氧杂质对单晶硅有什么影响?什么是
氧是单晶硅中的主要杂质,是直拉单晶硅中不可避免的杂质,它主要来源于石英坩埚的污染。氧可以与空位结合,形成缺陷,也可以团聚形成氧团族,具有电学性能,还可以形成氧沉淀,引入诱生缺陷,这些都可能对单晶硅太阳能光伏电池的性能产生影响。 当直拉单晶硅在300〜500°C热处理时,会产生与氧相关的施主效应,此时,N型晶体硅的电阻率下降,P型晶体硅的电阻率上升。施主效应严重时,甚至能使P型晶体硅转变成N 型晶体硅,这种与氧相关的施主称为热施主。 当热施主浓度较高时。会直接影响晶体硅的载流子浓度,从而影响集成电路或太阳能光伏电池的性能。氧在硅中要析出,除了氧热施主以外,氧析出的另一种形式是氧沉淀。在晶...全部
氧是单晶硅中的主要杂质,是直拉单晶硅中不可避免的杂质,它主要来源于石英坩埚的污染。氧可以与空位结合,形成缺陷,也可以团聚形成氧团族,具有电学性能,还可以形成氧沉淀,引入诱生缺陷,这些都可能对单晶硅太阳能光伏电池的性能产生影响。
当直拉单晶硅在300〜500°C热处理时,会产生与氧相关的施主效应,此时,N型晶体硅的电阻率下降,P型晶体硅的电阻率上升。施主效应严重时,甚至能使P型晶体硅转变成N 型晶体硅,这种与氧相关的施主称为热施主。
当热施主浓度较高时。会直接影响晶体硅的载流子浓度,从而影响集成电路或太阳能光伏电池的性能。氧在硅中要析出,除了氧热施主以外,氧析出的另一种形式是氧沉淀。在晶体生长完成后的冷却过程和硅器件加工过程中,单晶硅要经历不同的热处理过程。
在低温热处理时,过饱和的氧一般聚集形成氧施主;但在相对高温热处理或多步热处理循环时,过饱和的氧就析出形成氧沉淀。与热施主不同,一般认为氧沉淀没有电学性能,对直拉单晶硅的载流子浓度没有影响。但会产生位错和层错等影响,从而产生P-N结的软击穿、漏电等,对集成电路或太阳能光伏电池的性能产生极为不利的影响。
单晶硅中氧的来源有两个。① 来源于原料。氧在固态硅中的溶解度为(2。75±0。15)X1018cm3,熔体硅中的溶解度。② 石英坩埚对单晶硅的氧污染是十分严重的,在1420°C以上高温下,硅熔体与石英坩埚发生化学反应,反应结果,是石英坩埚上生长一层固体的一氧化碳,并且不断溶解于熔硅中,使单晶硅的氧含量增高。
氧在单晶硅中会与硼形成一种硼氧复合体。硼氧复合体会使太阳能光伏电池产生效率衰退现象。目前,单晶硅太阳能光伏电池的最高效率为24。7%,但这是利用低氧的区熔单晶硅制造的,而直拉单晶硅最高的太阳能光伏电池的效率只有20%左右。
氧是单晶硅中的有害杂质,所以要加以控制,从而降低单晶硅中氧的浓度。直拉单晶硅中的氧浓度受多方面的影响,包括:熔硅中的热对流;熔硅与石英坩埚的接触面积;晶体生长时的机械强制对流;氧化硅自熔硅表面的蒸发;氧与晶体中点缺陷的作用。
对于直拉单晶硅中的氧杂质的控制,可以通过精细的操作工艺和外加磁场来达到。氧在单晶硅中虽有害,但也有有利的一面。人们发现,氧的沉淀可以吸除单晶硅中的金属杂质。后来人们就利用氧的这种特性来去除单晶硅中的金属杂质,这一方法就是所说的内吸杂工艺。
内吸杂工艺常在集成电路制造工艺中使用,它能有效地吸除硅片表面的金属沾污,有利于提高集成电路的成品率。收起