多晶检测简介课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,一.硅的性质,二.多晶硅块的检测项目,三.影响少子寿命的主要因素,一、硅的性质,1、硅的物理性质,2、硅的化学性质,3、硅原料处理流程,1、硅的物理性质,a,.固体密度：2330 kg/m3,b,.溶体密度：2500 kg/m3,c.,硬度值：6.5,d.,晶体结构：面心立方,e.,熔点:1414,硅的晶体结构,2、硅的化学性质,硅在地壳中的含量居第二位约为26，仅次于氧，所以说是遍地皆硅，原子量为28.0855 价电子排布3s2 3p2,氧化价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，白岗岩中都含有硅。常温下，只与碱、氟化氢、氟气反应，不与硫酸、盐酸、硝酸等反应。,反应方程式,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,Si+2F2=SiF4,3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O,3、硅原料处理流程,硅料打磨,分选,酸洗,碱洗,超声波清洗,烘干,冷却,包装硅料,二.多晶硅块的检测项目,1.导电类型,2.电阻率,3.少子寿命,4.红外探伤,1、导电类型测试,导电类型是一个重要的基本电学参数,根据多晶铸锭时所掺杂的元素,可以将多晶划分为P型和N型两大类.P型多晶中多数载流子是空穴,它主要是依靠空穴来导电;因此P型半导体又可称为空穴半导体;N型半导体则相反。,P型：掺入硼，镓元素或合金。,N型：掺入磷，砷元素或合金。,在样品上压上三个探针,针距在0.151.5mm的范围内在探针1和探针2之间通过限流电阻接上624V(一般为12V)的交流电源,在探针2和探针3之间接检流计.根据检流计指示偏转的方向就可以判定半导体的样品是P型还是N型.,三探针测导电类型的原理:,PN结:,P,型半导体与N型半导体相互接触时，其交界区域称为PN结。,P区中的自由空穴和N区中的自由电子要向对方区域扩散，造成正负电荷在PN结两侧的积累，形成电偶极层。电偶极层中的电场方向正好阻止扩散的进行。当由于载流子数密度不等引起的扩散作用与电偶层中电场的作用达到平衡时，P区和N区之间形成一定的电势差，称为接触电势差。,由于P区中的空穴向N区扩散后与N区中的电子复合，而N区中的电子向P区扩散后与P区中的空穴复合，这使电偶极层中自由载流子数减少而形成高阻层，故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。,2、电阻率测试,掺硼电阻率为13cm,掺镓的电阻率0.56cm。(单晶),掺入硼多，电阻率就低。反之则高。可根据掺杂计算,知道加入的硼量,电阻率测试原理(涡流法):,样品放置在对中的传感元件或换能器之中，换能器为施加高频磁场的高磁导率的磁体。硅在高频磁场中产生感生电流，此电流的流通方向呈闭合漩涡状，称涡电流或涡流。样品中的涡流消耗能量，为保持高频振荡器的电压不变，高频电流将增加。样品电阻越低，高频电流的增量越大，呈反比。测量电流值，可以获得样品的方块电阻或电阻率。,电阻率测试原理示意图,控制器,涡流传感器,高频线圈,3、少子寿命,对于P型半导体硅材料而言,产生非平衡载流子的外界作用撤除以后,它们要逐渐衰减致消失,最后载流子浓度恢复到平衡时的值,非平衡少数载流子的平均生存时间称为非平衡少数载流子的寿命,简称少子寿命.,单位 (微秒)。我们公司硅片的少子寿命值为1.2微秒以上，硅块取值是在2微秒以上。,S,少子寿命的测试原理,微波光电导衰退法(Microwave photoconductivity decay)测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波探测信号这两个过程。904nm 的激光注入（对于硅，注入深度大约为30m）产生电子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反映少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势就可以得到少数载流子的寿命。,少子寿命测试图像,4、红外探伤仪,红外探伤仪的测试原理:,衍射（Diffraction）又称为绕射，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象。,红外线由红处光源发出，透射过硅块后，由红外相机探测透射过来的红外光线强度。缺陷核心对红外射线有吸收、反射、散射作用，导致红外射线的损失通过图像上的明暗差异，可以借此确定杂质的位置。,红外探伤仪测试的原理平面图,红外相机,晶,棒,红外,光源,工控机,光源驱动,三、影响少子寿命的主要因素,1、位错,2、碳含量过多,3、氧含量过多,4、微晶,5、杂质过多,1、位错,在多晶铸锭过程中,由于热应力的作用会导致位错的产生.另外,各种沉淀的生成及由于晶格尺寸的不匹配也会导致位错的产生.这些位错本身就具有悬挂键,存在电学活性,降低少数载流子的寿命.而且金属在此极易偏聚,对少子寿命的降低就更加严重。,2、碳含量,太阳电池的碳含量要求是小于1ppm（5 x 10,16,即1ug/mL）碳会影响太阳电池的质量，碳的分凝系数为0.07，所以硅熔体中绝大部分的碳集中在埚底。埚底料过多是不好的。多晶硅中的碳作为铸造多晶硅中的另外一种杂质，其热化学反应：,SiO2+2 C=,2CO+Si,主要来源于石墨热场的沾污，处于替代位置上的碳对材料的电学性能并无影响，但是当碳的浓度超过其溶解度很多时，就会有沉淀生成，诱生缺陷，导致材料的电学性能差，在快速热处理时，就会有沉淀生成，诱生缺陷，导致材料的电学性能变差。,3、氧含量,氧含量应1 x 10,18,。,氧是多晶硅中的一种非常重要的杂质，它主要来源于石英坩埚的沾污。在硅的熔点温度下，硅和二氧化硅发生如下热化学反应,SiO2+Si=2SiO,SiO 被硅熔体中的热对流带至坩埚中心的过程中，99%的SiO蒸发了，仅1的SiO进入晶体中，形成了硅中的氧含量。这样在铸锭多晶硅过程中，从底部到头部，从边缘到中心，氧浓度逐渐降低，虽然低于溶解度的间隙氧化并不显电学活性，但是当间隙氧的浓度高于其溶解度时，就会有氧施主、热施主和氧沉淀生成，进一步产生位错、层错。从而成为少数载流子的复合中心。温度越高产生的SiO越多，坩埚的熔蚀量就越大。,4、微晶,微晶的产生：,1、由于杂质过多引起的组份过冷。,2、长晶速度过快,5、杂质,杂质分为贵金属、重金属。贵金属包括金、银。重金属如铜、铁等。,由于铁的分凝系数较小，在结晶的过程中，铁原子不断向硅锭顶部聚集，从而也导致顶部铁浓度较高。也由于铁具有较大的固相扩散和扩散速度，所以坩埚以及氮化硅保护层中和原材料中所包含的金属杂质则成为硅锭底部处铁的主要来源。,顶部杂质,附：开方后硅块检测项目及标准,谢谢！,