Analysis of electric property in silicon thin film by using Design of Experiment(DOE)

실험계획법(DOE)을 이용한 실리콘 박막의 전기적 특성 분석

미니탭(Minitab) 프로그램에 있는 실험계획법(Design of experiment)를 이용하여 박막실리콘 I-layer의 주효과 및 교호작용에 대한 연구를 실시하였다. I-layer의 주요 특성은 증착속도 및 전도도에 대하여 분석을 하였으며, 최종적으로 선택된 증착조건을 사용하여 비정질 실리콘 태양전지를 제조하여 확인 하였다. 실험설계는 2수준 5인자 완전설계요인법을 사용하였다. 분석결과 단막의 증착속도에 영향을 주는 주효과로는 Power와 E/S거리고 나타났으며, Power와 E/S거리, Power와 Pressure에서 큰 교호작용이 일어남을 확인 할 수 있었다. 암전도의 영향을 주는 주효과는 Sub. Temp.를 제외하고는 모두 영향을 주고 있었으며, 상당히 복잡한 교호작용을 이루고 있어 정확한 분석을 할 수는 없었다. 광전도도의 경우도 주효과에서 SiH4 flow rate를 제외하고는 모두 영향을 주고 있었으며, 복잡한 교호작용으로 정확한 분석이 어려웠다. 따라서 P-value를 분석하여 최종 R-제곱값이 증착속도는 97%이상의 높은 값을 얻었으나 전도도의 경우 최대차수 3차항으로 70~80%정도의 낮은 값을 얻었을 수 있었다. 낮은 값을 얻은 이유로는 실험설계시 몇몇 조건이 불안정한 plasma 상태로 인하여 전도도의 측정 편차가 커 분석오차가 높았을 것으로 추정된다. 암전도를 망소특성, 광전도도를 망대특성으로 광민감도 $10^5$으로 최적화 하여 비정질 태양전지를 만들어 평가한 결과 약 9%대의 광변환 효율을 얻을 수 있었으나 만족도 40%대의 낮은 값으로 향후 이와 관련한 더 정밀한 측정 및 분석이 요구된다.