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氧和氮是直拉硅单晶中非故意掺杂的重要杂质,它们显著影响直拉硅单晶的性能。傅立叶变换红外光谱(FTIR)是研究上述两种杂质在直拉硅单晶中行为的有效手段。本文的主要工作就是利用FTIR研究了直拉硅单晶中氮氧复合体的形成与消失、氮杂质在高温下的内扩散、高压下氧热施主的行为以及重掺锑硅单晶中氧浓度的测量,得到了如下主要结论:
1.具有电活性的氮氧复合体在650℃热处理时形成,在初始阶段由氮对和间隙氧原子形成NNO复合体,随着热处理时间的延长,NNO复合体与间隙氧结合生成NNOx(x≥2)复合体,直至氮对几乎被耗尽。上述过程的逆过程,即氮氧复合体完全分解成氮对和间隙氧,在普通炉退火时需经1200℃热处理1h后完成,而在快速热处理(RTP)时仅需在1000℃维持10s后即可完成。
2.在氮气氛下普通炉处理时,氮在直拉单晶硅中发生明显内扩散的最低温度为1150℃,而在氮气氛下RTP时,在1050℃时即可发生氮的内扩散。在相同的温度下,RTP导致的氮内扩散饱和所需的时间比普通炉处理情况下的要短得多。上述现象可能与RTP的紫外光辐射有关。
3.重掺锑硅单晶中氧浓度的FTIR测量至今尚未解决,虽然本文亦未能最终解决这一问题,但通过研究发现低温中红外吸收光谱中与氧相关的1115cm-1到1140cm-1吸收峰的积分面积与样品的厚度几乎无关,这一面积或许可以作为计算氧浓度的依据。不过,相应的转换系数仍有待确定。
4.高压(0.1-1GPa)热处理对与氧相关的热双施主(TDDx,x=1-9)的生成有促进作用,并且对x值越大的TDD的生成促进得越显著。这可能与氧在高压下的增强扩散有关。另外发现,在高压热处理条件下,氮杂质略微促进TDD的生成,而锗杂质略微抑制TDD的生成。