单晶硅中杂质浓度与电阻率转换关系
时间：2025-04-04 发布人：admin 点击数：0
半导体电阻率可以用四探针直接测出，而杂质的量却很难探测到。在实际的研究和生产中通常通过电阻率来讨论杂质分布的问题。载流子浓度和迁移率决定了电阻率，而载流子浓度和迁移率取决于杂质浓度和温度的变化，所以电阻率决定于杂质浓度和温度的变化。根据掺杂浓度的不同可以分为轻掺杂（杂质浓度小于10^17cm−3）和重掺（浓度高于10^19cm−3）。轻掺杂时，在室温下认为杂质几乎全部电离，载流子浓度近似于杂质浓度，而迁移率随杂质变化不大可当作常数。室温下本征激发不明显，载流子基本不随着温度变化。在太阳能级的单晶硅中，通常是轻掺的范围浓度，磷杂质的浓度与电阻率之间是可以进行换算的。晶体电阻率换算掺磷单晶硅磷浓度的关系：其中:𝑥 = 𝑙𝑔𝜌 , 𝐴0 = −3.1083 , 𝐴1 = −3.2626 , 𝐴2 = −1.2196 , 𝐴3 = −0.13923，𝐵1 =1.0265 , 𝐵2 = 0.38755 , 𝐵3 = 0.041833 , 𝜌表示电阻率, 𝐶𝑃为磷的浓度。例如头部的目标电阻率为 1.4 Ω·cm。根据公式，单晶硅的杂质浓度可计算为9.66 × 10^15 atoms/cm3。利用公式可以方便地进行杂质浓度和电阻率的换算。在太阳能级的单晶硅中，只要测出电阻率便可计算杂质的浓度。电阻率越高，杂质浓度越低，单晶硅越纯。但是对于高补偿的晶体，只测电阻率是不能计算出杂质浓度的，这种情况下载流子浓度很低电阻率很高，但是材料中的杂质很多。杂质的分凝、蒸发、补偿等都会影响单晶硅的电阻率均匀性。对于磷杂质这种𝑘0 < 1的这种杂质，分凝效应会使单晶硅棒的尾部电阻率降低，蒸发效应则相反会使尾部电阻率增高，若是引进了 p 型杂质则会使 n 型单晶硅电阻率增高。想要获得杂质分布均匀的单晶硅就要利用杂质的各种效应使得电阻率达到平衡的效果。以下为控制单晶硅电阻率均匀性的几种方法：基于𝐶𝑆 = 𝑘𝑒𝑓𝑓𝐶𝐿的基本原理，可以通过改变𝑘𝑒𝑓𝑓来改变晶体的杂质浓度，而𝑘𝑒𝑓𝑓是与晶体转速、坩埚转速、拉晶速率等工艺参数相关的，可以通过调节相关的工艺参数来调节电阻率以获得溶质较为均匀的单晶，值得注意的是调节工艺参数只能在一定范围内调节电阻率，因为各个工艺参数都应该在合理的范围内，例如拉速，拉速过高晶体容易产生缺陷，拉速太低会影响产率。对于给定的工艺参数，可以通过调节熔体杂质浓度的方法来制的杂质均匀的单晶硅，比如对于𝑘0 < 1的杂质，由于𝑘0 < 1的杂质随着单晶的生长，不加改变的话坩埚内的熔体杂质浓度会逐渐升高，可以设置双层坩埚，内坩埚拉制单晶硅，单晶硅生长过程中从外坩埚加入杂质浓度低的熔体，保持熔体杂质浓度不变即可控制电阻率不变。扬州晶格半导体-提供超大尺寸柱状多晶硅、单晶硅材料，并可定制加工各类硅部件、硅锭、硅棒、硅环、硅管、硅靶材。17826693981控制单晶硅径向电阻率主要是固液界面的平坦度和小平面效应。对于𝑘0 < 1的杂质，固液界面是凸向熔体的，单晶硅的径向电阻率就会呈现中间高边缘低的情况，固液界面是凹向熔体的径向电阻率就会中间低边缘高，越平坦的固液界面其电阻率均匀性就越好。在晶体的生长过程中，受熔体等温线的影响固液界面通常是弯曲的。在晶体生长过程中迅速提起晶体，在<111>的硅单晶的固液界面上会有一个平整的小平面，在小平面内的杂质浓度与非平面内有很大的区别。小平面效应会导致该区域电阻率降低，可以通过调平固液界面来消除小平面效应带来的不良影响。
