表面復(fù)合對(duì)少子壽命測(cè)量影響的定量分析

1、表面復(fù)合對(duì)少子壽命測(cè)量影響的定量分析我們測(cè)量硅單晶、鑄造多晶以及單晶硅片、多晶硅片的少子壽命，都希望得到與真實(shí)體壽命相接近的測(cè)量值（表觀壽命），而不是一個(gè)受表面影響很大的表面復(fù)合壽命。因?yàn)樵趬勖鼫y(cè)量中只有才能真正反映半導(dǎo)體材料的內(nèi)在質(zhì)量，而表面復(fù)合壽命只能反映樣品的表面狀態(tài)，是隨表面狀態(tài)變化而變化的變數(shù)。通過(guò)儀器測(cè)量出的壽命值我們一般稱為表觀壽命，它與樣品體壽命及表面復(fù)合壽命有如下關(guān)系，公式（1）由SEMI MF28-0707給出的計(jì)算公式t0 =（t0或表示體壽命）推演出來(lái)： （1）即儀器測(cè)量值，它實(shí)際上是少子體壽命和表面復(fù)合壽命的并聯(lián)值。光注入到硅片表面的光生少子向體內(nèi)擴(kuò)散，一方面被體內(nèi)的

2、復(fù)合中心（如鐵原子）復(fù)合，另一方面擴(kuò)散到非光照面，被該表面的復(fù)合中心復(fù)合。光生少子在體內(nèi)平均存在的時(shí)間由體復(fù)合中心的多少而決定，這個(gè)時(shí)間就稱為體壽命。如果表面很完美，則表面復(fù)合壽命趨于無(wú)窮大，那么表觀壽命即等于體壽命。但實(shí)際上的表面復(fù)合壽命與樣品的厚度及表面復(fù)合速度有關(guān)。由MF1535-0707中給出 （2）可知，其中：=少子從光照區(qū)擴(kuò)散到表面所需的時(shí)間=少子擴(kuò)散到表面后，被表面（復(fù)合中心、缺陷能級(jí)）復(fù)合所需要的時(shí)間樣品厚度 D少子擴(kuò)散系數(shù)，電子擴(kuò)散系數(shù)Dn=33.5cm2/s，空穴擴(kuò)散系數(shù)Dp=12.4 cm2/sS表面復(fù)合速度，單位cm/s硅晶體的表面復(fù)合速度隨著表面狀況在很大范圍內(nèi)變化。

3、如表1所示：表1表面狀態(tài)HF酸中剝離氧化層后的表面仔細(xì)制備的熱氧化硅表面良好拋光面線切割面(?)研磨面，復(fù)合速度飽和表面復(fù)合速度01110 102103104105106107據(jù)文獻(xiàn)記載，硅拋光面在HF酸中剝離氧化層后復(fù)合速度可低至0.25cm/s，仔細(xì)制備的干氧熱氧化表面復(fù)合速度可低至1.5-2.5cm/s，但是要達(dá)到這樣的表面狀態(tài)往往不容易，也不穩(wěn)定，除非表面被鈍化液或氧化膜保護(hù)。一般良好的拋光面表面復(fù)合速度都會(huì)達(dá)到 104 cm/s，最容易得到而且比較穩(wěn)定的是研磨面，因?yàn)樗谋砻鎻?fù)合速度已達(dá)到飽和，就像飽和濃度的鹽水那樣，再加多少鹽進(jìn)去濃度依然不變?，F(xiàn)在很多光伏企業(yè)為了方便用切割片直接測(cè)

4、量壽命，即切割后的硅片不經(jīng)清洗、拋光、鈍化等減少和穩(wěn)定表面復(fù)合的工藝處理，直接放進(jìn)壽命測(cè)試儀中測(cè)量，俗稱裸測(cè)，這種測(cè)量簡(jiǎn)單、方便、易操作。為了定量分析表面復(fù)合對(duì)測(cè)量值的影響，我們以最常用厚度為180m的P型硅片為例進(jìn)行定量分析。因?yàn)榍懈蠲鎸?shí)質(zhì)上也是一種研磨面，是金屬絲帶動(dòng)漿料研磨的結(jié)果，一般切割、研磨面的表面復(fù)合速度為S=107cm/s，但線切割的磨料較細(xì)，我們將其表面復(fù)合的影響估計(jì)的最輕，也應(yīng)該是S105cm/s。因?yàn)榱己玫膾伖饷鍿104cm/s,我們按照2007版的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MF1535-0707、MF28-0707提供的公式：=，其中Rs是表面復(fù)合速率，表面復(fù)合壽命，由以上公式即可推演出常

5、用公式： 表面復(fù)合壽命我們以以下的計(jì)算結(jié)果來(lái)說(shuō)明，當(dāng)切割面的表面復(fù)合速度為S=105cm/s時(shí)，=180m厚的硅片當(dāng)它的體壽命由0.1S上升到50S（或更低、更高）時(shí)，我們測(cè)出的表觀壽命受表面影響的程度，以及真實(shí)體壽命與實(shí)測(cè)值相差多大，其計(jì)算值如表2所示：由=可得=0.09S，=可得=0.98S，則=0.98+0.09=1.07（S）,由（1）式可得=。表2（S）（S）（S）（S）0.10.09170.930.50.3480.9410.5290.95620.70100.9730.79201.0240.84301.0350.88401.0460.91501.05從計(jì)算結(jié)果可以看出，體壽命在5S以

6、下的硅片實(shí)測(cè)值可以發(fā)現(xiàn)相對(duì)壽命的明顯變化，而在體壽命5S后，測(cè)量值的變化較小，則進(jìn)入偏離真實(shí)體壽命值很大，相對(duì)變化又很小的檢測(cè)“盲區(qū)”。以上情況是硅片裸測(cè)時(shí)必須非常注意的。我們測(cè)量少子壽命時(shí)往往會(huì)感到材料參數(shù)的測(cè)量值偏差會(huì)較大，因此我們一下子不能馬上測(cè)得一個(gè)體壽命的絕對(duì)準(zhǔn)確數(shù)，但也應(yīng)該盡量爭(zhēng)取做到相對(duì)準(zhǔn)確，在裸測(cè)硅片少子壽命時(shí)準(zhǔn)確度很差，而且硅片數(shù)量多，容易損壞，因此在切片之前盡量用單晶硅塊、錠、棒來(lái)測(cè)量壽命，既準(zhǔn)確又省工。這里還要提到按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的分工，測(cè)硅塊不宜采用微波反射法，這是因?yàn)槲⒉ǚü獠ㄩL(zhǎng)短，貫穿深度淺（30S），反射時(shí)受表面損傷的影響很大，因此得到的往往是偏低很多的壽命值

7、，容易誤判單晶或多晶的質(zhì)量，建議使用直流光電導(dǎo)和高頻光電導(dǎo)法測(cè)量。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明測(cè)量塊狀晶體少子壽命時(shí)，隨著波長(zhǎng)的減小，壽命測(cè)量也在減小，測(cè)量壽命對(duì)比表如表3：表3壽命測(cè)量結(jié)果對(duì)比單位：s單位：s儀器型號(hào)WT-1000LT-1C備注光源波長(zhǎng)0.904m0.905m0.940m1.07mN型 43cm 片厚1.08mm68.8475西安測(cè)P型 1.8cm 片厚 3mm23.6223N型 63cm 片厚10mm69.3267.26075120 180N型 42cm 片厚10mm108.09112 106130 180250 300樣片（帶鋸切割片）厚3mmA2.112.494.6 5.4上海測(cè)B3.14 3.918.8 10.812C1.45 1.664.0 4.8研磨片 56.47cm39.2360廣州昆德測(cè)研磨片 57cm85.6450研磨片 145.6cm28.890研磨片 50.28cm40.2320研磨片 19cm 厚1.5mm0.272.18320因?yàn)樵趬K