ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ...
description
Transcript of ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ...
ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ
НАНОПРЕЦИПИТАТОВ SiO2 В Si ПОД ДЕЙСТВИЕМ RTA
Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАНУ, Киев, Украина
ОАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «ГИРЕДМЕТ»» Москва, Россия
В.Г. Литовченко, И.П. Лисовский, В.Ф. Мачулин, В.П. Кладько, А.В. Сариков,
С.А. Злобин, М.В. Войтович, М.В. Меженный
Мотивация и цельБольшинство исследований, касающихся влияния БТО на преципитацию кислорода в пластинах Si, связано с применением различных режимов отжига после предварительной термообработки с использованием импульсного нагрева. Нами было обнаружено, что БТО пластин солнечного кремния при умеренной температуре (850oC) вызывает ускоренную преципитацию кислорода. Целью работы является исследование влияние БТО на изменение дефектного состояния кристалла и обсуждение возможных физических механизмов ускоренной преципитации кислорода в кристаллах солнечного Cz-Si под действием БТО.
Методика эксперимента
Cz-Si
Отжиг Т=8000С t=10ч
БТОТ=8500C
t =126 мин
Методика эксперимента
Исследовали: тип и размеры дефектов (дифракционное отражение и
диффузное рассеяние рентгеновских лучей -
рентгеновский дифрактометр “X’Pert PRO MRD”) концентрация междоузельного кислорода (Сі) и
преципитировавшего кислорода (Ср)(FTIR Spectrum BXII PerkinElmer)
структура преципитированной фазы (анализ формы полосы поглощения на валентных колебаниях Si-О
связи)
900 1000 1100 12000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Abs
orba
nce
Wavenumber, cm-1
Структурное состояние кислорода в исходном кристалле
В постростовом состоянии преципитировавший кислород образовывал включения с малонапряженной структурой, состоящие из
6-членных колец SiО4 -тетраэдров
Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате отжига
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 13000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Abs
orba
nce
Wavenumber, cm-1
постростовое сотояние
800оС - 10 час
Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате БТО
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 13000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5 постростовое состояние
800оС - 10 час БТО - 1 мин БТО - 6 мин БТО - 11 мин БТО - 16 мин БТО - 26 мин
Abs
orba
nce
Wavenumber, cm-1
Верхняя часть слитка Нижняя часть слитка
950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 13000,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Abs
orba
nce
Wavenumber, cm-1
постростовое состояние
800оС - 10 час БТО - 1 мин БТО - 6 мин БТО - 11 мин БТО - 16 мин БТО - 26 мин
Изменение структурного состояния кислорода в
результате отжига (800 оС, 10 часов, аргон)
Постростовое состояние
ТО
В структуре преципитатов рядом с тетраэдрами SiО4 появляются молекулярные комплексы недоокисленного кремния (SiО2Si2 и SiО3Si)
Изменение концентрации межузельного кислорода в процессе БТО
Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) данные о концентрации междоузельного кислорода в зависимости от времени БТО обработки при 850 °С пластин Cz-Si, вырезанных из верхней (1) и нижней (2) части слитка Si .
Характеристики микродефектов (МД) исследованных образцов.
ОБРАЗЕЦРазмер МД
вакансионого типа, мкм
Размер МД междоузельного типа,
мкм
ci/cv
Постростовое состояние
верх 0,572,23·10-2
0,572,45·10-2
0,870,76
низ 1,07 1,07 1,77
Отжиг 800 оC 10 ч
верх 1,561,91
1,141,91
0,750,53
низ 1,72 1,72 0,48
Отжиг 800 оC 10 ч + БТО
верх 2,45 3,441,56
1,36
низ 1,43 0,48 8,86
Изменение структурного типа дефектов в результате термообработок
Зависимость соотношения концентраций дефектов междоузельного и вакансионного типа от вида отжига для пластин кремния, вырезанных из верхней и нижней части слитка Si.
Термообработка при 800оС приводит к росту вклада дефектов вакансионного типа для обоих частей слитка. При этом, для образцов, вырезанных из верхней части слитка, наблюдается исчезновение мелких микродефектов.
БТО приводит к изменению преобладающего типа собственных точечных дефектов – в обеих частях слитка стали преобладать дефекты междоузельного типа, причем этот эффект намного заметнее для образцов, вырезанных из нижней части слитка.
Для описания кинетики преципитации кислорода в процессе БТО при 850 °С была предложена математическая модель. Эта модель предполагает, что до проведения БТО в пластинах кремния существуют преципитаты SiO2 равного размера сферической формы с концентрацией Np, образовавшиеся в результате отжига при 800 °С. Лимитирующей стадией данной модели роста преципитатов при БТО является процесс диффузионного подвода кислорода извне.
Обсуждение экспериментальных результатов
Для объяснения экспериментальных данных в рамках предложенной модели необходимо допустить, что значения равновесной концентрации межузельного кислорода, определенные в результате моделирования, значительно превышают известное значение предела растворимости.
Это требует доработки данной модели для описания явлений, протекающих в процессе преципитации кислорода при проведении БТО по сравнению со случаем традиционного термического отжига.
Обсуждение экспериментальных результатов
Выводы В данной работе изучены особенности преципитации кислорода в пластинах кремния, подвергнутых БТО после термообработки при 800оС (10 час.).
БТО приводит к изменению преобладающего типа собственных точечных дефектов – в обеих частях слитка начинают преобладать дефекты междоузельного типа, причем этот эффект намного заметнее для образцов, вырезанных из нижней части слитка.
•Для описания кинетики преципитации кислорода в процессе БТО при 850 °С была предложена математическая модель. Принципиальным моментом этой модели было значительное увеличение коэффициента диффузии кислорода в отожженных пластинах Si, a также изменение растворимости межузельного кислорода (в частности, вследствие взаимодействия с точечными дефектами, которые генерируются при БТО обработках).