国家标准《锗单晶位错密度的测试方法》

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1、国家标准《锗单晶位错密度的测试方法》编制说明（预审稿）一、工作简况1、立项目的和意义低位错锗单晶是光电子与微电子的基础性材料，广泛应用于空间太阳能电池，地面太阳能电池（CPV）、高亮度LED以及其他半导体器件。以锗片为衬底的砷化镓太阳电池转换效率高达30%，远大于硅太阳电池，取代了硅太阳电池在空间的应用，目前，超过90%的空间电源都是锗基太阳能电池，使得其成为空间太阳电池的基础材料。而太阳能电池使用的锗单晶要求直径100mm以上，位错密度低于1000/cm2，高效电池甚至要求单晶位错密度低于300/cm2，当单晶的位错密度低到这种状态时，

2、对位错密度测量精度提出更高的要求，原来GB/T5252标准中的九点测量方法获得的数据相对于整个断面上的平均值最大偏差高达40%。而位错密度过高或不均匀将严重影响太阳能电池光电转换效率和使用寿命，位错密度测量的不准确可能直接影响到电池产品的质量，这样容易引起供需双方的矛盾，给产品的销售和应用带来影响。目前，用于制备低位错锗单晶的工艺有直拉法和垂直温度梯度法，直拉法由于存在单晶和坩埚的相对旋转，因此，单晶轴对称性较好，九点测量方法得到的位错密度数据和实际均值相差不是很大。而垂直温度梯度法（VGF）由于晶体没有旋转，晶体轴对称性由热场结构决定，

3、比较容易存在非轴对称性，九点测量方法是否还能满足要求还需要大量数据进行验证。因此，需要对该标准进行修订，以便更好满足不同工艺生长的单晶以及不同直径单晶位错测量的要求。该标准的修订将有利于精确测量不同工艺生长锗单晶的位错密度，得到准确的测量结果，满足产品销售和使用的要求，为锗产业的发展提供技术保障。目前，低位错锗单晶片每年需求大约100万片，产值4亿元，其中国内需求约20万片，随着地面能源的枯竭，以锗单晶片为衬底的太阳能电池将得到更大范围的应用，因此，该标准的修订有着很好的经济效益和社会效益。2、任务来源根据《国家标准委关于下达2017年第

4、四批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2017]128号）的要求，由有研光电新材料有限责任公司等单位负责修订《锗单晶位错腐蚀坑密度测量方法》，计划编号20173473-T-610，要求完成时间2019年。3、标准修订主编单位概况有研光电新材料有限责任公司是有研科技集团公司（原北京有色金属研究总院)控股的先进光电材料生产企业，由北京国晶辉红外光学科技有限公司和国瑞电子材料有限责任公司在2010年合并组建。北京国晶辉红外光学科技有限公司的前身是有研总院锗研究室，成立于1955年的锗研究室为国内锗材料的发展和进步做出重大的贡献，在1956

5、年研制出国内第一颗金属锗，1964年建成第一条锗生产线，研制出国内各种用途的锗单晶，制定了第一批锗材料标准。目前公司拥有国内最大的红外锗单晶生产线，年产能力达20吨，承担了多项国家科研项目，在红外锗单晶和太阳能电池用低位错锗单晶研制和生产方面都取得多项重要成果，填补多项国内空白，并多次获得国家级和省部级科技奖。公司拥有一批高素质的科研、生产和管理专业人才，有教授3人，高级工程师2人，有完整的红外锗和低位错锗生产及测量设备和仪器，多年来凭借公司自身的技术和市场优势，为国内外客户提供了大量的优质产品和良好的服务。修订单位雄厚的技术实力和扎实的

6、基础将为完成本标准的修订工作提供足够的技术保障。4、主要工作过程立项之后，成立了标准修订小组，落实制样、检测、和参与单位沟通等工作。期间对云南临沧鑫圆锗业股份有限公司、南京中锗科技有限公司、中电集团第四十六研究所等7家单位发送标准修订意见征集表进行意见征集。此外，向云南临沧鑫圆锗业股份有限公司副主编单位征求修订内容实验分析数据，4月份得到反馈数据，并于2018年4月形成了讨论稿。2018年4月24日，由全国有色金属标准化技术委员会组织，在北京召开《锗单晶位错密度的测试方法》第一次工作会议，共有云南临沧鑫圆锗业股份有限公司、南京中锗科技有限

7、公司、中电集团第四十六研究所、东莞中稼半导体科技有限公司等8家单位的15名专家参加了本次会议，与会专家对标准讨论稿从标准技术内容和文本质量等方面进行了充分的讨论。会议中对范围、制样、试验步骤等进行了部分修改。2018年5月编制组根据专家意见修改后将征求意见稿及编制说明发相关单位征求意见（具体见意见汇总处理表），并陆续组织开展验证试验工作。二、标准编制原则和确定主要内容的依据1、编制原则1）标准的编写格式按国家标准GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的统一规定和要求进行编写。2）考虑用户的当前使用要求及以后技

8、术发展的潜在使用要求。3）考虑国内生产企业的生产现状及技术发展趋势。2、标准主要内容的确定依据本次标准修订主要根据产品的实际水平，结合原标准在使用过程中存在的问题进行的，具体如下：1、标准名称