硅基本概念與計算

l 晶向概念，不同晶向的性質(zhì)如何，不同晶向適合生產(chǎn)哪些不同的產(chǎn)品l 單晶缺陷，這些缺陷是如何產(chǎn)生的。l 硅棒拉制方法，不同拉制方法的工藝區(qū)別，優(yōu)缺點比較，不同的拉制方法應用在哪些不同的產(chǎn)品上。l 如何計算摻雜，雜質(zhì)在硅棒拉制中的分布，對電阻率、少子壽命等參數(shù)有怎樣的影響。l 拉制單晶的多晶硅如何選擇，有什么要求。l 拉制單晶時的氧原子、碳原子是如何產(chǎn)生的。氧原子、碳原子對單晶有什么影響，對后續(xù)生產(chǎn)有什么影響。l 熱處理后電阻率會有什么變化晶體：自然界的物質(zhì)，分為晶體與非晶體兩大類。宏觀性質(zhì)看，晶體與非晶體主要有三個方面的區(qū)別：1、晶體有規(guī)則外形；2、晶體具有一定的熔點；3、晶體各向異性。晶體概念：晶體是由原子、分子或離子等在空間按一定規(guī)律排列組成的。這些粒子在空間排列具有周期性、對稱性。硅晶體有單晶和多晶兩種形態(tài)。單晶中，原子都按一定規(guī)則排列，多晶則是由許多不同取向的小粒單晶雜亂排列而成的?？臻g點陣：為了研究晶體中原子、分子或離子的排列，把這些微粒的重心作為一個幾何點，叫做結(jié)點（或格點），微粒的分布規(guī)律用格點表示。晶體中有無限多在空間按一定規(guī)律分布的格點，稱為空間點陣。晶列：空間點陣中，通過兩個格點作一條直線，這一直線上一定含有無數(shù)格點，這樣的直線叫晶列，晶體外表的晶棱就是晶列?；ハ嗥叫械木Я薪芯Я凶澹粋€晶列族里包含晶體全部格點。晶面：通過不在同一晶列的三個格點作一平面，這平面上必包含無數(shù)格點，這樣的平面叫網(wǎng)面，也叫晶面。晶體外表所見的晶面（解理面）就是網(wǎng)面。晶格：在空間點陣中，不同的三個晶列族分空間為無數(shù)格子，稱為網(wǎng)格，又叫晶格。晶胞：組成空間點陣最基本的單元叫晶胞。晶胞反映整個晶體的性質(zhì)。很多晶胞在空間重復排列起來就得整個晶體。不同的晶體，晶胞型式不同。硅晶體是金剛石結(jié)構(gòu)，晶胞是正方體，八個頂點和六個面的中心都是格點，每條空間對角線上距頂點四分之一對角線長的地方各有一個格點，晶格常數(shù)為5.43(1=10-8cm即=10-7mm)，單位晶胞占有的原子數(shù)為：8金剛石結(jié)構(gòu)致密度差，所以，雜質(zhì)在硅中擴散和硅原子自身擴散比較容易，熔硅凝固時體積增大。晶體各晶列族各晶面族格點密度不同，因此晶體表現(xiàn)出各向異性。晶體生長中，常用到晶面和晶向。為了討論方便，我們采用密勒（Miller）指數(shù)符號。來表示不同的晶面、晶向。具體方法：晶面指數(shù)：在密勒指數(shù)中，選取X、Y、Z平行于晶胞的三條棱，標出一個晶面，必須指出它在X、Y、Z三條軸上的截距，然后取截距的倒數(shù)并乘以最小公倍數(shù)，截距倒數(shù)便有h/n、k/n、l/n的形式，把整數(shù)hkl括入圓括號，這樣就得到晶面指數(shù)（hkl）。為了說明此方法我們以圖為例：標出立方晶系中的一些晶面（a）表示X、Y、Z軸上截距分別為一個單位長度坐標。即（1，1，1）的平面其倒數(shù)值仍是1、1、1，每個值都已經(jīng)是最低整數(shù)了，叫此面為（111）晶面。（b）表示X、Y、Z軸上截距分別為1、1和的平面，截距的倒數(shù)為1、1、0，此面稱（110）晶面。（c）表示截距分別為1/2、-1/3和1的晶面，截距倒數(shù)是2，1，此面稱為（21）晶面。用 表示，叫 晶面簇。它包括了一切具有相同晶面特性的晶面。如：用100表示，叫100晶面簇。它包括（100），（00），（010），（00），（001），（00）各晶面。晶向指數(shù)：為了標出晶向，通過坐標原點作一直線平行于晶面的法線方向，根據(jù)晶胞的棱長決定此直線的坐標，把坐標化成簡單的整數(shù)比。用 括起來，稱為晶向指數(shù)。例如某一組坐標x=1，y=-2，z=1/3，則晶向是31。對立方晶系，晶向具有與它垂直的平面相同的指數(shù)，如：X軸垂直于（100）面所以其晶向是100。為了表示一組相同的晶體類型的所有晶向，用把晶向指數(shù)括起來，叫晶向族。例如代表立方晶系中100、010、001、00、00、00各晶向。硅單晶常用晶向、晶面關(guān)系表晶向（生長方向）100110111211與(111)晶面夾角與111晶向夾角面間距：在晶體同一面族中，相鄰兩晶面間的距離為面間距面密度：同一晶面上，單位面積中的原子數(shù)為面密度。晶面指數(shù)不同的晶面族，面間距不同，原子的面密度不一樣。晶體中原子總數(shù)是一定的，面間距較小的晶面族，晶面排列密，晶面原子密度小；面間距較大的面族，晶面排列較稀，晶面原子密度大?？傊嬷笖?shù)高的晶面族，面間距小，原子面密度??；晶面指數(shù)低的晶面族，面間距大，原子面密度也大。硅晶體各不同晶面特性晶面面間距（）面密度（）單位面積 （100）2.004（每原子2）（110）2.83（每原子1）（111）大2.31（每原子1）小不同晶面的性質(zhì)差別：1、 面間距大的晶面族，容易劈裂開，也就是說晶體的解理面應該是面間距大的晶面。對硅晶體，（111）面就是解理面。2、 晶體生長時，各晶面指數(shù)不同，法向生長速度不同，對于硅單晶，（100）晶面法向生長速度最快，（110）晶面次之，（111）晶面最慢。所以自然生長的si晶體，外表面往往是（111）面。3、 硅的（111）面比（110）及（100）面容易拋光倒鏡面。4、 各晶面的腐蝕速度不同，（111）面 1.48um/min; （110）面 3.0um/min;（100）面 3.4um/min.5、熱生長sio2時，硅的氧化速率按（111）（110）（100）面的順序變化。這是由于在晶體表面上，（111）面si原子可提供的鍵密度最大，所以同氧結(jié)合的速度最快。對（111）面：在si與其他金屬共熔時，沿（111）面溶解最慢，所以在合金法 制造P-N結(jié)時，如果晶面是（111）面，就比較容易控制得到平整的結(jié)面。故在制造半導體器件時，常用晶向生長的晶體。對（100）面：雜質(zhì)的擴散速率，電子的晶面遷移率也都同晶面的方向 有關(guān)，如：（100）面的電子遷移率就比（111）面要高很多。這也就是目前部分大規(guī)模集成電路需要使用生長的si單晶的重要原因；及我們現(xiàn)在知道的太陽能電池用晶片也是晶體。缺陷 實際晶體的空間點陣和理想的空間點陣不同，它不完全有規(guī)則周期排列，而是點陣在排列上有這樣或那樣不規(guī)則性，存在著點陣畸變，偏離空間點陣。那些偏離點陣的結(jié)構(gòu)或地區(qū)通稱晶體缺陷。半導體缺陷在工程上分為原生缺陷和二次缺陷；半導體缺陷在類型上分為結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)缺陷；半導體缺陷在大小上分為微缺陷和宏觀缺陷；宏觀缺陷有：雙晶；晶界；位錯列陣；雜質(zhì)析出等。硅單晶中主要是微缺陷，下面介紹微缺陷。缺陷相對晶體尺寸或影響范圍大小，分為以下幾類：1、點缺陷： 空位 間隙原子等原子引起的點陣畸變-點缺陷。原子跑到空間點陣間隙中，這樣產(chǎn)生的空位稱為弗蘭克（pehkelb）空位，原子跑掉晶體表面去，這樣產(chǎn)生的空位稱肖脫基（Schottky）空位。2、 線缺陷： 位錯位錯是一種很重要的晶體缺陷。晶體的位錯是圍繞著的一條很長的線，在一定范圍內(nèi)原子都發(fā)生有規(guī)律的錯動，離開它原來平衡位置，所以叫位錯?；茀^(qū)中，原子滑移情況可以用一個矢量b描述。位錯滑移過的區(qū)域中，滑移面上的原子相對滑移面下面的原子移動距離的大小和方向是矢量b。b矢量叫位錯的柏格矢量，又叫滑移矢量。位錯有：刃型位錯 螺型位錯刃型位錯的柏格矢量垂直于位錯線，螺型位錯的柏格矢量平行于位錯線。位錯有兩種可能運動方式：位錯線在滑移面上的滑移運動和位錯線垂直滑移面的攀移運動。位錯滑移只擴大滑移區(qū)，攀移需要間隙原子或空位擴散，伴有質(zhì)量輸送。晶體中位錯一般在晶面原子相互約束力較弱的地方滑移。晶面間距離愈大，單位面積上的鍵數(shù)愈少，晶面間原子的約束力愈弱，晶面就愈容易相對滑移。滑移的方向一般是原子距離最小的晶列方向，每移動一個原子距離的整數(shù)倍，需要的能量最小，所以這樣的晶向往往是滑移方向。硅單晶是典型的金剛石結(jié)構(gòu)，并且是共價鍵結(jié)合，111面族面間距大，面密度大，111面族是硅單晶的主要滑移面。硅晶體在111面族上最容易滑稱，滑移方向一般為晶向族，晶向族上原子間距最小，因此，硅晶體主要在111面族的晶向族的方向上滑移。低溫時，位錯運動幾乎全是滑移運動。在一定溫度下，晶體中存在著一定數(shù)量的空位和間隙原子，由于點陣，熱運動和位錯相互作用，空位和間隙原子移到位錯處，使刃型位錯處的原子半平面邊界增加或者減少一行原子。這種由于空位或者間隙原子擴散使插入的附加原子半平面伸張或收縮的現(xiàn)象叫位錯的攀移運動。位錯除了滑移和攀移運動外還進位錯增殖。位錯如何產(chǎn)生：應力產(chǎn)生位錯晶體生長產(chǎn)生位錯的原因有：1、籽晶熔接 熱沖擊（熱應力）2、晶體生長過程中 機械震動，產(chǎn)生機械應力，晶格的結(jié)點會發(fā)生畸變，生成新位錯或按弗蘭克瑞德機構(gòu)從原有位錯增殖出新位錯。硅單晶生長中，熱應力也會產(chǎn)生位錯產(chǎn)生和進行增殖。生長系統(tǒng)的熱場決定著單晶內(nèi)部的溫度梯度，如果單晶生長動力小，硅原子強烈的振動使生長界面附近產(chǎn)生位錯，單晶內(nèi)部如果徑向溫度梯度較大，單晶各微區(qū)的熱膨脹率不同。晶體表面溫度低，膨脹率小，中間溫度高，膨脹率大。因此單晶表面受到擴張的應力，內(nèi)部受到壓縮應力，單晶內(nèi)部位錯受到應力作用按照弗蘭克瑞德機構(gòu)進行增殖。在熱應力較強時，晶體內(nèi)部即使沒有位錯，強大的熱應力也會使晶體產(chǎn)生新位錯并進行增殖。熔硅溫度的起伏和單晶生長速率的起伏，可以引起結(jié)晶界面上原子振動的變化，使原子排列偏離點陣，產(chǎn)生晶格畸變，形成位錯。硅單晶內(nèi)雜質(zhì)濃度過高，形成雜質(zhì)析出也容易產(chǎn)生位錯，硅單晶生長有雜質(zhì)析出時，形成一新固相，單晶逐漸冷卻，它們體積收縮率和形成的新相不同，硅和新固相交界處會產(chǎn)生足夠的應力，形成位錯；另一方面，單晶內(nèi)雜質(zhì)濃度高，使硅晶格變化較大，晶格常數(shù)的這種不均勻性可以形成足夠的應力，產(chǎn)生位錯。3、 單晶冷卻過程位錯產(chǎn)成單晶冷卻時，晶體表面和中心由于收縮率不同產(chǎn)生很大的應力，同時晶體表面存在溫度梯度，產(chǎn)生很強的熱應力，這些應力都足以使單晶界面生成新位錯，并使位錯按弗蘭克瑞德機構(gòu)增殖。上海交通大學材料科學基礎(chǔ)上海交通大學圖3.15弗蘭克-瑞德源的位錯增殖機制 圖3.15表示弗蘭克-瑞德源的位錯增殖機制。若某滑移面上有一段刃位錯AB，它的兩端被位錯網(wǎng)節(jié)點釘住不能運動?，F(xiàn)沿位錯b方向加切應力，使位錯沿滑移面向前滑移運動，形成一閉合的位錯環(huán)和位錯環(huán)內(nèi)的一小段彎曲位錯線。只要外加應力繼續(xù)作用，位錯環(huán)便繼續(xù)向外擴張，同時環(huán)內(nèi)的彎曲位錯在線張力作用下又被拉直，恢復到原始狀態(tài)，并重復以前的運動，絡(luò)繹不絕地產(chǎn)生新的位錯環(huán)，從而造成位錯的增殖位錯能夠改變載流子濃度。一般說來，N型硅單晶中位錯主要起受主作用，P型硅單晶中位錯起施主作用。位錯作為一個線電荷和空間電荷圓柱成為陷井和復合中心，嚴重影響少數(shù)載流子壽命，它作為復合中心使少數(shù)載流子壽命縮短。 位錯對遷移率也有影響，位錯線是一串受主，按受電子后，形成一串負電中心，由于庫侖力作用，在位錯線周圍形成一個圓柱形的正空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)內(nèi)存在電場，增強了電子散射，電子遷移率減小。 位錯附近存在應力場，雜質(zhì)沿位錯線迅速擴散?；蛘叱恋碓谖诲e線上，制造晶體管器件時，在p-n結(jié)處形成擴散管道或雜質(zhì)局部聚集，使p-n結(jié)整流特性變壞，產(chǎn)生局部擊穿或軟擊穿，當然，也可以利用有位錯單晶壽命短的特點，制造高速開關(guān)器件。3、面缺陷： 層錯 各種面缺陷的形成都和位錯形成有關(guān)，大部分由位錯的增殖、延伸、交錯形成。晶核是孿晶式晶核長大后由于溫度和機械振動的干擾都可以形成面缺陷，因此消除位錯的一切措施都可以消除面缺陷。4、體缺陷： 空洞 雜質(zhì)條紋 漩渦條紋硅單晶中氣孔（空洞）的形成機理簡述完美晶體：要生長出完美硅單晶，關(guān)鍵是在整個拉晶過程中始終保持空位和自由間隙原子的濃度近似相等。在這種條件下，硅中的兩種點缺陷在固液界面附近迅速復合，形成近似完美的晶體結(jié)構(gòu)。其方法之一就是控制硅單晶的生長參數(shù)V/G(V:生長速度；G:界面縱向溫度梯度)，使V/G的徑向變化不超過臨界值（V/G=0.14mm2/min 0C）的10%。但是，這種方法不僅要求較低的拉速并且要求嚴格地控制生長參數(shù)，使得生產(chǎn)成本大大提高，生產(chǎn)效率大大降低。空位缺陷：空洞型缺陷 1、單型空洞：由111面組成的八面體空洞 2、雙型空洞：由兩個單型空洞以角或面連接構(gòu)成空洞型缺陷與V/G密切相關(guān)，當：V/G0.14mm2/min 0C時，硅單晶的微缺陷主要是空洞型原生缺陷，隨著V/G值的增加，空洞型缺陷的密度逐漸增加，尺寸逐漸減小。一般認為，在晶體冷卻過程中隨著離固液界面距離的增加，空位的過飽和度逐漸增加，在一定溫度下當過飽和度達到臨界飽和度的10倍時，空洞成核（？后面要說空位群核）并通過空位擴散而長大?？斩葱纬煞譃閮蓚€階段：1、 在1070-1100 0C的狹窄溫度區(qū)間內(nèi)，過飽和的空位快速聚集形成空洞并迅速長大；2、 在晶體冷卻過程中，在約900 0C附近，氧化膜開始在空洞內(nèi)壁生長，其生長速度受到硅中間隙氧原子擴散速度的限制。（這是一種說法：氧化膜內(nèi)壁空洞）無位錯硅單晶中最容易形成的微缺陷有兩種：1、 結(jié)構(gòu)型缺陷-空位群2、 雜質(zhì)缺陷-氫沉淀空位群：理想的完美晶體，每一個晶格點陣上都應當有一個Si原子，由于原子的熱運動。在一定的溫度，晶體中總是存在著空位，溫度低空位溶解度少，溫度高空位溶解度增加。在熔點時（14200C）晶體內(nèi)部空位的理論估計值為1.21013個/cm3-91015個/cm3當晶體冷卻時，這些空位應當隨著溫度下降而減少。減少的途徑有兩個：1、跑到晶體內(nèi)部的位錯上，在那里通過位錯攀移而湮滅；2、跑到晶體的表面，在那里消失。若單晶有位錯生長，此時空位隨溫度下降而很快減少。位錯密度只要約為1000個/ cm2，就足以吸收過剩的空位。若單晶是無位錯生長，隨著溫度下降，空位只能擴散到表面。當單晶以較快的速度冷卻時，大量的空位來不及擴散到晶體表面，在晶體內(nèi)部便造成了大量的過飽和空位。這些空位如果一群群的聚集起來，就形成了空位群。所以說：空位群就是空位的聚集。空位群晶格發(fā)生畸變產(chǎn)生內(nèi)部應力晶體的力學性能變差雜質(zhì)，特別是重金屬元素雜質(zhì)很容易在空位群上沉淀-電學性能變差空位群在有位錯單晶中可以擴散到位錯那里通過位錯攀移而湮滅。這樣就不會有空位群?？瘴蝗旱姆植寂c晶體的生長條件有關(guān)硅單晶的空位群密度和具體工藝條件有很大的關(guān)系：1、 與晶體中的雜質(zhì)如氧含量有關(guān)2、 與生長的結(jié)晶速度和冷卻速度有關(guān)14200C時，空位密度：1.21013個/cm3-91015個/cm3冷卻到室溫 A群密度 107個/cm3 （大的空位群） 一A群包含空位平均數(shù)1.2106個/cm3-9108個/cm3 B群密度=15A群 一B群包含的空位平均數(shù)8104個/cm3-6107個/cm3即空位群 包含的空位非常多?？瘴蝗涸诰w內(nèi)部的組態(tài)： 三種情況1、 在晶體內(nèi)部造成一個空洞，一般不穩(wěn)定要崩塌。2、 在晶體內(nèi)部形成一個層錯，層錯邊緣就是環(huán)形位錯。層錯相當于空洞逐漸變形成板狀。3、 在晶體內(nèi)部形成“海綿體”，就是說這么多空位并不是統(tǒng)統(tǒng)連在一起。只是每隔幾個晶格有一個空位，空位分布是有規(guī)律的，形成超晶格結(jié)構(gòu)。因此，這里的晶體組織比較松散，有點像“海綿”。空位群對Si晶體的力學性能影響：1、 強度降低，易碎裂。 空位群晶格畸變應力雜質(zhì)易沉淀在空位群上晶格畸變大應力大2、 內(nèi)部有應力易引起位錯制作器件時，在高溫下（9000C-12000C）進行氧化和擴散，空位群上氧沉淀-晶格畸變應力位錯即：原來無位錯的Si片，制作器件后，反而出現(xiàn)大量位錯。空位群對Si材料電學性能影響：1、 空位群有載流子復合中心和散射中心作用。使壽命、遷移率下降；使器件放大系數(shù)降低，增大反向電流和正向壓降，降低截止頻率。2、 作器件熱處理時，產(chǎn)生層錯和環(huán)形位錯。3、 作器件熱處理時，引起雜質(zhì)沉淀，造成器件漏電流增大，擊穿電壓下降空位群主要是通過層錯、位錯、雜質(zhì)沉淀對器件的電學性能發(fā)生影響。空位群在晶體內(nèi)部的組態(tài)： 三種情況的第一條在晶體內(nèi)部造成一個空洞，氣孔（空洞）空位群了但：一般不穩(wěn)定要崩塌。氣孔（空洞）空位群了空位群形成的機理：Si晶體在一定的溫度就有一定數(shù)量的空位平衡濃度即溶解度。從溶體中生長的Si單晶，在熔點時有大的溶解度可溶大量的空位，隨著晶體的冷卻空位的平衡濃度下降即溶解度降低，那么過剩的空位就要擴散到晶體表面或擴散到晶體的位錯處在那里通過位錯攀移而消失。而對于無位錯Si單晶而言，只能擴散到表面消失?？瘴恍纬煽瘴蝗海嚎瘴痪奂癁榭瘴蝗?的過程，跟過剩水分子聚集為水滴一樣，是向著自由能下降的方向轉(zhuǎn)變，它是一定要自發(fā)的進行的客觀規(guī)律。跟人工降雨的道理一樣，空位要聚集成群-長大，形成空位群，一定要有“核”-空位群核空位群形成條件：1、 空位密度 過飽和2、 出現(xiàn)空位聚集核心“空位群核”3、 過?？瘴幌蜻@個核心靠攏、聚集形成空位群空位群的核心是什么？ 分析：1、 空位群的分布條紋和結(jié)晶前沿的腐蝕條紋即雜質(zhì)條紋一致，說明核內(nèi)一定有雜質(zhì)原子2、 空位群的密度與晶體的雜質(zhì) 氧含量有關(guān)得：核是幾個氧原子和幾個空位組成的復合體氧+空位空位群核長大空位群晶體生長參數(shù)對空位群形成的影響：1、冷卻速度 V=fdT/dy f=拉速 dT/dy=梯度 快 對空位擴散到表面 不利 慢 有利 快 對空位+氧復合體成核 不利 慢 有利2、晶體生長速率 旋轉(zhuǎn)回熔現(xiàn)象，因瞬間兩項 ，晶體大量捕獲空位，對空位群的形成有重大影響。消除旋轉(zhuǎn)回熔有利于消除空位群。工藝上怎么避免回熔現(xiàn)象吶？1、 力求熱場軸與晶體生長軸重合，熱場對稱2、 高拉速，低旋轉(zhuǎn)（未轉(zhuǎn)到高溫區(qū)已拉出液面）到這里說了 氣孔（空洞）應該是空位群了，見空位群在晶體中的三種組態(tài)第一條/在晶體內(nèi)部造成一個空洞。但 它是不穩(wěn)定的要崩塌。那么氣孔（空洞）是什么吶？再復習空位群的特性：易造成沉淀再復習無位錯硅單晶中最容易形成的微缺陷有兩種：1、 結(jié)構(gòu)型缺陷-空位群2、 雜質(zhì)缺陷-氫沉淀氫易在晶體內(nèi)部的位錯、空位群及其他晶體缺陷上沉淀。沉淀形狀與沉淀核心有關(guān)：沉淀在 位錯上 線狀 空位群上 空洞 空洞氣孔（空洞）=空位群的氫沉淀 有了氫沉淀的空位群形成的空洞就不易崩塌了。雜質(zhì)條紋 一般只在重摻雜單晶中熔硅中雜質(zhì)是飽和狀態(tài)，拉晶過程中如果溫度變化，由于分凝作用，雜質(zhì)出現(xiàn)過飽和，生長界面會極不穩(wěn)定，容易形成柵格結(jié)構(gòu)或雜質(zhì)液滴。液滴附著在生長界面上，形成雜質(zhì)析出。硅單晶中的雜質(zhì)條紋不但在雜質(zhì)平衡分凝系數(shù)較小的銻、磷、砷重摻單晶中產(chǎn)生，雜質(zhì)平衡分凝較大的硼重摻單晶也經(jīng)常出現(xiàn)。單晶生長界面凸向硅熔體時，從微觀角度看，生長界面成臺階狀，由于雜質(zhì)分凝和坩堝、籽晶旋轉(zhuǎn)，生長界面各處雜質(zhì)濃度不同，臺階凹處雜質(zhì)濃度較高，結(jié)晶過程中凹處可能被封閉，封閉部分凝結(jié)分凝出極少的雜質(zhì)單質(zhì)，由于單晶在旋轉(zhuǎn)中生長，生長界面經(jīng)化學腐蝕會顯示出間隔的條紋（雜質(zhì)條紋），條紋的間距d、單晶的拉速f和轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系：d=f/ (旋轉(zhuǎn)角速度)漩渦條紋 （簡稱漩渦）漩渦缺陷：實際上是無位錯硅單晶中過飽和的熱點缺陷凝聚形成的原生位錯回線或回線集團，而熱點缺陷就是空位或自由間隙原子。直拉硅單晶的漩渦缺陷大多在單晶的頭部或尾部或晶棒的邊緣部分出現(xiàn)。漩渦缺陷產(chǎn)生機理：晶體生長界面的局部回熔和組分過冷。局部回熔 會使晶體生長帶來大量的空位，使晶體空位過飽和；組分過冷 帶來雜質(zhì)液滴而使雜質(zhì)原子插入晶格，成為自由間隙原子。需要解釋的是：組分過冷是在重摻雜單晶生長中才會出現(xiàn)（主要是指有大量的分凝系數(shù)小的雜質(zhì)），重摻雜單晶生長溶體雜質(zhì)濃度大，尤其界面附近因不能及時擴散而富集形成富集層，致使界面附近富集層結(jié)晶凝固點降低，若溶體的縱向溫度梯度不夠足夠大，那么界面要保持結(jié)晶生長溫度要拉下來（要么足夠散熱，要么系統(tǒng)降溫），這樣在界面附近富集層內(nèi)就出現(xiàn)了實際凝固溫度低于凝固點溫度的現(xiàn)象而產(chǎn)生組分過冷。旋渦條紋（微缺陷），它嚴重影響大規(guī)模集成電路性能和成品率。大規(guī)模集成電路集成度高，器件生產(chǎn)工序多，經(jīng)過若干次熱處理。硅單晶中旋渦條紋形成位錯環(huán)、沉淀物、聚集物，容易損壞大規(guī)模集成電路。l 硅棒拉制方法，不同拉制方法的工藝區(qū)別，優(yōu)缺點比較，不同的拉制方法應用在哪些不同的產(chǎn)品上。從熔體中生長單晶當前的主要方法就是直拉法和區(qū)熔法，另外，基座法、片狀單晶生長法、蹼狀單晶生長法、鑄錠法，及我們的后道制作中用到的汽相、液相沉積法（外延法）等。（一）直拉法（CZ法）直拉法，也叫切克勞斯基（Czochralsik）方法，此法早在1917年由切克斯基建立的一種晶體生長方法，后來經(jīng)過很多人的改進，成為現(xiàn)在制備單晶硅的主要方法。用直拉法制備硅單晶時，把高純多晶硅放入高純石英坩堝，在硅單晶爐內(nèi)熔化；然后用一根固定在籽晶軸上的籽晶插入熔體表面，待籽晶與熔體熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶體便在籽晶下端生長。優(yōu)點：直拉法設(shè)備和工藝比較簡單，容易實現(xiàn)自動控制；生產(chǎn)效率高，易于制備大直徑單晶；容易控制單晶中雜質(zhì)濃度，可以制備低阻單晶。缺點：但用此法制備單晶硅時，原料易被坩堝污染，硅單晶純度降低，拉制高阻硅單晶（電阻率大于50歐姆厘米時），質(zhì)量很難控制；因雜質(zhì)分凝晶棒電阻率跨檔大，產(chǎn)品對檔合同成品率低。直拉法產(chǎn)品用途廣泛：太陽能、半導體器件的二、三級管、集成電路（IC）、處理器（CPU）等。（二）懸浮區(qū)熔法（區(qū)熔法，或叫FZ法）懸浮區(qū)熔法比直拉法出現(xiàn)晚，WGPfann1952年提，PHkeck等人1953年用來提純半導體硅，現(xiàn)在，區(qū)熔法正發(fā)展成為單晶硅生產(chǎn)的一種重要方法。懸浮區(qū)熔法是將多晶硅棒用卡具卡住上端，下端對準籽晶，高頻電流通過線圈與多晶硅棒耦合，產(chǎn)生渦流，使多晶棒部分熔化，接好籽晶，自下而上使硅棒熔化和進行單晶生長，用此法制得的硅單晶叫區(qū)熔單晶。優(yōu)點：區(qū)熔法不使用坩堝，污染少，經(jīng)區(qū)熔提純后生長的硅單晶純度較高，含氧量和含碳量低。高阻硅單晶一般用此法生長；因熔區(qū)小晶棒縱向電阻率跨檔小。產(chǎn)品對檔合同成品率高。缺點：大直徑工藝困難，生長拉速高晶體脆，若沒有中照（NTD）補充，晶體的斷面電阻率不均勻性（RRV）差。產(chǎn)品多用于大功率器件，可控硅等。（三）基座法：基座法是既象區(qū)熔法又象直拉法的一種拉制單晶方法。用卡具將多晶棒下端卡住，高頻線圈在多晶硅棒上端產(chǎn)生熔區(qū)，由上方插入籽晶，將籽晶慢慢向上提起，生長出單晶。優(yōu)點：單晶純度高，生長速度快，污染小能較好的控制電阻率。缺點：此法工藝不成熟，很難生長單晶及大直徑硅棒。產(chǎn)品多用于生產(chǎn)硅芯（多晶生長用的硅芯）（四）片狀單晶生長法（EFG法）片狀單晶生長法是近幾年發(fā)展的一種單晶生長技術(shù)。將多晶硅放入石英坩堝中，經(jīng)石墨加熱器加熱熔化，將用石墨或者石英制成的有狹縫的模具浸在熔硅中，熔硅依靠毛細管作用，沿狹縫升到模具表面和籽晶融合，用很快的速度拉出。生長片狀單晶拉速可達100毫米/分。片狀單晶生長法現(xiàn)在多采用橫向拉制。將有一平缺口的石英坩堝裝滿熔硅，用片狀籽晶在坩堝出口處橫向引晶，快速拉出片狀單晶。片狀單晶橫向拉制時結(jié)晶性能好，生產(chǎn)連續(xù)，拉速快，可達20厘米/分。優(yōu)點：片狀單晶表面完整，不須加工或少許加工就可制做器件；省掉部分切磨拋工藝，大大提高了材料的利用率。缺點：片狀單晶拉制工藝技術(shù)高，難度大，溫度控制非常精確，片狀單晶工藝技術(shù)目前處于研究階段。（五）蹼狀單晶生長法：蹼狀單晶生長法是在枝蔓上生長單晶的一種方法。利用雙晶枝蔓做籽晶。引晶時在枝蔓上長出長六邊形的所謂“扣子”，在拉力作用下，扣子的兩個夾角處長出兩根平行枝蔓，熔體在枝蔓中間在表面張力和重力作用下向下滑動，形成象鴨蹼狀單晶。優(yōu)點：蹼狀單晶表面光潔度好，不需切磨，材料利用率高。缺點：生長工藝復雜，工藝不成熟，目前處于研究階段。（六）鑄錠法用鑄錠法生長單晶是國內(nèi)外近幾年發(fā)展的一種生長硅單晶方法。它象金鑄錠一樣生長硅單晶。優(yōu)點：工藝程流程簡單，生長速度快，成本低。缺點：單晶質(zhì)量差，概念是單晶生長，實際根本生長不出單晶，只能是多晶。產(chǎn)品用于：制造太陽能電池器件。（七）氣相生長法氣相法生長單晶和三氯氫硅氫還原生長多晶相似。在適當溫度下，三氯氫硅和氫氣作用，在單晶籽晶上逐漸生長出單晶。優(yōu)點：氣相生長法工藝流程簡單，污染少，單晶純度較高。缺點：生長速度慢，周期長，生長條件不易控制，生長的單晶質(zhì)量較差。用途：在拋光硅片上生長一層很薄的單晶汽相外延，器件生產(chǎn)廠家用。（八）液相外延生長法用外延法生長單晶，有氣相外延和液相外延兩種方法。它們都是在一定條件下，在經(jīng)過仔細加工的單晶片襯底上，生長一層具有一定厚度，一定電阻率和一定型號的完整單晶層，這種單晶生長過程叫外延。通過氣相在襯底上生長外延層叫氣相外延，通過液相在襯底上生長外延層叫液相外延。優(yōu)點：外延生長可以改善單晶襯底表面性能，提高單晶電子特性。缺點：外延生長速度一般很慢。用途：器件生產(chǎn)廠家用。l 如何計算摻雜，雜質(zhì)在硅棒拉制中的分布，對電阻率、少子壽命等參數(shù)有怎樣的影響。固溶度概念：一般說來，一種元素在其他物質(zhì)中溶解有一定限度。某元素在某種物質(zhì)中的溶解度的大小和兩種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、分子間力的大小和類型有關(guān)。不同雜質(zhì)在硅中的固溶度差別很大。兩種元素原子半徑差別越大，溶解度越?。辉油鈱与娮訑?shù)差別越大，溶解度也越小。制備硅單晶摻的雜質(zhì)，必須考慮雜質(zhì)在硅中的固溶度。單晶硅的電阻率越低，越要摻在硅中固溶度大的元素。常用摻雜元素在硅中最大濃度雜質(zhì)元素硼（B）鋁（Al）鎵(Ga)磷（P）銻（Sb）砷（As）雜質(zhì)濃度原子/cm3310202.31018910182.810191.7101951019相應電阻率（cm）0.00050.0350.0120.00250.0040.0012擴散概念：雜質(zhì)溶解，雜質(zhì)原子不斷向四周散開，稱為擴散。微觀察分析表明，所謂擴散，是物質(zhì)內(nèi)部熱運動導致的原子或分子的遷移過程；宏觀觀察表明，在有濃度梯度、化學位梯度、應力梯度或其他梯度存在的條件下，借熱運動可以引起物質(zhì)宏觀定向輸送的過程稱為擴散。擴散不僅在氣體或液體中進行，在固體中也可以進行。蒸發(fā)概念：無論液體或者熔體，在合適的溫度下，溶劑和熔質(zhì)總是要蒸發(fā)，特別是在真空條件下，蒸發(fā)現(xiàn)象尤其顯著，因此，蒸發(fā)必定影響溶質(zhì)在溶液的分布和溶液的雜質(zhì)濃度。從分子運動的觀點看，液體表面的微粒以很大的速度運動，能夠克服表面層其它微粒的吸引，逸出液面相當遠的距離，超出了微粒作用的范圍，不再受表面微粒吸引，形成為蒸汽原子的現(xiàn)象叫蒸發(fā)。分凝概念：熔體各部分雜質(zhì)濃度相同，進行極其緩慢的所謂平衡冷卻。這樣固液兩相內(nèi)部雜質(zhì)原子通過擴散調(diào)整它們之間的濃度，但實際中不可能實現(xiàn)平衡冷卻而總有一定冷卻速度。由于固相中的雜質(zhì)原子擴散速度很小，濃度調(diào)整緩慢，先凝固的與后凝固的固相雜質(zhì)濃度不同，晶體中各處雜質(zhì)濃度不再均勻分布，有的地方雜質(zhì)濃度低，有些地方雜質(zhì)濃度高，這種由雜質(zhì)偏析引起的分凝現(xiàn)象叫分凝效應。我們稱二元系統(tǒng)固液兩相平衡時固相濃度和液相濃度的比為平衡分凝系數(shù)。 不同的物質(zhì)分凝系數(shù)不同，為了計算方便，在硅單晶生產(chǎn)中，一般平衡分凝系數(shù)K0用下列方式表示： Cs和CL為固相和液相的雜質(zhì)重量百分比濃度。以上兩定義本來相同，但是，由于固相硅和液相硅密度不同，所以約有百分之十的誤差。有效分凝概念：實際生產(chǎn)中結(jié)晶過程不可能無限緩慢，就是說不可能在平衡狀態(tài)中進行而總有一定的結(jié)晶速度。理論分析和實踐證明，同一熔體分凝系數(shù)大小和生長界面的推進速度（生長速度）及熔體的攪拌有關(guān)。生長界面以一定速度向前推進，雜質(zhì)的K0小于1，界面排斥這種雜質(zhì)，使其在界面附近的液相中聚集，如果雜質(zhì)排出的速度比雜質(zhì)在界面附近擴散速度快，界面附近液體中雜質(zhì)濃度會增多，形成一個具有一定厚度“”的雜質(zhì)富集層，即高雜質(zhì)濃度層。為了反映分凝實際情況用用效分凝系數(shù)K有效代替K0 Cs=K0Cj Cj界面溶液雜質(zhì)濃度 K有效=Cs/CL=K0Cj/CLK有效=K0Cj/CL反映了 K有效和K0的關(guān)系。某雜質(zhì)在溶液中的K0值目前已經(jīng)能非常準確測定，KL值可以從實驗中測得，但Cj無法測得，通過實驗手段來求 K有效非常困難，困此，采用數(shù)學模擬手法，建立微分方程，加入適當?shù)某跏紬l件，推得有效分凝系數(shù)Kl和平衡分凝系數(shù)K0的關(guān)系為 Kl=K0/K0+(1-K0)e- f/D f晶體生長速度（固液界面移動速度） D溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù) 溶質(zhì)邊界層厚度，在直接系統(tǒng)中，不考慮自然對流時，=1.6D1/31/6w-1/2 熔體的運動粘滯系數(shù)（硅的=310-3cm2/秒） w晶體轉(zhuǎn)動角速度對這個公式的理解，我們可以簡單化。即知道K有效f半導體內(nèi)含微量雜質(zhì)元素，半導體的電阻率將發(fā)生很大變化，這種變化從兩個方面考慮。一是施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)大大改變載流子濃度，使載流濃度增加；二是電離雜質(zhì)原子使載流子的遷移率減小。兩種變化作用相反，一個使電阻率減少，另一個使電阻率增加。一般情況下，雜質(zhì)使載流子濃度增加是主要的，起決定作用。電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系公式：=1/euN e =1.610-19庫倫 u:載流子遷移率 N：雜質(zhì)濃度硅的原子密度=51022原子/厘米3摻雜計算 先看例題：要拉制8英寸太陽能單晶參數(shù)為P型100電阻率0.5-3cm，要求晶體頭部最好控制在2cm?，F(xiàn)用20英寸熱場投料80Kg拉制。問：1、料的情況標識不準確，我們是先熔化完再結(jié)晶生長出一個小測樣小頭，檢測為N型5cm，我們應該摻母合金（即B+Si的P型合金，）多少？2、料的情況是A/多晶料20Kg；B/P型0.5-3cm 30Kg；C/N型5cm 30Kg，我們應該摻母合金（即B+Si的P型合金，）多少？解：查電阻率/單位原子密度表 得：P型2cm/6.95原子/厘米3N型5cm/2.70原子/厘米3 P型 /8.92原子/厘米3 解1： 解2：A B 不摻 C 2 m=1.95g+0+3.83g=5.78g下面是合金計算公式：1、 不考慮料的影響，即料的純度高，電阻率較目標高出很多。（一般配料預摻用） 公式： m:摻雜量 w:投料量 Cs:目標電阻率對應的雜質(zhì)濃度（查表） Kp:雜質(zhì)分凝系數(shù)（Kp硼 0.8-0.9；Kn磷 0.35-0.5。拉速高系數(shù)大；拉速低系數(shù)?。〤m:合金電阻率對應的雜質(zhì)濃度（查表）2、 有分凝，出小樣測得電阻率后，根據(jù)小樣電阻率、型號，計算合金摻雜量。公式： Co:出爐小樣電阻率對應雜質(zhì)濃度（查表） 公式中的（+/-）：同型號（-）；異型號（+）。 解釋：拉P型 ， 合金P型。a拉P型 ，小樣P型， 同型號，公式可等效為：b拉P型， 小樣N型，異型號， 公式為：3、 無分凝，根據(jù)原料提供電阻率，配料預摻。公式： CL :原料電阻率對應雜質(zhì)濃度（查表） 公式中的（+/-）：解釋：同型號（-）；異型號（+）。4、校正公式： :要校正到的摻雜量； ：目標電阻率 ：已摻雜量； ：現(xiàn)在的電阻率如果當即可補摻： 補摻5、 元素摻雜：公式： :投料量；：硅固密度 2.33g/cm3 A: 元素原子量， 磷 31 硼 10.8 G: 阿佛加德羅常數(shù) 6.023*1023個原子/摩爾雜質(zhì)在硅棒中是如何分布的：縱向分布：一般我們拉制的硅產(chǎn)品所用的摻雜元素在硅中的分凝系數(shù)都是1的，那麼在晶體生長過程中雜質(zhì)因分凝效應熔體的雜質(zhì)濃度會越來越來高，由Cs=K0CL 得晶體的雜質(zhì)濃度會越來越高。即晶體由縱向看電阻率是頭高尾低。當然，在揮發(fā)（蒸發(fā)效應）大時，電阻率的縱向分布是頭低尾高。徑向分布（斷面）：硅單晶生長過程中，熔體中雜質(zhì)的擴散、對流、蒸發(fā)、分凝、污染，影響電阻率的徑向分布，同時單晶硅生長界面狀態(tài)也會影響雜質(zhì)在硅單晶中的分布。不同的生長條件，硅單晶中徑向電阻率的均勻性不同。直拉法拉制硅單晶中，坩堝中的熔硅溫度近似對稱分布，靠近坩堝邊緣熔硅溫度高，中心熔硅溫度低，因此邊緣部的熔硅向中心流動，使坩堝邊緣含P型雜質(zhì)較高的熔硅向中心流動，同時P型雜質(zhì)向中心擴散。構(gòu)成一個邊緣到中心P型雜質(zhì)逐漸減小的負濃度梯度，拉制N型單晶，單晶徑向從邊緣到中心P型雜質(zhì)補償由大到小，因此，N型雜質(zhì)濃度由低到高，單晶徑向電阻率邊緣高中心低?？紤]熔體蒸發(fā)，坩堝中心部分熔體被單晶覆蓋，不能蒸發(fā)，邊緣部分不被單晶覆蓋，雜質(zhì)大量蒸發(fā)，使N型雜質(zhì)濃度降低，也會使熔體雜質(zhì)濃度由邊緣到中心逐漸增加，使單晶邊緣電阻率高于中心。P型單晶則變化相反，單晶邊緣電阻率低，中心電阻率高。坩堝P型污染及蒸發(fā)作用是使：N型晶體的斷面邊緣電阻率高于中心。P型單晶則變化相反，單晶邊緣電阻率低，中心電阻率高。由生長界面形狀看：單晶在生長時，最初散熱以傳導和肩部輻射為主，因此生長界面凸向熔體，換句話，就是單晶中心部分生長快，邊緣部分生長慢，因此，單晶中心部分有效分凝系數(shù)大于邊緣，使單晶的中心部分雜質(zhì)濃度高，電阻率低。頭部是中心電阻率低邊緣高；單晶的尾部散熱以表面輻射為主，生長界面凹向熔體，單晶的邊緣比中心部分生長快，因此，邊緣部分的有效分凝系數(shù)比中心部分大。邊緣部分的雜質(zhì)濃度比中心部分高，因此邊緣部分電阻率低。尾部是中心電阻率高邊緣低。 由此看來，只有平坦生長界面，單晶邊緣和中心部分的有效分凝系數(shù)才相等，雜質(zhì)濃度一致，電阻率均勻。 以上是單項分析，綜合來看單晶中徑向雜質(zhì)分布在單晶生長過程中既受分凝的影響，又受到蒸發(fā)和坩堝污染的影響。N型單晶的摻雜元素蒸發(fā)速度常數(shù)都較大，徑向電阻率受蒸發(fā)影響較大，拉晶時的真空度、坩堝和單晶比例影響單晶徑向電阻率的均勻性較大。拉P型單晶，P型摻雜元素的蒸發(fā)速度常數(shù)都很小，蒸發(fā)作用不顯著，真空度、坩堝和單晶比例影響較小，而硼的分凝系數(shù)較大，一般說來，P型單晶徑向電阻率均勻性好?？偟恼f來，硅單晶中摻雜元素的蒸發(fā)速度常數(shù)大，徑向電阻率均勻性差，摻雜元素的蒸發(fā)速度常數(shù)小，徑向電阻率均勻性較好；坩堝質(zhì)量高（指坩堝純度），單晶硅徑向電阻率均勻性好；單晶硅的生長界面平整電阻率均勻。電阻率的測量：四探針法測硅單晶電阻率，滿足下列條件后測量才較準確1、 硅單晶厚度和邊界必須大于4倍的探針距；2、 測量區(qū)域表面平整，測試硅單晶表面必須磨粗糙或經(jīng)過噴砂處理這樣電流注入的少數(shù)載流子很快復合，不影響電壓的測量；3、 四探針必須排成直線并與硅單晶有良好接觸，接觸點呈半球形，接觸半徑小于1/10探針距離。探針上加的壓力，一般為2公斤左右；4、 加入的恒定電流要適當，電流過大，使單晶發(fā)熱，單晶電阻率發(fā)生變化；（選擇合適的檔位）5、必須嚴格控制室溫（232）和相對濕度（65%），嚴防高頻干擾。摻雜濃度越高，晶體純度越低，壽命越低。壽命指標反應兩個晶體參數(shù)：1、純度；2、晶格完美。單晶硅中的非平衡少數(shù)載流子壽命（壽命）與其所含重金屬雜質(zhì)和晶格結(jié)構(gòu)的完整性有直接關(guān)系，它是反映硅單晶質(zhì)量的一個重要物理參數(shù)。壽命概念：在非零溫度下，半導體中電子-空穴對的產(chǎn)生與復合隨時都在發(fā)生，只不過在熱平衡狀態(tài)下，單位時間里產(chǎn)生與復合的電子-空穴對數(shù)相等，電子與空穴各自穩(wěn)定地保持其熱平衡密度不變而已。此時稱動平衡態(tài)。假如我們用某種方法（光注入或電注入）在半導體材料中引入多余的電子-空穴對，這便形成了與動平衡態(tài)不同的狀態(tài)，我們稱作為非平衡態(tài)。在非平衡態(tài)中，少數(shù)載流子源停止注入后，樣品中還存在著一定數(shù)量的多余載流子，他們的數(shù)量隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減。也就是說半導體材料按指數(shù)規(guī)律從非平衡態(tài)恢復到平衡態(tài)。它的數(shù)學表示式為：Pt=P0e-t/pPt-在t時刻尚存的非平衡少數(shù)載流子數(shù)目P0-在起始時刻即t=0時少數(shù)載流子數(shù)目t-停止注入后，開始計量的時間p-少數(shù)載流子從P0降低到Pt所需 馳豫的時間，稱少數(shù)載流子壽命。由數(shù)學表示式可見：少數(shù)載流子壽命是半導體從載流子密度的不平衡狀態(tài)恢復到熱平衡狀態(tài)的馳豫過程所需時間的量度。在這個過程進行到t=p時刻，剩下的額外載流子密度僅有其穩(wěn)定激勵時的1/e(常數(shù)e2.73)。一般情況下，半導體中的額外載流子密度小于多數(shù)載流子，但遠大于少數(shù)載流子密度。因此，額外載流子的注入或抽取對少數(shù)載流子密度的影響最大，熱平衡狀態(tài)的恢復主要是少數(shù)載流子熱平衡密度的恢復。這就是p總是被稱作少數(shù)載流子壽命的道理。復合方式：當激勵源撤掉后，額外載流子的消失通過以下三種途徑:1、 導帶電子與價帶空穴的直接復合；2、 通過復合中心的間接復合，復合中心即重金屬的深能級和缺陷等；3、 通過表面復合中心的復合。在這些復合過程中，載流子的能量主要通過三種形式來釋放：1、 發(fā)射光子，即所謂輻射復合；2、 發(fā)射聲子，即把能量傳遞給晶格振動，稱為多聲子復合；3、 激發(fā)另外的電子或空穴，即所謂俄歇復合。俄歇復合：半導體中，電子與空穴復合時把能量通過碰撞轉(zhuǎn)移給另一電子或空穴的復合過程叫俄歇復合。壽命測量：主要有直流光電導法，高頻光電導法，雙脈沖法、電橋法、光注入擴散長度法和光磁法等?，F(xiàn)在行業(yè)里主要用的是光電導衰減法的：直流光電導衰減法和微波光電導衰減法。測試原理：激發(fā)非平衡載流子，通過測試電導率的變化來測試少數(shù)載流子壽命。不同的是直流光電導的脈沖光波長1.1um;微波光電導的波長是0.904um.少子壽命測試的干擾因素：1、 陷阱效應影響脈沖光停止后，非平衡少數(shù)載流子將保持較高濃度并維持相當長的時間，光電導衰減曲線會出現(xiàn)一條長長的尾巴。在這段衰減曲線上進行測量將錯誤地導致壽命值增大。陷阱效應-陷阱（氧-硅復合體）俘獲載流子過段時間再放出，這樣就使測試顯示生生不息 時間很長。2、 表面復合影響實際我們用儀器測試壽命時，測試的壽命即表觀壽命與樣品的體壽命及表面壽命的關(guān)系式：其中= -樣品厚度；-表面復合速率。表面復合速率越大，表面壽命越小，對公式的影響越大。即對壽命測試的干擾越大。當表面復合速率很小，即，即0，故即=所以在對材料進行少子壽命測量前，必須要對材料進行鈍化處理，以減小表面復合速率。特別是小塊樣品，當表面積與體積之比很大時。鈍化：腐蝕鈍化-一般采用冰醋酸加HNO3加HF混合液定時沖洗，獲得光亮的鈍化表面。3、 注入量的影響測量時試樣電導率調(diào)幅必須很小，這樣，試樣上電勢差的衰減才等價于光生載流子的衰減。4、 光生伏特效應影響試樣電阻率不均勻會產(chǎn)生使衰減信號扭曲的光電壓-光生伏特效應。5、 光源波長的影響波長不同穿透試樣的深淺不同，即激發(fā)出載流子總數(shù)及分布不同，表面/總 就不同，那麼表面帶來的影響就不同。如微波光電導衰減法的波長為0.904um（比直流光電導衰減法的1.1波長?。臏y試對表面的鈍化要求就更高。6、 電場影響如果少數(shù)載流子被電流產(chǎn)生的電場掃出試樣的一端，少數(shù)載流子就不會形成衰減曲線。7、 溫度影響半導體中雜質(zhì)的復合特性受溫度強烈影響。8、 雜質(zhì)復合中心影響不同的雜質(zhì)中心具有不同的復合特性。少數(shù)載流子壽命與器件特性對少數(shù)載流子壽命有明顯依賴關(guān)系的器件特性，主要有雙極型器件的阻斷特性、導通特性及開關(guān)特性。此外，一些特殊用途器件，如太陽能電池之類的光電子器件，其光生電流和光生電動勢等特性也與少數(shù)載流子壽命有關(guān)。1、 阻斷特性壽命越長，其反向漏電流越小，阻斷特性越好。2、 導通特性壽命越長，電導調(diào)制作用越明顯，其大電流下的導通電阻就越小，導通壓降越低。3、 開關(guān)特性為了使功率開關(guān)器件具有較高的開關(guān)頻率，通常需要采用特別的工藝措施來降低其中的少數(shù)載流子壽命。4、 光電子器件的特性壽命越長，光生載流子密度就越高。就太陽能電池而言：1、短路電流密度也就越大；2、開路電壓越高；3、電池的I-U伏安特性“硬”。l 拉制單晶的多晶硅如何選擇，有什么要求。多晶硅：一般采用石英砂（SiO2）和焦碳（木炭或煙煤等）在高溫下還原制取工業(yè)硅-硅鐵。石英砂與焦碳一起放在高溫電爐中，在16001800的高溫下反應，制得工業(yè)硅。SiO2 + 3C 16001800 = SiC + 2CO2SiC + SiO2 16001800= 3Si + 2CO工業(yè)硅純度一般約為9599%。工業(yè)硅中含的主要雜質(zhì)有：鐵、鋁、鈣、鎂、銅、鈦、錫、鋅、磷、鎳、硼、碳等，多數(shù)是硅酸鹽或硅化物的形式混于工