單晶硅缺陷的分解

摘要：晶體硅中的雜質或缺陷會顯著地影響各種硅基器件的性能。用常規化學腐蝕法顯示出單晶硅中的缺陷，觀察典型的位錯。通過試驗發現缺陷分布的一般規律：中間尺寸大，密度小，邊緣尺寸小，密度大，驗證缺陷對雜質的吸收。

關鍵字：單晶硅;缺陷;化學腐蝕法;消除與控制

0引言

硅是全球第一產業--電子信息技術產業以及新能源產業--太陽能光伏電池產業的基礎材料［1］。隨著網絡時代的到來，半導體產業將發展到新的高潮。為適應深亞微米、亞四分之一微米甚至納米級集成電路的要求，硅單晶材料在增大直徑的同時，對其結構、電學、化學特征的研究也將日益深入;缺陷控制、雜質行為、雜質與缺陷的相互作用以及提高晶片的表面質量仍將是工藝技術研究的主攻方向。另外，在光伏工業中廣泛采用太陽能電池用單晶硅和鑄造多品硅，在這些材料中存在著高密度的位錯，金屬雜質或晶界等缺陷，而這些缺陷和雜質的交互作用使得太陽能電池的轉換效率顯著下降，因此觀察這些硅材料中缺陷和雜質的交互作用對于采用適宜的吸雜工藝提高太陽能電池的轉化效率有著十分緊要的作用［2］。

由于缺陷影響硅單晶的質量，對器件也有不良影響，我們不得不研究其性質、行為。但是，在研究過程中遇到越來越多的問題：對于已發現的主要缺陷，其機制研究一直沒有重大沖破;消除和控制辦法也還處于探索之中;測試辦法、測試手段也有待進一步的提高［3］。

1試驗

晶體缺陷的試驗觀察辦法有許多種，如透射電子顯微鏡、X光貌相技術、紅外顯微鏡及金相腐蝕顯示等辦法［4］。由于金相腐蝕顯示技術設備簡單，操作易掌握，又較直觀，是觀察研究晶體缺陷的最常用的辦法之一。在本次試驗中，我們就采用金相腐蝕顯示法，通過使用不同的腐蝕液和腐蝕辦法顯示單晶硅中各種不同的缺陷蝕坑，然后用金相顯微鏡來觀察、區分和研究各種蝕坑的形態，定量計數比較缺陷密度大小，并用金相顯微攝影儀拍攝各種缺陷的典型照片。

1.1化學腐蝕機理

樣品在進行光學測試之前，非得經過腐蝕拋光以顯露其缺陷。腐蝕劑的種類繁多，但組分卻不外乎氧化劑，絡合劑和稀釋劑。常用濃HNO3、CrO3溶液或K2Cr20溶液作氧化劑，氫氟酸（HF）作絡合劑，去離子水或冰醋酸充當稀釋劑。如果氧化成分多，則拋光作用強;如果絡合和稀釋成分多，則有利于作選擇性腐蝕。

通常用的非擇優腐蝕劑的配方為：自腐蝕劑，適用于化學拋光，配方為：HF（40-42%）：HNO3（65%）=1：2.5

通常用的擇優腐蝕劑主要有以下二種：

（1）Sirtl腐蝕液，先用CrO3與去離子水配成標準液，標準液=50gCrO3+100gH2O，然后配成標準液：HF（40-42%）=1：1

（2）Dash腐蝕液，配方為：HF（40·42%）：HNO3（65%）：CH3COOH（99%以上）=1：2.5：10

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