多晶檢測簡介

1、多晶硅塊檢測簡介 2010.12.11目錄一.硅的性質(zhì)二.多晶硅塊的檢測項(xiàng)目三.影響少子壽命的主要因素2一、硅的性質(zhì)1、硅的物理性質(zhì)2、硅的化學(xué)性質(zhì)3、硅原料處理流程31、硅的物理性質(zhì)a.固體密度：2330 kg/m3b.溶體密度：2500 kg/m3 c.硬度值：6.5d.晶體結(jié)構(gòu)：面心立方e.熔點(diǎn): 1414 硅的晶體結(jié)構(gòu)42、硅的化學(xué)性質(zhì) 硅在地殼中的含量居第二位約為26，僅次于氧，所以說是遍地皆硅，原子量為28.0855 價(jià)電子排布3s2 3p2, 氧化價(jià)4。硅是硬脆性的，比玻璃要硬。在自然界中硅是以化合物形式存在，例如石英石，白崗巖中都含有硅。常溫下，只與堿、氟化氫、氟氣反應(yīng)，不與硫

2、酸、鹽酸、硝酸等反應(yīng)。反應(yīng)方程式 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2F2=SiF4 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O53、硅原料處理流程硅料打磨分選酸洗堿洗超聲波清洗烘干冷卻包裝硅料6二.多晶硅塊的檢測項(xiàng)目 1.導(dǎo)電類型 2.電阻率 3.少子壽命 4.紅外探傷 71、導(dǎo)電類型測試導(dǎo)電類型是一個(gè)重要的基本電學(xué)參數(shù),根據(jù)多晶鑄錠時(shí)所摻雜的元素,可以將多晶劃分為P型和N型兩大類.P型多晶中多數(shù)載流子是空穴,它主要是依靠空穴來導(dǎo)電;因此P型半導(dǎo)體又可稱為空穴半導(dǎo)體;N型半導(dǎo)體則相反。P型：摻入硼，鎵元素或合金。N型：摻入磷，砷元素或合金。8 在樣品

3、上壓上三個(gè)探針,針距在0.151.5mm的范圍內(nèi)在探針1和探針2之間通過限流電阻接上624V(一般為12V)的交流電源,在探針2和探針3之間接檢流計(jì).根據(jù)檢流計(jì)指示偏轉(zhuǎn)的方向就可以判定半導(dǎo)體的樣品是P型還是N型.三探針測導(dǎo)電類型的原理:9 PN結(jié):P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體相互接觸時(shí)，其交界區(qū)域稱為PN結(jié)。 P區(qū)中的自由空穴和N區(qū)中的自由電子要向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，造成正負(fù)電荷在PN結(jié)兩側(cè)的積累，形成電偶極層。電偶極層中的電場方向正好阻止擴(kuò)散的進(jìn)行。當(dāng)由于載流子數(shù)密度不等引起的擴(kuò)散作用與電偶層中電場的作用達(dá)到平衡時(shí)，P區(qū)和N區(qū)之間形成一定的電勢差，稱為接觸電勢差。10 由于P區(qū)中的空穴向N區(qū)擴(kuò)散后與N區(qū)

4、中的電子復(fù)合，而N區(qū)中的電子向P區(qū)擴(kuò)散后與P區(qū)中的空穴復(fù)合，這使電偶極層中自由載流子數(shù)減少而形成高阻層，故電偶極層也叫阻擋層，阻擋層的電阻值往往是組成PN結(jié)的半導(dǎo)體的原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。 112、電阻率測試摻硼電阻率為13cm摻鎵的電阻率0.56cm。(單晶)摻入硼多，電阻率就低。反之則高。可根據(jù)摻雜計(jì)算, 知道加入的硼量12電阻率測試原理(渦流法): 樣品放置在對中的傳感元件或換能器之中，換能器為施加高頻磁場的高磁導(dǎo)率的磁體。硅在高頻磁場中產(chǎn)生感生電流，此電流的流通方向呈閉合漩渦狀，稱渦電流或渦流。樣品中的渦流消耗能量，為保持高頻振蕩器的電壓不變，高頻電流將增加。樣品電阻越低，高頻電

5、流的增量越大，呈反比。測量電流值，可以獲得樣品的方塊電阻或電阻率。13電阻率測試原理示意圖控制器渦流傳感器高頻線圈143、少子壽命 對于P型半導(dǎo)體硅材料而言,產(chǎn)生非平衡載流子的外界作用撤除以后,它們要逐漸衰減致消失,最后載流子濃度恢復(fù)到平衡時(shí)的值,非平衡少數(shù)載流子的平均生存時(shí)間稱為非平衡少數(shù)載流子的壽命,簡稱少子壽命. 單位 (微秒)。我們公司硅片的少子壽命值為1.2微秒以上，硅塊取值是在2微秒以上。S15少子壽命的測試原理 微波光電導(dǎo)衰退法(Microwave photoconductivity decay)測試少子壽命，主要包括激光注入產(chǎn)生電子-空穴對和微波探測信號這兩個(gè)過程。904nm

6、的激光注入（對于硅，注入深度大約為30m）產(chǎn)生電子-空穴對，導(dǎo)致樣品電導(dǎo)率的增加，當(dāng)撤去外界光注入時(shí)，電導(dǎo)率隨時(shí)間指數(shù)衰減，這一趨勢間接反映少數(shù)載流子的衰減趨勢，從而通過微波探測電導(dǎo)率隨時(shí)間變化的趨勢就可以得到少數(shù)載流子的壽命。16少子壽命測試圖像174、紅外探傷儀 紅外探傷儀的測試原理: 衍射（Diffraction）又稱為繞射，波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象，一切波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象。 紅外線由紅處光源發(fā)出，透射過硅塊后，由紅外相機(jī)探測透射過來的紅外光線強(qiáng)度。缺陷核心對紅外射線有吸收、反射、散射作用，導(dǎo)致紅外射線的損失通過圖像上的明暗差異，可以借此確定雜質(zhì)

7、的位置。 18紅外探傷儀測試的原理平面圖紅外相機(jī)晶棒紅外光源工控機(jī)光源驅(qū)動(dòng)19三、影響少子壽命的主要因素1、位錯(cuò)2、碳含量過多3、氧含量過多4、微晶5、雜質(zhì)過多201、位錯(cuò)在多晶鑄錠過程中,由于熱應(yīng)力的作用會導(dǎo)致位錯(cuò)的產(chǎn)生.另外,各種沉淀的生成及由于晶格尺寸的不匹配也會導(dǎo)致位錯(cuò)的產(chǎn)生.這些位錯(cuò)本身就具有懸掛鍵,存在電學(xué)活性,降低少數(shù)載流子的壽命.而且金屬在此極易偏聚,對少子壽命的降低就更加嚴(yán)重。212、碳含量太陽電池的碳含量要求是小于1ppm（5 x 1016 即1ug/mL）碳會影響太陽電池的質(zhì)量，碳的分凝系數(shù)為0.07，所以硅熔體中絕大部分的碳集中在堝底。堝底料過多是不好的。多晶硅中的碳作

8、為鑄造多晶硅中的另外一種雜質(zhì)，其熱化學(xué)反應(yīng)： SiO2 +2 C = 2CO + Si 主要來源于石墨熱場的沾污，處于替代位置上的碳對材料的電學(xué)性能并無影響，但是當(dāng)碳的濃度超過其溶解度很多時(shí)，就會有沉淀生成，誘生缺陷，導(dǎo)致材料的電學(xué)性能差，在快速熱處理時(shí)，就會有沉淀生成，誘生缺陷，導(dǎo)致材料的電學(xué)性能變差。223、氧含量 氧含量應(yīng)1 x 1018。氧是多晶硅中的一種非常重要的雜質(zhì)，它主要來源于石英坩堝的沾污。在硅的熔點(diǎn)溫度下，硅和二氧化硅發(fā)生如下熱化學(xué)反應(yīng) SiO2+Si = 2SiO SiO 被硅熔體中的熱對流帶至坩堝中心的過程中，99%的SiO蒸發(fā)了，僅1的SiO進(jìn)入晶體中，形成了硅中的氧含

9、量。這樣在鑄錠多晶硅過程中，從底部到頭部，從邊緣到中心，氧濃度逐漸降低，雖然低于溶解度的間隙氧化并不顯電學(xué)活性，但是當(dāng)間隙氧的濃度高于其溶解度時(shí)，就會有氧施主、熱施主和氧沉淀生成，進(jìn)一步產(chǎn)生位錯(cuò)、層錯(cuò)。從而成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心。溫度越高產(chǎn)生的SiO越多，坩堝的熔蝕量就越大。234、微晶微晶的產(chǎn)生：1、由于雜質(zhì)過多引起的組份過冷。2、長晶速度過快245、雜質(zhì)雜質(zhì)分為貴金屬、重金屬。貴金屬包括金、銀。重金屬如銅、鐵等。由于鐵的分凝系數(shù)較小，在結(jié)晶的過程中，鐵原子不斷向硅錠頂部聚集，從而也導(dǎo)致頂部鐵濃度較高。也由于鐵具有較大的固相擴(kuò)散和擴(kuò)散速度，所以坩堝以及氮化硅保護(hù)層中和原材料中所包含的金屬雜質(zhì)則成為硅錠底部處鐵的主要來源。頂部雜質(zhì)25附：開方后硅塊