بارش اکسیژن در تک کریستال های سیلیکونی چیست؟

چیستOاکسیژنPتلاوت درSنمادSیک نفرهCکریستال ها

حلالیت اکسیژن در سیلیکون 2.75×10Λ18 سانتی متر-3 و در سیلیکون مذاب 2.2×10Λ18 سانتی متر-3 است. محتوای اکسیژن در سیلیکون Zhizopull به طور کلی 0.5~2×10Λ18cm{15}} است. محتوای اکسیژن در سیلیکون Zhizopull بسیار بیشتر از پلی سیلیکون است و منبع اصلی آن انحلال بوته های کوارتز است. در دمای بالای 1420 درجه، کوارتز با سیلیکون واکنش می دهد و SiO را تشکیل می دهد.

بیشتر SiO بر روی سطح مذاب سیلیکون تبخیر می شود، در حالی که بخش کوچکی (حدود 1٪) به دلیل همرفت و انتشار مایع وارد سیلیکون مذاب می شود که باعث افزایش محتوای اکسیژن در کریستال می شود. توزیع اکسیژن در کریستال ها در سر زیاد و در دم کم است. در سطح مقطع در مرکز بالا و در لبه ها کم است.

اکسیژن در دمای بالا یا عملیات حرارتی چند مرحله ای رسوب می کند تا دریاچه های اکسیژن تشکیل شود. دریاچه تشکیل اکسیژن خنثی است، جزء اصلی SiOx است، خاصیت الکتریکی ندارد و حجم آن 2.25 برابر اتم های سیلیکون است. هنگام تشکیل یک دریاچه، اتم های سیلیکون خود بینابینی از بدنه تشکیل دریاچه به داخل کریستال ساطع می شوند که در نتیجه به دلیل اشباع اتم های بینابینی در شبکه سیلیکونی جدا شده و در نتیجه نقص های ثانویه مانند جابجایی و گسل های لایه ایجاد می شود.
با توجه به جابجایی و سایر عیوب اثر جذب ناخالصی ها، به ویژه ناخالصی های فلزی، این فرآیند اغلب برای تولید اکسیژن به دریاچه برای جذب ناخالصی ها استفاده می شود، به طوری که منطقه تولید دستگاه یک منطقه تمیز است، به طوری که عملکرد را بهبود می بخشد. و کیفیت دستگاه، این فرآیند را جذب ناخالصی داخلی یا فرآیند جذب ذاتی می نامند. بنابراین کنترل مقدار مشخصی از غلظت اکسیژن در سیلیکون ضروری است و دستگاه نیز نیاز به کنترل فرم اکسیژن دارد، بنابراین بررسی عوامل موثر بر تشکیل رسوب اکسیژن نیز موضوع بسیار مهمی است. بارش اکسیژن می تواند به اشکال مختلف مانند کروی، میله ای شکل و پوسته ای شکل باشد. شکل خاص به عواملی مانند غلظت ناخالصی ها در سیلیکون تک کریستالی، دما و زمان عملیات حرارتی بستگی دارد. به طور کلی این ساختار اعتقاد بر این است که هسته رسوب اکسیژن معمولاً از اتم های اکسیژن متعدد تشکیل شده است و اتم های ناخالص دیگری ممکن است در اطراف آن جذب شوند، مانند اتم های کربن، اتم های نیتروژن و غیره. با رشد رسوب، ساختار آن ممکن است پیچیده تر شود. .

اثرات مثبت اکسیژن بر سیلیکون تک کریستالی

· جذب Adpurity: رسوب اکسیژن می تواند به عنوان یک مرکز موثر برای جذب و به دام انداختن ناخالصی های فلزی عمل کند و در نتیجه خلوص و عملکرد الکتریکی سیلیکون مونو کریستال را بهبود بخشد. به عنوان مثال، در ساخت مدارهای مجتمع، اثرات نامطلوب ناخالصی های فلزی بر عملکرد دستگاه را می توان با کنترل صحیح تشکیل رسوب اکسیژن کاهش داد.

استحکام مکانیکی افزایش یافته: میزان مشخصی از رسوب اکسیژن می تواند استحکام مکانیکی سیلیکون تک کریستالی را افزایش دهد و آن را در طول پردازش و استفاده پایدارتر کند.

اثرات منفی اکسیژن بر سیلیکون تک کریستالی

· طول عمر حامل اقلیت: بارش اکسیژن به مرکز نوترکیبی حامل های اقلیت تبدیل می شود و طول عمر حامل اقلیت سیلیکون تک کریستالی را کاهش می دهد. این برای برخی از دستگاه هایی که به طول عمر بالایی از چند حامل نیاز دارند، مانند سلول های خورشیدی خوب نیست.

علت استرس: تشکیل رسوب اکسیژن می تواند در سیلیکون تک کریستالی ایجاد تنش کند که می تواند منجر به تولید و انتشار عیوب کریستالی شود و بر کیفیت و قابلیت اطمینان سیلیکون تک کریستالی تأثیر بگذارد.