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拉晶时径向电阻率均匀性的控制

拉晶时径向电阻率均匀性的控制 光伏研习社
2024-07-17
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影响单晶径向电阻率均匀性的主要原因是晶体生长时固液界面的平坦度和小平面效应

固液交界面平坦度的影响
在晶体生长时, 如果熔体搅拌均匀,则等电阻面就是固液交界面(熔体中的杂质浓度与晶体中杂质浓度不同,所以电阻率不同,只有在固液交界面电阻才会相等) 。
在杂质K<1时,凸向熔体的界面会使径向电阻率出现中间高边缘低,凹向熔体的界面则相反,平坦的固液界面其径向电阻率均匀性就比较好。
拉晶时固液交界面的形状是由热场分布及晶体生长运行参数等因素决定的。在直拉单晶中,固液面的形状是由炉温分布及晶体散热等因素综合作用的结果。
         
在拉晶时,在固液界面处热交换主要有四种:
  • 熔硅凝固放出的相变潜热

  • 熔体的热传导

  • 通过晶体向上的热传导

  • 通过晶体向外的辐射热。
潜热对整个界面是均匀的,在生长速率一定时大小也不变。(导热快,降温快,凝固速度增加)
  • 在生长晶体头部时,固液界面距单晶炉水冷籽晶杆较近,晶体内温度梯度较大,使晶体纵向导热大于表面辐射热,所以固液界面凸向熔体。

  • 在晶体生长到中部,纵向导热等于表面辐射热,故界面平直。

  • 在晶体尾部,纵向导热小于表面辐射热,使固液交界面凹向熔体。
为了获取径向电阻率均匀的单晶,必须调平固液界面。采用的方法有:
①调整晶体生长热系统,使热场的径向温度梯度变小。
②调节拉晶运行参数。
例如对凸向熔体的界面,增加拉速,使晶体凝固速度增加,这时由于在界面上放出的结晶潜热增大,界面附近熔体温度升高,结果熔化界面处一部分晶体,使界面趋于平坦。
反之,如生长界面凹向熔体,可降低生长速度,熔体会凝固一个相应的体积,使生长界面趋于平坦。
③调整晶体或坩埚的转速
增加晶体转速会使固液界面由下向上运动的高温液流增大,使界面由凸变凹。坩埚转动引起的液流方向与自然对流相同,所起的效果与晶体转动完全相反。
④增大坩埚内径与晶体直径的比值,会使固液界面变平,还能使位错密度及晶体中氧含量下降,一般令坩埚直径:晶体直径=3~2.5:1。

小平面效应的影响

晶体生长的固液界面,由于受坩埚中熔体等温线的限制,常常是弯曲的。如果在晶体生长时迅速提起晶体,则在(111)的锗、硅单晶的固液界面会出现一小片平整的平面,它是(111)原子密排面,通常称之为小平面。

在小平面区杂质浓度与非小平面区有很大差异,这种杂质在小平面区域中分布异常的现象叫小平面效应。

由于小平面效应,小平面区域电阻率会降低,严重时会出现杂质管道芯。为了消除小平面效应带来的径向电阻率不均匀性,需将固液界面调平。

         

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