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An acoustic setup for vibration analysis of silicon wafers
Stefan Mitterhofer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Viktor Schlosser
DOI
10.25365/thesis.31588
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30313.30738.929766-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kristallines Silizium ist mit 80% Marktanteil die vorrangige Technologie bei Photovoltaikanlagen. Verschiedene Stufen im Herstellungsprozess der Wafer können zu mechanischen Defekten und Fehlstellen führen. Deshalb sind Methoden zur Qualitätssicherung zunehmend gefragt, welche in den Herstellungsprozess integriert werden können.
Diese Masterarbeit untersucht die Einflüsse von Sprüngen in der Oberfläche der Wafer auf ihre Resonanzfrequenzen und resonanten Schwingungen mithilfe einer akustischen Messanordnung. Ein Lautsprecher wird zum Anregen der Oszillationen verwendet. Die dadurch verursachten Schallwellen werden mit einem Mikrofon gemessen.
Das mathematische Modell der Wafer sind dünne Platten, beschrieben von der Kirchhoff Plate Theory. Mithilfe der Finite-Element-Analyse werden die verschiedenen Schwingungen simuliert und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen.
Einzelne Sprünge ergeben keinen systematischen Einfluss auf die Messungen. Mehrere Sprünge führen zu stärkeren Schwingungen der Wafer, vor allem bei höheren Frequenzen. Der Grund liegt vor allem in Unterschieden der physikalischen Eigenschaften von Silizium in der Nähe der Fehlstellen, abhängig von deren Dichte und Anordnung. Weiters wurde eine höhere Leistung am Lautsprecher gemessen, während die bearbeiteten Wafer zum Schwingen angeregt wurden. Dies ermöglicht es, ihn als Messgerät zu verwenden.
Die Kirchhoff Plate Theory ist nicht geeignet für die Untersuchung von Fehlstellen in den Wafern, da sie die lokalen Unterschiede nicht mit einbezieht.
Abstract
(Englisch)
Crystalline silicon is the most common photovoltaic technology with about 80% of today's market share. Different stages of the manufacturing process are one source of microcracks and impurities in the wafers. Systems for quality control, which can be introduced into the manufacturing process, are therefore increasingly demanded.
This master thesis investigates the impacts of the wafer's surface cracks on its resonance frequencies and vibrations in an acoustic setup. A loudspeaker is used to induce oscillations in the wafers. The sound waves caused by these oscillations are measured with a microphone.
Mathematically the wafers can be seen as thin plates, described by the Kirchhoff Plate Theory. With finite element analysis the different oscillations are modelled and compared to the experimental results.
The measurements show no systematic impacts of single cracks on the oscillations. Multiple cracks yield stronger oscillations of the samples, especially at higher frequencies. The main reason are local differences of the physical properties of the material near the cracks, depending on their density and orientation. A higher power at the loudspeaker can be measured when inducing oscillations in the cracked wafers. Thus, it can be used as a measurement device.
It is shown, that the Kirchhoff Plate Theory is not viable for crack inspection of the wafers, because it does not account for local variations of the physical properties.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
silicon wafers resonant oscillations Kirchhoff Plate Theory cracks
Schlagwörter
(Deutsch)
Siliziumwafer resonante Schwingungen Kirchhoff Plate Theory Fehlstellen
Autor*innen
Stefan Mitterhofer
Haupttitel (Englisch)
An acoustic setup for vibration analysis of silicon wafers
Paralleltitel (Deutsch)
Eine akustische Messanordnung zur Untersuchung resonanter Schwingungen von Silizium-Wafern
Paralleltitel (Englisch)
An acoustic setup for vibration analysis of silicon wafers
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
III, 68 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Viktor Schlosser
Klassifikationen
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,
33 Physik > 33.62 Mechanische Eigenschaften, akustische Eigenschaften, thermische Eigenschaften
AC Nummer
AC12002269
Utheses ID
28086
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |