《光伏材料检测技术》课件-晶体硅半导体中缺陷

晶体硅半导体中缺陷主讲教师：目录CONTENTS01.微观缺陷02.宏观缺陷03.点阵应变和表面机械损伤04.课堂总结微观缺陷PART01一、微观缺陷（一）点缺陷空位由于热运动或辐照离开其平衡位置跑到晶格的空隙中或晶体的表面，从而在原子点阵上留下了空位。由于晶体生长以后冷却相当快，晶体中在高温下形成的大量空位来不及扩散到晶体表面，就被“冻结”在体内；另一方面，空位还可以与许多杂质原子形成络合体。填隙原子晶格空隙处的多余原子。晶格中有相当大的空隙可容纳填隙原子。一、微观缺陷（一）点缺陷络合体这是空位与杂质原子相结合而形成的复合体。例如，硅中空穴与磷原子相结合形成空位-磷原子对（称为E中心），与氧原子相结合形成空位-氧原子对（称为A中心）等。外来原子半导体晶体中还可以出现外来原子，例如硅中的氧、碳、重金属等杂质原子。这些外来杂质原子可以以填隙方式或替位方式存在，并往往与硅原子结合成键。一、微观缺陷（二）线缺陷晶体的上下两部分受到剪切力作用则发生相对滑移，出现多余的原子半平面。刃形位错晶体上下发生相对错动。螺形位错一、微观缺陷（二）线缺陷当位错线方向确定后，利用右手螺旋法则，沿晶格基矢走，构成闭合回路，计算三个基矢方向上所走的步数得到的矢量即为柏格斯矢量。柏格斯矢量一、微观缺陷（二）线缺陷柏格斯矢量与位错线垂直的位错。刃形位错柏格斯矢量与滑移方向相互平行的位错。螺形位错一、微观缺陷（二）线缺陷滑移条件是该面上原子的面密度大，面间距大，晶面之间原子的相互约束力弱，容易产生相对滑移。滑移方向在原子距离最小的晶列方向滑移，所需的能量最小，这样的晶向是最容易滑移的方向。对硅晶体而言，[110]原子间距最小，所以[110]是滑移方向。一、微观缺陷（二）线缺陷滑移运动攀移运动一、微观缺陷（三）位错腐蚀坑（111）面：三角形坑（100）面：方形坑（110）面：菱形坑一、微观缺陷（三）位错腐蚀坑本征层错由晶体中的空位所

聚集成的空位团崩塌而形成，a、b、c堆垛次序中某处缺少了b层原子。一、微观缺陷（三）位错腐蚀坑非本征层错是在高温条件下由

于存在外来片状沉淀，

a、b、c堆垛次序中某处多了一层b层原子。一、微观缺陷（四）杂质沉淀半导体晶体在其生长和以后处理过程中会受一些杂质沾污，例如氧、碳及金属杂质。金属杂质中，对器件影响最大的是重金属铜、银、铁、镍和碱金属（主要是钠），以上这些杂质在高温下溶解度很大，到室温时溶解度大大降低。这样，在一定的温度条件下就会以杂质沉淀的形式脱溶析出。宏观缺陷PART02二、宏观缺陷（一）小角度晶界和系属结构把多晶体晶粒间的界面称为晶界，单晶中往往存在晶向角度差极小的两个区域，通常称为亚晶粒。亚晶粒的界面称为亚晶界，又常常称为小角度晶界。二、宏观缺陷（二）位错排与星形结构当晶体的滑移面受滑移切应力作用时，滑移面上的位错沿滑移方向运动。如果位错在晶体内运动过程中遇到障碍，就形成了位错由密到疏的排列。二、宏观缺陷（二）位错排与星形结构当晶体中存在大量的位错排，而它们又分布在不同的{111}面上时，经化学腐蚀后，沿〈110〉晶向排列的滑移线构成宏观有规则的结构。在（111）面上，宏观排成六角形图案的星形结构。二、宏观缺陷（三）杂质析出和夹杂物重掺杂单晶尾部常出现杂质析出。这是由于晶体过冷时，在某一温度下杂质过饱和而形成的。用化学腐蚀法可以显示出杂质的析出。点阵应变和表面机械损伤PART03三、点阵应变和表面机械损伤晶体中的应力和应变可以由各种原因引起，例如，加工损伤、位错应力场、过量空位、与基体原子半径不同的杂质原子的存在、切磨应力引起晶片的形变等。

表面机械损伤可以引入额外的自由载流子及表面复合中心，从而影响电阻率和少数载流子寿命等参数。表面上的机械损伤和残余应力会使晶片在以后的热处理过程中引起各种二次缺陷，影响器件的制作。课堂总结PART04小结SUMMARY01晶体硅中的微观缺陷；02晶体硅中的宏观缺陷。最后