半导体材料中施主(donor)杂质位于禁带上方靠近导带底附近，其能级为施主能级。当其掺入单晶硅中时，能够为单晶硅提供电子载流子。由于施主能级与导带近，当电子从价带获得少量能量时，就可以跳跃至导带，从而电子就可以在带间任意移动而导电，形成N型半导体。此时，电子多于空穴，电子是导电的主体，是多子。

相应地，半导体材料中受主(acceptor)杂质位于禁带下方靠近价带顶附近，其能级为受主能级。当其掺入硅单晶中时，能够为硅单晶提供空穴载流子。P型半导体是空穴导电型半导体，靠近价带顶，价带中的电子只需要较少的能量就能跳跃到受主能级。这比从施主能级激发到导带所需能量小得多。所以其易为负电中心，使价带中产生一个空位，使空穴能够自由移动而导电，形成P型半导体。其主要靠空穴导电。非平衡少数载流子的寿命是指：当外界激发条件(如:激光、微波照射、载流子注入等)撤销后，非平衡少数载流子能存在的平均时间。

使用LT-1b高频光电导少数载流子寿命测试仪可以直接测量棒状区熔硅单晶的少子寿命。随机取原生单晶、气相掺杂单晶和退火后 NTD单晶各 50 段。测量其少子寿命，如表所示。其中气掺单晶的电阻率在60-90Ω*cm3之间，NTD 单晶退火后的电阻率也在 60-90Ω·cm3 之间。

相比较原生区熔硅单晶，气相掺杂区熔硅单晶的少子寿命整体分布略低。主要分布在1500~2000μs 之间，1000~1500us 以及 2000us 以上的单晶硅也比较多。低于 1000μs的很少，并且同原生单晶相同，这区间的单晶硅属于不合格产品。由于采用中子辐照(NTD)掺杂，NTD单晶必须在掺杂后进行热处理。所以这里选用的是退火后(850℃,2h)的NTD单晶。可以看出，其少子寿命主要分布在1000us左右，大于2000μs 以及小于 500us 的很少。而且小于500us 的单晶属于不合格产品。

中子辐照对区熔单晶硅的少子寿命影响

中子辐照会对硅单晶产生大量辐照损伤。在照射过程中，快中子碰撞硅原子，使其产生位移的损伤，大部分的31P原子被局限于插入型晶格内(interstitial sites)，以及带电粒子反冲的损伤等。而且反应堆内洁净度不够，存在重金属沾污。在高温下以及长时间的环境下，重金属会扩散到晶体内部，并形成少数载流子复合中心，影响整个单晶硅的电学性能。

由于其掺杂原理的限制，在没有经过任何热处理情况下的NTD单晶的少子寿命极小，几乎无法测量。因此，要想准确测定NTD单晶少子寿命，必须对其进行退火处理。目前，我们采用的是 850℃，2h高温退火。退火后的NTD，可以消除缺陷，使原来已经晶格位置偏离的31P原子回到原先的晶格位置。内部缺陷的降低使得少子寿命提高。但是，增加一步退火程序，就有可能增加晶体污染的可能。退火过程中，由于温度较高，可能引起重金属的扩散注入，从而影响其少子寿命。

气相掺杂区熔单晶硅少子寿命测试分析

相比于NTD掺杂方法，气相掺杂过程中，P原子是直接在晶体中生长，它的晶体完整性更好，而且一般情况下不会产生金属沾污。与原生单晶相比，它的少子寿命有所下降。这是半导体物理因素所决定的，杂质的引入，必然会使得电阻率下降以及少子寿命的下降。但是在实际拉晶过程中，还存在一些单晶的少子寿命低的情况。本文挑选了9组气相掺杂区熔硅单晶少子寿命低于1000us的样品，进行分析。

在整个拉晶过程中，NTD单晶与气掺单晶都会存在尾部位错增加、漩涡缺陷和线圈打火等情况。在加工过程中，也会存在机械损伤和过程沾污等。但与NTD单晶相比，气掺单晶在生产环节上减少了中子辐照和后期退火处理两个环节。因此，气掺单晶的平均少子寿命要比 NTD 单晶高。而且其重金属沾污的可能低很多。不用进行大量的反切加工，这大大降低了生产成本。