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单晶硅的面缺陷及其产生原因

单晶硅的面缺陷及其产生原因 光伏研习社
2024-04-06
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面缺陷主要有同种晶体内的晶界,小角晶界,层错,以及异种晶体间的相界等。

平移界面: 晶格中的一部分沿着某一面网相对于另一部分滑动(平移)

堆跺层错: 晶体结构中周期性的互相平行的堆跺层有其固有的顺序。如果堆跺层偏离了原来固有的顺序,周期性改变,则视为产生了堆跺层错。

晶界:是指同种晶体内部结晶方位不同的两晶格间的界面,或说是不同晶粒之间的界面。按结晶方位差异的大小可将晶界分为小角晶界和大角晶界等。小角晶界一般指的是两晶格间结晶方位差小于 10 度的晶界。偏离角度大于 10 度就成了孪晶。

相界:结构或化学成分不同的晶粒间的界面称为相界。

1、小角晶界:

硅晶体中相邻区域取向差别在几分之一秒到一分(弧度)的晶粒间界称为小角度晶界。在{100}面上,位错蚀坑则以角顶底方式直线排列。

2、层错:

指晶体内原子平面的堆垛次序错乱形成的。硅单晶的层错面为{111}面。

2.1 层错产生原因:

在目前工艺条件下,原生硅单晶中的层错是不多见的。一般认为,在单晶生长过程中,固态颗粒进入固液界面,单晶体内存在较大热应力,固液界面附近熔体过冷度较大,以及机械振动等都可能成为产生层错的原因。

2.2 层错的腐蚀形态

应用化学腐蚀方法显示硅单晶中的层错时,有时可以观察到沿<110>方向腐flgit 汇总蚀沟槽,它是层错面与观察表面的交线。在{111}面上,层错线互相平行或成 60º,120º分布,{100}面上的层错线互相平行或者垂直,在层错线两端为偏位错蚀坑。层错可以贯穿到晶体表面,也可以终止于晶体内的半位错或晶粒间界处。

2.3 氧化诱生层错

形成的根本原因:

热氧化时硅二氧化硅界面处产生自间隙硅原子,这些自间隙硅原子扩散至张应力或晶格缺陷(成核中心)处而形成 OSF 并长大。

一般认为,OSF 主要成核十硅片表面的机械损伤处、金属沾污严重处,其它诸如表面或体内的旋涡缺陷、氧沉淀也是 OSF 的成核中心它与外延层错相区别也与由体内应力引起的体层错(bulk stacking faults)相区别。通常 OSF 有两种:表面的和体内的。表面的 OSF 一般以机械损伤,金属沽污、微缺陷(如氧沉淀等)在表面的显露处等作为成核中心;体内的 B-OSF(Bulk OSF)则一般成核于氧沉淀。

20 世纪 70 年代末,研究者发现硅晶体中的 OSF 常常呈环欲分布特征(ring-OSF )后人的研究表明,这与晶体生长时由生长参数(生长速度、固液界面处温度梯度)决定的点缺陷的径向分布相关联由干空位和自间隙的相互作用,进而引起氧的异常沉淀,从而引发 OSF

3 孪晶

3.1 孪晶的构成

孪晶是由两部分取向不同,但具有一个共同晶面的双晶体组成。它们共用的晶面称为孪生面,两部分晶体的取向以孪生面为镜面对称,且两部分晶体取向夹角具有特定的值。硅晶体的孪生面为{111}面。

3.2 孪晶生成原因

晶体生长过程中,固液界面处引入固态小颗粒,成为新的结晶中心,并不断长大形成孪晶。此外,机械振动、拉晶速度过快或拉速突变也可促使孪晶的形成。


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