多晶检测简介.ppt

目录目录一一.硅的性质硅的性质二二.多晶硅块的检测项目多晶硅块的检测项目三三.影响少子寿命的主要因素影响少子寿命的主要因素一、硅的性质一、硅的性质1 1、硅的物理性质、硅的物理性质2 2、硅的化学性质、硅的化学性质3 3、硅原料处理流程、硅原料处理流程1 1、硅的物理性质、硅的物理性质a a.固体固体密度：密度：2330 kg/m32330 kg/m3b b.溶体密度：溶体密度：2500 kg/m3 2500 kg/m3 c.c.硬度值：硬度值：6.56.5d.d.晶体结构：面心立方晶体结构：面心立方e.e.熔点熔点:1414:1414 硅的晶体结构硅的晶体结构2 2、硅的化学性质硅的化学性质 硅在地壳中的含量居第二位约为硅在地壳中的含量居第二位约为2626，仅次，仅次于氧，所以说是遍地皆硅于氧，所以说是遍地皆硅，原子量为，原子量为28.0855 28.0855 价电子排布价电子排布3s2 3p2,3s2 3p2,氧化价氧化价4 4。硅是硬脆硅是硬脆性的，比玻璃要硬。在自然界中硅是以化合性的，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，白岗岩中都含有物形式存在，例如石英石，白岗岩中都含有硅。硅。常温下，只与碱、氟化氢、氟气反应，常温下，只与碱、氟化氢、氟气反应，不与硫酸、盐酸、硝酸等反应。不与硫酸、盐酸、硝酸等反应。反应方程式反应方程式 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+2F2=SiF4 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O3 3、硅原料处理流程、硅原料处理流程硅料打磨硅料打磨分选分选酸洗酸洗碱洗碱洗超声波清洗超声波清洗烘干烘干冷却冷却包装硅料包装硅料二二.多晶硅块的检测项目多晶硅块的检测项目 1.1.导电类型导电类型 2.2.电阻率电阻率 3.3.少子寿命少子寿命 4.4.红外探伤红外探伤 1 1、导电类型测试、导电类型测试导电类型是一个重要的基本电学参数导电类型是一个重要的基本电学参数,根据多根据多晶铸锭时所掺杂的元素晶铸锭时所掺杂的元素,可以将多晶划分为可以将多晶划分为P P型和型和N N型两大类型两大类.P.P型多晶中多数载流子是空穴型多晶中多数载流子是空穴,它主要是依靠空穴来导电它主要是依靠空穴来导电;因此因此P P型半导体又型半导体又可称为空穴半导体可称为空穴半导体;N;N型半导体则相反。型半导体则相反。P P型：掺入硼，镓元素或合金。型：掺入硼，镓元素或合金。N N型：掺入磷，砷元素或合金。型：掺入磷，砷元素或合金。在样品上压上三个探针在样品上压上三个探针,针距在针距在0.151.5mm0.151.5mm的范围内在探针的范围内在探针1 1和探针和探针2 2之之间通过限流电阻接上间通过限流电阻接上624V(624V(一般为一般为12V)12V)的交流电源的交流电源,在探针在探针2 2和探针和探针3 3之间接检流之间接检流计计.根据检流计指示偏转的方向就可以判根据检流计指示偏转的方向就可以判定半导体的样品是定半导体的样品是P P型还是型还是N N型型.三探针测导电类型的原理三探针测导电类型的原理:PN结结:P型半导体与型半导体与N N型半导体相互接触时，型半导体相互接触时，其交界区域称为其交界区域称为PNPN结。结。P P区中的自由空穴和区中的自由空穴和N N区中的自由电子要向区中的自由电子要向对方区域扩散，造成正负电荷在对方区域扩散，造成正负电荷在PNPN结两侧结两侧的积累，形成电偶极层。电偶极层中的电的积累，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，电场的作用达到平衡时，P P区和区和N N区之间形区之间形成一定的电势差，称为接触电势差。成一定的电势差，称为接触电势差。由于由于P P区中的空穴向区中的空穴向N N区扩散后与区扩散后与N N区中的区中的电子复合，而电子复合，而N N区中的电子向区中的电子向P P区扩散后与区扩散后与P P区中的空穴复合，这使电偶极层中自由区中的空穴复合，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也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PNPN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。百倍。2、电阻率测试、电阻率测试掺硼电阻率为掺硼电阻率为1 13cm3cm掺镓的电阻率掺镓的电阻率0.50.56cm6cm。(单晶单晶)掺入硼多，电阻率就低。反之则高。可根据掺入硼多，电阻率就低。反之则高。可根据掺杂计算掺杂计算,知道加入的硼量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，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。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。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。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测量电流值，可以获得样品的方块电阻或电阻率。电阻率。电阻率测试原理示意图电阻率测试原理示意图控制器控制器涡流传感器涡流传感器高频线圈高频线圈3、少子寿命、少子寿命 对于对于P P型半导体硅材料而言型半导体硅材料而言,产生非平衡载流产生非平衡载流子的外界作用撤除以后子的外界作用撤除以后,它们要逐渐衰减致消它们要逐渐衰减致消失失,最后载流子浓度恢复到平衡时的值最后载流子浓度恢复到平衡时的值,非平衡非平衡少数载流子的平均生存时间称为非平衡少数载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流子的寿命,简称少子寿命简称少子寿命.单位单位 (微秒微秒)。我们公司硅片的少子寿命值。我们公司硅片的少子寿命值为为1.21.2微秒以上，硅块取值是在微秒以上，硅块取值是在2 2微秒以上。微秒以上。S少子寿命的测试原理少子寿命的测试原理 微波光电导衰退法微波光电导衰退法(Microwave(Microwave photoconductivity decay)photoconductivity decay)测试少子寿命，测试少子寿命，主要包括激光注入产生电子主要包括激光注入产生电子-空穴对和微波空穴对和微波探测信号这两个过程。探测信号这两个过程。904nm 904nm 的激光注入的激光注入（对于硅，注入深度大约为（对于硅，注入深度大约为30m30m）产生电）产生电子子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤空穴对，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，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，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。就可以得到少数载流子的寿命。少子寿命测试图像少子寿命测试图像4 4、红外探伤仪、红外探伤仪 红外探伤仪的测试原理红外探伤仪的测试原理:衍射（衍射（DiffractionDiffraction）又称为绕射，波遇到障碍物）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。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。杂质的位置。红外探伤仪测试的原理平面图红外相机红外相机晶晶棒棒红外红外光源光源工控机工控机光源驱动光源驱动三、影响少子寿命的主要因素三、影响少子寿命的主要因素1、位错、位错2、碳含量过多、碳含量过多3、氧含量过多、氧含量过多4、微晶、微晶5、杂质过多、杂质过多1、位错、位错在多晶铸锭过程中在多晶铸锭过程中,由于热应力的作用会导由于热应力的作用会导致位错的产生致位错的产生.另外另外,各种沉淀的生成及由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这些位错本身就具有悬挂键,存在电学活性存在电学活性,降低少数载流子的寿命降低少数载流子的寿命.而且金属在此极易而且金属在此极易偏聚偏聚,对少子寿命的降低就更加严重。对少子寿命的降低就更加严重。2、碳含量、碳含量太阳电池的碳含量要求是小于太阳电池的碳含量要求是小于1ppm1ppm（5 x 105 x 101616 即即1ug/mL1ug/mL）碳会影响太阳电池的质量，碳的分凝系）碳会影响太阳电池的质量，碳的分凝系数为数为0.070.07，所以硅熔体中绝大部分的碳集中在埚，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：造多晶硅中的另外一种杂质，其热化学反应：SiO2+2 C=SiO2+2 C=2CO+Si 2CO+Si 主要来源于石墨热场的沾污，处于替代位置上的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，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，导致材料的电学性就会有沉淀生成，诱生缺陷，导致材料的电学性能变差。能变差。3、氧含量、氧含量 氧含量应氧含量应1 x 101 x 101818。氧是多晶硅中的一种非常重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熔点温度下，硅和二氧化硅发生如下热化学反应 SiO2+Si=2SiO SiO2+Si=2SiO SiO SiO 被硅熔体中的热对流带至坩埚中心的被硅熔体中的热对流带至坩埚中心的过程中，过程中，99%99%的的SiOSiO蒸发了，仅蒸发了，仅1 1的的SiOSiO进入晶体中，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，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，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、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。温度越高产生的而成为少数载流子的复合中心。温度越高产生的SiOSiO越多，坩埚的熔蚀量就越大。越多，坩埚的熔蚀量就越大。4 4、微晶、微晶微晶的产生：微晶的产生：1、由于杂质过多引起的、由于杂质过多引起的组份过冷。组份过冷。2、长晶速度过快、长晶速度过快5 5、杂质、杂质杂质分为贵金属、重金属。贵金杂质分为贵金属、重金属。贵金属包括金、银。重金属如铜、铁属包括金、银。重金属如铜、铁等。等。由于铁的分凝系数较小，在结晶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含的金属杂质则成为硅锭底部处铁的主要来源。铁的主要来源。顶部杂质顶部杂质附：开方后硅块检测项目及标准附：开方后硅块检测项目及标准类别类别检测项目检测项目检测标准检测标准检测工具检测工具尺寸尺寸边长边长156.30.3mm156.30.3mm游标卡尺游标卡尺垂直度垂直度900.3900.3万能角度尺万能角度尺外观外观崩边、崩块、崩边、崩块、裂纹（隐裂）、裂纹（隐裂）、线痕线痕硅块头部和尾部硅块头部和尾部低少子寿命以内低少子寿命以内的直接划线去除的直接划线去除目测目测电学性质电学性质电阻率范围电阻率范围13cm13cm电阻率测试仪电阻率测试仪型号型号P P型型P/NP/N型测试仪型测试仪少子寿命少子寿命2US2US少子寿命测试仪少子寿命测试仪谢谢！