高阻真空区熔单晶

《高阻真空区熔单晶》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高阻真空区熔硅单晶的生长1引言高质量的高纯硅单晶是制做各种辐射探测器和光电探测器的重耍材料。在真空环境下提纯并生长硅单晶可以使材料达到并保持更高的纯度，因而高阻真空区熔硅单晶是研制某些高灵敏度探测器的必选材料，主要有电阻率（3〜5）X1030・。01和（1〜2）X104Q・cm两种规格，可分别用于研制雪崩光电二极管和PIN管型的光电探测器件。由于晶体生长条件的改变，在真空中生长区熔硅单晶要比在氮气气氛下生长单晶困难许多，单晶在生长过程中极易断棱，直径也很难做大。冃前这种材料在国内只有少量样品提供，器件厂家不得不依靠进口来满足其需要，价格十分昂贵。2试验及结

2、果2•1试验条件单晶生长设备：L4375-ZE型区熔硅单晶炉。真空区熔提纯及单晶生长时的炉内真空度W1X10-2Pao多晶原料：（1）国产一级多晶硅料，基硼电阻率事7000Q・cm,基磷电阻率2800Q・cm,用于研制电阻率（3〜5）X103Q・cm的真空高阻区熔硅单晶。（2）美国ASMI多晶硅料，基硼电阻率$9000Q・cm,基磷电阻率鼻1000Q・cm,用于研制电阻率（1〜2）X104Q•cm的真空高阻区熔硅单晶。热场条件：单匝平板线圈，外径45mm,内径28mm0线圈下表面刻有微型凹槽。籽晶：5mmX5mmX60mm,晶向<111>,p型，电阻率23

3、000Q•cm0掺杂剂：电阻率不小于15MQ・cni的高纯去离子水配制的B203水溶液，原子浓度分别为1X1016和5X1016cm-3。2.2试验2.2.1多晶提纯研制电阻率（3〜5）X103Q・cm的硅单晶，需先对多晶硅进行两次真空区熔提纯，使其电阻率达到n型1X104Q・cm以上，然后再进行微量的硼掺杂；研制电阻率（1〜2）X104Q・cm的硅单晶，需要对多晶硅进4〜5次的真空区熔提纯，使多晶为P型导电、电阻率（15〜25）X104Q・cm。多晶提纯时熔区移动速率为1mm/min左右，提纯的同时调整多晶直径为30〜35mm02.2.2多晶掺杂(1)掺

4、杂剂量的确定。通过掺杂试验来获得掺杂时所需要的掺杂剂量，具体方法为：同等质暈规格的多晶经过两次提纯后检测其轴向电阻率，查电阻率与载流子浓度的关系曲线可以知道该多晶所对应的载流子浓度，与FI标电阻率的相对比并结合多晶的质量计算出所需掺入的剂量，并以此为最初的依据进行区熔掺杂。区熔掺杂过程完成后，检测多晶的轴向电阻率，查电阻率与载流子浓度的关系曲线得到所对应的载流子浓度，与掺杂前多晶的初始载流子浓度对比，即可知道实际的掺入剂量，再与理论计算的剂量相比较，就可以得到掺杂工艺中所需要的掺杂因子K,则E实际=K(Cn+Cp)V多晶(1)式中：B实际为实际操作中需要掺

5、的硼原子数量；Cp为掺杂冃标电阻率对应的多晶中p型载流子浓度；Cn为掺杂前多晶电阻率对应的n载流子浓度；V多晶为多晶的体积。研制电阻率(3〜5)X1030・cm的真空区熔单晶，掺杂后多晶的轴向电阻率应控制为(4〜6)X103Q・cmo(2)掺杂方法。由于掺杂剂量很小，为控制掺杂的均匀性，采用了在多晶表面逐点滴涂掺杂溶液，然后在0.12MPa压力的氮气气氛下对多晶进行区熔的掺朵方式。掺朵时熔区以1.5mm/min的速度下移，下轴旋转速率为18f/min。为使滴涂在硅棒表面的溶剂能迅速挥发，在溶液滴涂前需先烘烤硅棒至其表面温度达到50°C左右。2.2.3真空单

6、晶的生长(1)线圈表面的处理。将用于真空单晶生长的线圈进行预处理，使其表面牢固包裹一层硅。(2)单晶生长。生长单晶时的炉膛内真空度需达到W1X10-2Pa,籽晶晶向＜111＞，单晶直径控制在30〜35mm,单晶生长的速度为4mm/min。在单晶生长的引晶一放肩一收肩一等径过程中采用变速生长方式：引晶至放肩的初期采用3.5〜4.5mm/min的下轴移动速度，晶体生长至生长界面开始发生反转时逐渐降低下轴移动速度，到收肩时降至3.Omm/min以下，进入等径过程后再逐渐提高晶体生长速度到4mm/min02・3实验结果表1为多晶掺杂前、后轴向电阻率及生长的真空单晶

7、轴向电阻率的对比，表中电阻率检测点从距头部8Omm处开始，检测点间距约为50mmo表2为真空单晶生长结果，表中的有效长度指电阻率及少子寿命为表中所列数值的单晶长度。3讨论2.1影响掺杂效果的主要因素区熔掺杂时，实际掺入剂量与计算值间存在一定的差距，这是由于掺朵效果受到掺朵工艺过程屮各种因素的影响：掺杂前多晶的原始电阻率、杂质附着在多晶表面上的牢固程度、区熔过程中炉内氟气气氛的压强及熔区移动速率、加热功率、晶体旋转速度等都会影响掺杂的效果。因此，掺杂时应力求保持工艺条件的稳定。需要在同等条件下进行反复实验，才能获得准确的K值，保证掺杂的准确性。在掺杂前•的提

8、纯过程中使多晶硅的轴向电阻率比较均匀，更有利丁-掺杂后多晶电阻率范