直拉单晶硅中的位错

体或者则沉淀(果） 杂质大多数为过渡金属，主要有Fe, Cu, Ni Fe,Cu,Ni为间隙存在，Zn,Pt,Cu替位存在
金属杂质的基本性质
1、硅中金属杂质的存在形式 ①和其他杂质一样，硅中金属杂质的存在形式主要取决于固溶度，同时也 受热处理温度、降温速率、扩散速率等因素影响。 ②金属杂质可以以间隙态或替位态形式的单原子存在，也可以以复合体或 沉淀形式存在 2硅中金属杂质对硅器件的影响。 ①原子态的金属杂质主要影响载流子的浓度和少数载流子的寿命。金属杂 质对载流子寿命的影响为τ=1/νσN。 ②沉淀形式的金属杂质会严重影响少数载流子的寿命。

位错的基本性质

位错是一种线缺陷，它是晶体在外力的作用下，部分晶体在 一定的晶面上沿一定的方向产生滑移，其晶体移动部位和非 移动部位的边界就是位错。位错主要有三种类型，即刃型位 错、螺旋位错以及有它们组合成的混合位错。
位错的基本性质
图示为典型的刃型位错。
图为刃型位错示意图，就好像在完整的晶体之中加入了半个 原子面

金属杂质的控制
1、金属杂质的来源
①金属杂质能通过金属工具和晶体硅的直接接触污染晶体硅 ②在硅太阳电池的制备工艺中，包括化学腐蚀、绒面制造、 磷扩散、被场制备、减反射膜沉淀、金属电极制备等工艺步 骤，会遇到来自气体和相关设备的金属杂质的污染。
2、金属杂质的处理
①如果金属污染存在于表面，最可靠地方法是用化学清洗剂 ②当金属污染存在于体内时，常用吸杂的方法来解决 其实“去除”金属污染的最好方法是防止金属污染，预防 胜于 治疗
位错的基本性质
图示为螺旋位错
螺旋位错是在外力的作用下， 某个原子面沿着一根与其相 垂直的轴线方向螺旋上升， 每旋转一周，原子面便上升 一个原子距离，从而导致部 分晶体的滑移
位错的基本性质

如果要准确的描述位错的性质，就需要用伯氏矢量的概念。伯氏 矢量是指在晶体中围绕某区域任选一点，以逆时针方向做一闭合 回路。如果该区域是完整晶体，回路的起点和终点会重合；如果 区域中含有位错，则起点和终点不能重合，那么从终点指向起点 的连线就是伯氏矢量，同时，该回路称为伯格斯回路。
60° 位 错
90°
位 错
晶体硅中位错的腐蚀和表征


晶体硅中位错的观察和表征的方法有：光学显微镜、红外显 微镜、电子透射或扫描显微镜、X射线形貌分析等方法。 晶体硅可以被化学腐蚀，化学腐蚀有：非择优腐蚀，择优腐 蚀。非择优腐蚀对任何晶体都具有相同的腐蚀速度，择优腐 蚀对晶体硅不同晶面具有不同的腐蚀速度，一般而言，晶体 硅中（111）面的腐蚀速度最慢。 对于择优腐蚀，不同晶向的单晶硅上会形成不同特征形状的 位错坑。
硅中金属杂质的测量
硅中金属杂质的测量有：硅中各个金属杂 质总体浓度的测量，硅中各个金属单原子状态 浓度的测量，硅中金属沉淀浓度的测量。 测量晶体硅中总的金属杂质浓度一般利用 中子活化法、二次离子质谱法、原子吸收谱法、 小角度全反射X射线荧光等方法。
如果金属杂质在晶体硅中以单个 原子状态存在，最有效的测量技术是 深能级瞬态谱法 。 如果金属杂质在晶体硅中以沉淀 状态存在，常应用“雾状缺陷实验 法”来定性测量硅中的金属杂质。 在工业生产中还可以利用光电导 衰减法测量硅中少数载流子寿命， 或者利用光生福特法测量硅中少数 载流子的扩散长度，从而监控硅中 金属污染的程度
金属复合体和沉淀
多种金属可以在硅中形成复合体，最常见且最重要 的金属复合体是铁-硼（Fe-B）对，铁硼复合对能够 导致载流子浓度降低，电阻率升高。其反应式为: [Fe+] ﹢[B]=[Fe+B-]。 金属在晶体硅中的沉淀相结构主要取决于高温热处 理温度。 金属在硅中沉淀的密度和形态与其形核方式大有关 系 金属沉淀的密度和大小还与冷却速度、金属的扩散 速率有关
晶体硅中位错对太阳电池的影响
位错对晶体硅的影响有：引入深能级中心，
吸引其他杂质原子在此沉淀，直接影响p-n结 的性能。这些因素都能导致晶体硅和器件的 性能下降，降低太阳电池的光电转化效率。 晶体硅中的位错含有悬挂键，既可以形成施 主能级，也可以形成受主能级。 位错能够影响少数载流子的寿命，少数载流 子寿命与位错密度的关系τ=1/(Nσ). 位错还能够影响载流子的迁移率和p-n结的性 能
直拉单晶硅中的金属杂质
金属杂质从那里来？有那些金属杂质？
金属杂质的基本性质 过渡金属杂质的固溶度 过渡族金属在硅中的扩散 如何消除金属杂质的影响
金属杂质从那里来？有那些金属杂质？
原料（微电子工业的头尾料）
硅片滚圆，切片，倒角，磨片 硅片清洗，湿化学抛光中不纯的化学试剂 加工设备（不锈钢）（以上皆为因） 高温中扩散至体内，冷却时（缘）形成复合
直拉单晶硅中的位错
晶体硅中有哪些位错？哪些途径导致位Βιβλιοθήκη Baidu？
位错的基本性质 晶体硅中的位错结构 晶体硅中位错的腐蚀和表征 晶体硅中位错对太阳电池的影响
晶体硅中有哪些缺陷？哪些因素导致 缺陷？
按照缺陷的结构分类，直拉单晶硅中主要存在点缺 陷、位错、层错和微缺陷；按照晶体生长和加工过 程分类，可分为晶体原生缺陷和二次诱生缺陷。 直拉单晶硅位错引入途径：①晶体生长时，由于籽 晶的热冲击，会在晶体中引入原生位错。②在晶体 生长的过程中，如果热场不稳定，将会产生热冲击， 也能从固液界面处产生位错，延伸进入晶体硅。③ 热应力引入位错。
硅中金属的固溶度
1金属的固溶度随温度而迅速下降 2.不同温度或同一温度不同金属的固溶度不一样 相差可达几个数量级 3. Cu,Ni 最大 （1018 cm-3),较P,B为小 4.掺杂剂会影响过渡族金属在金属中的溶解度
硅中金属的扩散系数
金属杂质扩散是很快的，最快为10-4 cm2/s Cu,Ni相似并较大，Fe,Mn相似并较小 原子序数增大扩散速率增大，Zn不变化 同一温度下的不同金属或统一金属在不同温 度下扩散速率相差很大，可达5个数量级 5. 间隙态存在金属扩散速率的不同是由于迁移焓 的不同，扩散速率快（Cu,Co,Ni)的是六面体间隙态 迁移焓较低，扩散速率慢的金属(Fe,Mn,Ti,Cr) 是四面体间隙态迁移焓较大。 6.扩散机制：间隙扩散和替位扩散（踢出机制， 空位机制，分离机制） 1. 2. 3. 4.
伯氏矢量是位错周围晶格 畸变的总会，它与位错线 方向有关。对于刃型位错， 伯氏矢量于位错线垂直； 对于螺型位错，伯氏矢量 于位错线平行；而对于由 刃型位错和螺型位错组成 的混合位错，伯氏矢量与 位错成一定角度。
晶体硅中的位错结构
在外力的作用下，位错往往沿着密排面向原
子密排的方向移动，晶体硅中最易发生的位 错运动一般是在(111)面的<110>方向 。 在晶体硅中，最常见的位错是60°位错和 90°位错。