单晶硅中位错的运动
时间：2025-05-08 发布人：admin 点击数：0
单晶硅的主要制备方法为直拉法或称提拉法(Cz)，为波兰科学家Czochralski在 1916 年发明。其工艺流程包括引晶、缩颈、放肩、转肩、等径、收尾等几个阶段。直拉法单晶硅(Cz—Si)由于其纯度高、晶体缺陷少等优点，广泛应用于高效太阳能电池和半导体工业。为了降本增效，Cz—Si 尺寸越来越大，由此带来了诸多问题。其中，位错被认为是硅中最有害且常见的缺陷之一，它会成为复合中心降低少子寿命，位错线会聚集金属杂质造成额外的漏电流，同时位错过多会导致单晶变多晶引起“结构损失”。位错是一种线缺陷，其产生和演化机制与晶体内部行为有着密切关系。晶体内常见的位错类型有刃型位错、螺型位错以及两者结合的混合型位错。在 Cz—Si 中主要为螺型位错和 60°位错(混合型)，这些位错位于{111}面上。Cz—Si 中诱发位错形成的因素主要有两方面：- 内应力导致的位错，包括晶体内温度分布不均造成的热应力而引发的位错、杂质和沉淀物在 Cz—Si 内由于热膨胀系数和导热系数不同产生的内应力而引发的位错、晶格应力造成的失配位错等；
- 外应力导致的位错，包括在晶片加工(如切片、磨片、抛光)和器件制造过程中产生的表面损伤、经高温处理后产生的位错。另外，在氧化、扩散时的高温热处理过程中也会产生位错。
位错的运动分为保守运动和非保守运动，保守运动为不引起晶体体积变化的运动，非保守运动伴随着晶体体积变化。位错运动扫过的面的两侧相对移动 b，单位长度位错 t 向任意方向移动了 dd，位错线扫过的面积 ds 为：ds=t·dd=nds，n 为面的法线，位错运动引起的体积变化为：ΔV=b·ds=b·nds，当位错线在 t 与 b 共面的面运动时，b·n=0，则 ΔV=0，称保守运动，t 和 b 共面的面称为位错的滑移面。当位错不在滑移面上运动时，ΔV≠0，称非保守运动。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非保守运动可分解为在滑移面上运动(滑移)和垂直于滑移面运动(攀移)的合成。刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，其滑移面是唯一的，所以刃位错既可滑移，又可攀移。攀移引起位错的半原子面缩小(正攀移)和扩大(负攀移)，因此攀移总是伴随着点缺陷的输运。螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，其滑移面是与位错线平行的多个滑移面，所以螺型位错只能滑移，并可改变滑移面，但不能攀移。位错需要通过扭折对克服 Peierls 势垒实现滑移。Cz—Si 中存在一种位错芯结构，位错芯可能会发生重构从而导致位错芯位置上的大量悬挂键因位错芯的重构而消失，使位错不具电活性。电活性杂质则会给位错芯重构增大阻力，可能形成钉扎效应，位错芯重构的成键需要先破坏位错才能运动，因此位错芯重构会降低位错运动速率。位错应力场与杂质的相互作用，使杂质优先沿位错线沉积，特别是在硅中溶解度小、扩散快的重金属杂质(铜、铁、金等)，更容易沉积在位错线上，这就将形成大量的深能级复合中心，甚至引起导电通道。如果有一定量的氧或氮等原子沉积在位错线上(实际上是处于某种键合状态)，可以“钉”住位错，使位错不易滑移和攀移。
