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太阳电池硅材料生产技术实验讲义 (内部资料) 2011.09目 录 实验一 硅片碳氧含量检测实验 1 一、实验目的 1 二、实验原理 1 三、实验器材 2 四、实验内容 2 五、实验报告要求 3 实验二 少子寿命检测仪 4 一、实验目的 4 二、实验原理 4 三、实验器材 5 四、实验内容 5 五、实验报告要求 5 实验三 四探针法测量半导体材料的电阻率和方块电阻 6 一、实验目的 6 二、实验原理 6 三、实验器材 7 四、实验内容 7 五、实验报告要求 8 实验 硅片碳氧含量检测实验 一、实验目的 1. 了解硅片中碳、氧原子的杂质类型及危害； 2. 理解傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的工作原理； 3. 熟悉ECO/RS硅片碳氧含量测试仪的使用方法。 二、实验原理 1. 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）工作原理 傅里叶变换红外光谱仪主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行傅里叶变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。当两束光的光程差为半波长（λ/2）的偶数倍时，则落在检测器上的光干涉增强，产生明线，光强取极大值；相反，当两束光的光程差为半波长（λ/2）的奇数倍时，则落在检测器上的光干涉抵消，产生暗线，光强取极小值。 傅里叶变换红外光谱仪工作原理示意图 2. 硅片中的碳、氧杂质 硅中的氧主要由石英坩埚的溶解而引入。高温下的熔硅会和它与接触的石英坩埚壁反应，使石英溶解，石英中的氧溶入熔硅。在实际的生长系统中，由石英溶解进来的氧绝大部分被带到暴露的表面挥发走，只有很小部分（大约2%）进入硅晶体。随着晶体生长后的冷却，这些氧原子逐渐处于过饱和状态，以填隙原子的形式存在于硅晶格中，与周围的硅原子形成Si-O键，并使周围晶格发生形变。 有关氧原子结合的最早发现的一个现象就是热施主效应：含有氧的硅单晶在350~500℃之间（在450℃时最强）热处理几小时后，可发现n型样品的电阻率降低，p型样品电阻率升高（有时甚至转型），犹如产生了一定数量的施主。后来进一步研究发现还存在另一类由氧引起的施主，这类氧施主在较高的温度下（约750℃）形成，热稳定性较高，称作新施主。 无论是氧引起的施主效应或氧造成的微缺陷，都是硅晶体的不完整性，会对硅器件的制造和性能带来不利。 硅晶体中处于填隙位置的氧原子与临近的两个硅原子形成Si-O键，Si-O键的振动引起红外光三个频率的吸收，分别在513、1106和1718cm-1处，其中最强的1106cm-1吸收峰被用来标定硅中填隙氧的浓度。 硅中的碳主要由石墨坩埚和石英坩埚的溶解而引入，以及石墨热场部件与挥发至气流中的SiO2反应，所产生的CO和CO2由气流带回熔硅，最后由熔硅进入晶体。 碳与硅同属Ⅵ族元素，在硅晶体中处于取代位置，即为替位式杂质。硅中的碳不形成电离中心，所以对硅单晶的导电行为没有直接的作用。碳的原子比硅小，碳的引入在局部造成了张应力（即趋向收缩），它的这个特点对硅中氧的成核和沉淀有重要的作用。器件制造的实践证明，高碳含量所引起的缺陷是导致器件软特性和二次击穿的主要原因。 硅中的碳也有红外吸收的特征峰，Si-C键的振动引起红外光的吸收，在605cm-1处。可以用同对氧一样的方法由红外光谱计算碳的含量。 红外吸收法测定硅中氧原子含量的有效范围是2.5×1015~3.0×1018原子/厘米3，测定碳原子含量的有效范围是5×1015~3×1018原子/厘米3。 三、实验1. CO/RS硅片碳氧含量测试仪，一台； 2. 单晶/多晶硅片，一片。 四、实验内容 应用CO/RS硅片碳氧含量测试仪得到硅片的红外透射光谱图，分别标出标出Si-C键、Si-O键的吸收峰。实验步骤如下。 1. 打开红外光谱仪的电源开关，I表示打开，O表示关闭，仪器一般需预热2min以上。 2. 打开电脑。 3. 用鼠标双击桌面ECO图标，进入ECO/RS红外分析操作页面。 4. 窗口右下角出现“self test”图标，即自检，点击图标，出现对话框，点击“No”。 5. 弹出对话框“place the wafer accessory into the transmission mode”，点击“OK”。 6. 然后自检开始，自检成功会出现“self test was successful”，点击“enter”，退出对话框。 7. 自检完毕后，在出现的页面中点击“Operator”按钮，出现菜单，按1选择“Technician”，按“Enter”。 8. 点击“Application”按钮出现菜单，按2选择“CO”，按“Enter”。 9. 点击“Method”按钮出现菜单，选择需要测试的方法，按“Ente