退火问题

提问：

dennyktm

退火后少子寿命会提高，是不是只是在一定的退火温度与退火时间内？另外如果硅块表面退火后表面形成氧化层，少子寿命也应该提高？最近一个单晶硅块头部、尾部退火后平均的少子寿命都比退火前各自的少子寿命低，与此同时少子寿命的宽度【min-max】较退火前也变窄了。这是什么原因造成的呢？

网友解答：

jinmu205

退火的范围很广，它至少包括退火温度、高温保持时间、降温速率以及您的工艺环境等。

就你所描述的，我认为：您的退火温度至少在950度以上，且降温过快。可能是减少了氧的影响，因为氧会产生虚假寿命。降温过快，使体杂质扩散开来，降底了体寿命。

解释仅供参考。

dennyktm

我们退火温度是850度+6H，发现少子寿命降低后，尝试进行600度+1H，少子寿命依然在降低。都是全程通少量氩气减少氧化、随炉冷却，没有采取快速冷却的工艺。

Ps：1、氧一般产生的是虚假的电阻率，对少子寿命应该是提高作用。

2、该温度下对其他体杂质的影响具体是什么呢？是金属杂质还是氧碳呢？

jinmu205

你做的是单晶样片吗?我也做过类似的实验，结果和你的差的多，寿命也降低了。

1、如果是单晶头部样片，应该出现氧施主，中心电阻率升高甚至转型。退火后，这部分电阻率应该降低了吧？

氧的存在，主要是多出的电子对对少子的捕获和施放，产生虚假高寿命。经过高温纯化后，这部份就消除了。

2、退火不能改变氧、碳、金属等杂质的含量，但能改变其存在方式。你高温6小时，冷却时加大氩气流量，使其快降温试试。快冷能避免金属杂质的成核沉淀，能提高寿命。

个人见解。

dennyktm

您退火完少子寿命也降低了？能说下退火的工艺吗？也是对开方完的单晶硅块退火吗？后来做出少子寿命升高的情况了吗？

现在主要就是做少子寿命方面。

850度退火而且还是较长的时间，应该会有部分新施主形成，这个应该也会加剧少子寿命降低的幅度，但其本质原因是什么呢？我们做出的少子寿命分布图

明显看出头部中心处少子寿命最低，而且衰减的最严重，反而边缘处少子寿命还会有所增加。因此这个温度和时间应该不会使平均少子寿命提高了。

快冷我们也做不到文献上所说的的那种降温幅度，加大可控的氩气量对降温的幅度影响也是相当的小，因此改观效果估计有限。我现在就想做出升高的。

jinmu205

我当时是寻找单晶尾部黑心片的原因，用的是样片，不是开方锭。我当时没买退火设备，直接放在单晶炉里升温的，所以没什么工艺可谈。结果也是降低了，边缘和中心都降了。后来转到电池中心去做位错和PL测试，找出原因后就没再做了。

永不止步

正常来说退火主要是退氧，经过退火来反映出电阻率的真实值，但在这一过程中确实会出现少子降低现象,而且是绝大部分都降低，根据退火数据显示一般退火后都会不同程度上出现少子降低（极少数出现升高的），不知道大家的退火工艺如何？温度、时间、冷却另外黑芯出现在头部的概率比较大（尤其是头部50mm以内），目前还没见过尾部的黑芯片。

topgun

黑心片，目前比较公认的解释认为主要是由于氧含量过高引起的氧化诱生层错环（OISF），同时可能伴生氧关的位错等缺陷。常见于单晶棒头部因为此处氧含量较高。表现特征为环状或者中心聚集的高密度缺陷（腐蚀后显微镜照片）。通过改进导流管等内部结构，使得硅熔体表面氧在拉晶过程中更快的被吹走可以有效的避免黑心片产生。在以前料不好的时候（本身氧含量或者金属含量很高，易导致高缺陷区），或者拉晶时缩颈长度不够导致位错不能完全排出体外导致高密度位错缺陷。容易产生黑芯片。黑芯片本身具有的层错或者位错等缺陷是结构性的，很难通过退火等手段消除。

硅块退火一般是用来消除单晶拉晶过程中在低温区间（400-500度）呆的时间过长产生的氧施主，它会补偿硼掺杂，导致电阻过高（常见头部，因为这部分氧含量高，在低温区呆的时间长）。经过650度以上热处理可以有效消除氧施主，但是这时又可能产生更多的氧沉淀或者激活了其他的电活性缺陷，导致少子寿命降低。而且由于缺陷钉扎位错，导致硅块机械强度升高，切片会比较困难。总之退火这一手段能不用尽量不要使用。要消除氧沉淀可以在1200度以上高温处理然后快速退火。姑且不提这么高温度处理的热预算和时间成本，氧沉淀消融后氧会以间隙态存在，后期做成的电池在光照下间隙氧会和硼形成B-O复合体，导致光衰减严重。硅中碳含量过高也会促进氧沉淀产生，导致少子寿命的降低。

总之，现在随着料质量的提高和炉子结构的改进，黑心片已经很少出现，如果频繁出现黑心片或者高位错片，请首先检测晶颈长是否达到要求（和硅棒直径成正比关系），其次检测硅料中的氧，碳和金属含量是否符合要求，第三改进炉子的气流回路和热场，减少氧进入硅熔体的几率，这可以找有经验的工程师或者炉子厂家配合完成。