《光伏材料检测技术》课件-晶硅电化学腐蚀

晶硅电化学腐蚀主讲教师：目录CONTENTS01.电化学腐蚀02.化学腐蚀法检测晶体缺陷03.腐蚀影响因素04.腐蚀在半导体技术中的应用05.半导体硅的常用腐蚀剂的使用电化学腐蚀PART01一、电化学腐蚀（一）化学腐蚀化学腐蚀是指金属或半导体材料于高温下(1200℃)在腐蚀性气体中所受到的腐蚀。以半导体硅来说，经常用HCl进行硅表面的气相腐蚀，这种腐蚀的反应如下：Si+4HCl→SiCl4+2H2（在1200℃）一、电化学腐蚀（二）电化学腐蚀电化学腐蚀、电解腐蚀电化学腐蚀是指金属或半导体材料在电解质水溶液中所受到的腐蚀。如果没有外加电源，称为电化学腐蚀；如果有外加电源，则称为电解腐蚀。一、电化学腐蚀（二）电化学腐蚀电化学腐蚀的条件被腐蚀的半导体各个部分或区域之间存在电位差，构成正极和负极；具有不同电极电位的半导体各部分要互相接触。半导体电极电位的不同部分处于互相连通的电解质溶液中，以构成微电池。化学腐蚀法检测晶体缺陷PART02二、化学腐蚀法检测晶体缺陷（一）硅晶体电化学腐蚀酸性条件下电化学反应：负极反应HF的作用Si+2H2O+2p→SiO2+4H++2e+6HF→H2SiF6+2H2O就在于促进负极反应的进行，使负极反应产物SiO2溶解掉，否则生成的SiO2就会阻碍硅与H2O的电极反应。二、化学腐蚀法检测晶体缺陷（一）硅晶体电化学腐蚀酸性条件下电化学反应：正极反应电极总反应HNO3+3H+→NO↑+2H2O+3p3Si+4HNO3+18HF→3H2SiF6+4NO↑+8H2O二、化学腐蚀法检测晶体缺陷（二）碱性电化学反应负极反应Si+6OH-→SiO32-+3H2O+4e硅原子与OH-离子反应生成SiO32-离子，同时放出电子。正极反应2H++2e→H2↑二、化学腐蚀法检测晶体缺陷（二）碱性电化学反应总反应Si+6OH-+4H+=SiO32-+3H2O+2H2↑碱性溶液中H+离子浓度极少，但又只能依靠这些极微量的H+离子的放电构成正极反应。腐蚀影响因素PART03三、腐蚀影响因素腐蚀液的成分腐蚀液的成分对腐蚀速度影响最大。在纯HF中加入一滴HNO3也可以大大提高腐蚀速度。这是因为SiO2与HF形成六氟硅酸水溶络合物，使负极反应得以顺利进行。三、腐蚀影响因素电极电位硅单晶在不同腐蚀液中，P型硅的电极电位比N型硅的高。电极电位高的构成正极，不受腐蚀。因此同一块单晶中若存在P区和N区，则N区优先受到腐蚀。三、腐蚀影响因素电极电位N型硅，电阻率越低（即少数载流子空穴浓度越低），电极电位越低。P型硅，电阻率越低（多数载流子空穴浓度越高），电极电位越高。三、腐蚀影响因素缓冲剂的影响缓冲剂一般是弱酸弱碱，如CH3COOH和NH4OH等。在强酸或强碱溶液中加入一定的缓冲剂就能起到调节酸度(H+)或碱度(OH-)的作用。电离反应为：

CH3COOH＝CH3COO-+H+

（可逆反应）三、腐蚀影响因素腐蚀处理的温度腐蚀处理温度越高，腐蚀速度越快。但有时为了改善腐蚀表面质量而希望腐蚀处理温度低一点。三、腐蚀影响因素搅拌的影响搅拌可以加快物质的传递速度，使反应物及时离开，有利于反应的进行。可采用超声处理，加快气体析出，以改善腐蚀表面质量，搅拌还能改善腐蚀液的择优性质。三、腐蚀影响因素光照的影响在腐蚀处理时若加光照，半导体就在光照下激发出电子和空穴对，而使载流子浓度增加。这些电子和空穴正是电极反应所需要的，有利于微电池腐蚀。快速腐蚀时（如化学抛光）一般不受光照的影响，而慢速腐蚀时光照影响就比较大。腐蚀在半导体技术中的应用PART04四、腐蚀在半导体技术中的应用（一）材料及器皿、用具的清洗盐酸的强酸性和强腐蚀性。浓硫酸的强氧化性和强酸性、脱水碳化作用。硝酸的强氧化性和强酸性。双氧水在酸性和碱性溶液中具有的强氧化性。四、腐蚀在半导体技术中的应用（二）显示缺陷单晶中晶体缺陷的显示利用了缺陷附近原子排列无序、晶格畸变、应变比较大的特点，在化学腐蚀时，微电池在这些地方作用比较强烈，优先受到腐蚀，形成了对应的腐蚀坑。当Vs>Vd>>Vc时，形成腐蚀坑，显露出单晶中的晶体缺陷。当Vc>>Vs>Vd时，不能形成腐蚀坑，而是抛光成镜面。四、腐蚀在半导体技术中的应用（三）将表面抛光成镜面半导体硅的常用腐蚀剂的使用PART05五、半导体硅的常用腐蚀剂的使用腐蚀剂名称组分腐蚀时间说明Sirtl腐蚀液1储备液、1HF、储备液：33%CrO3水溶液10~15分可显示(111)面缺陷。此腐蚀剂在常规检测中被广泛应用。Dash腐蚀液1HF、3HNO38-12HAc1~16小时可腐蚀各个晶面，随位错线深入到晶体中会出现深的腐蚀坑。减少冰醋酸量可使腐蚀加快Secco腐蚀液2HF1K2Cr2O7(0.15mol)20min以上加入HAC可改善衬底，可显示(100)面位错坑，无择优性，使用时应加超声搅拌。Wright

腐蚀液60亳升HF、HAC、H2O30毫升CrO3(5mol)30毫升HNO32克Cu(NO3)·3H2O20分钟以上可显示(100)面位错，显示(100)面漩涡不充分，背景清晰，择优性好。Shimmel

腐蚀液储备液：75克CrO3+1000mlH2O对ρ<0.2Ω·cm储备液：HF=1：2，对ρ<0.2Ω·cm储备液：HF：H2O=1：2：1.55~15min以上适用于硅(100)面位错及氧化缺陷显示。使用时需对腐蚀剂加以振荡。小结SUMMARY01晶体硅在酸性条件下的电化学腐蚀；0