizzazione completa dei difetti dei materiali cresciuti e della qualità delle interfacce.

Utilizzando il sistema di fotoluminescenza (PL) dotato di 3 laser di eccitazione a lunghezza d’onda diversa, si è studiata la correlazione tra interazione radiazione-materia e la profondità alla quale si origina il segnale di PL. In particolare nel caso di strutture costituite da diversi strati di vario spessore, si sono studiate le proprietà di ricombinazione radiativa in funzione della profondità. I risultati ottenuti saranno utilizzati per lo studio delle proprietà ottiche dei diversi strati che costituiscono le strutture epitassiali delle celle a tripla giunzione.