Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения

Министерство общего и высшего образования

Российской Федерации

Иркутский Государственный Университет

Физический факультет

Кафедра электроники твердого тела

Курсовая работа

Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения.

Работу выполнил: студент группы 1431

Ширяев Дмитрий Анатольевич

Научный руководитель: кандидат ф-м наук,

доцент кафедры электроники твердого тела

Синицкий Владимир Васильевич

Иркутск 1998 г.

Оглавление:

Введение…3

1 Технология получения столбчатого мультикремния из кремния полученного методом карботермического восстановления…5

2Электрофизические параметры и зависимость их от технологий производства…6

3 Диффузионная длина, фотопроводимость, время жизни…7

3.1 Понятие времени жизни…8

3.2 Фотопроводимость…9

3.3 Многозарядные ловушки в полупроводниках…11

4. Установка для измерения жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках…13

Заключение…14

Использованные источники…15

Приложение…16

Введение.

Технология получения чистого полупроводникого кремния на данный момент отработана достаточно хорошо. Наиболее чистые материалы получают путем синтеза кремния в газовую фазу (SiCl3), последующую очистку и восстановления чистого кремния.

Данный метод достаточно дорог для солнечной энергетики, так как в солнечных элементах, где основную стоимость составляет именно используемый кремний и применение кремния восстановленного из газовой фазы приведет к такой цене, что преимущество солнечной (альтернативной) энергетики перед традиционными источниками энергии, будет можно сказать с обратным знаком.

В связи с этим, рядом научных и производственных объединений Иркутской области ведутся работы по получению более дешевых технологий получения солнечного кремния. Технология предусматривает карботермическое восстановление из чистых природных кварцитов, имеющихся в Прибайкалье, и последующую его очистку путем отмывания в различных кислотах и перекристаллизацию при различных технологических параметрах.

Возникает необходимость исследования дефектности структур, а также одержания в нем примесей и связи этих параметров с характеристиками технологических процессов.

В прошлой курсовой работе нами были поставлены и апробированы на получаемых образцах методики, позволяющие получать информацию о типе полупроводника, его электропроводности, о концентрации носителей заряда и их подвижности. Для чего использовались две методики измерения это: 1. Измерение удельной электропроводности четырехзондовым методом 2. Измерение ЭДС Холла. Полученные нами данные хорошо согласовались с табличными данными, что говорило о хорошей применимости данных методов контроля для предъявляемых требований. Прошлогодние результаты говорили о следующих особенностях первых полученных образцов: низкая подвижность меньше на два порядка табличных данных, что приводило к выводу о высоком содержании электронейтральной примесей.

Институтом Геохимии СО РАН проводились работы по совершенствованию методик получения чистого кремния, было использовано другое сырье, которое синтезировалось в других условиях, очистка кремния методом рафинирования; что позитивно отразилось на данных полученных нами. Так же ими получены данные химического анализа исследуемых нами образцов.

Задача настоящей курсовой работы, заключалась в дальнейшем исследовании зависимости электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления и разработка методики, позволяющей получать данные о кинетических процессах происходящих в исследуемом кремнии.

1. Технология получения столбчатого мультикремния из кремния полученного методом карботермического восстановления.

В этом году институтом Геохимии СО РАН проводились работы по совершенствованию методик очистки кремния. Было использовано:

1)Другое сырье, синтезировалось в других условиях (Ирказ), где установлена специализированная печь для получения поликристаллического кремния. 2) Институт применял метод рафинирования (двойная перекристаллизация методом Стокбаргера).

3)Получены данные химического анализа как для сырья, так и для полученных образцов, что позволяет говорить о степени очистки и судить о примесях которые определяют происходящие процессы и механизмы рассеяния в полупроводнике.

4) Необходимое дробление материла можно осуществлять разными методами, но неизбежно одно, что при использовании, скажем стального молотка, в образце растет концентрация Fe. В связи с этим, для дробления был использован молибденовая насадка для пресса, молибдена мало в исходном материале, то есть его появление можно обосновать используемой в технологическом процессе насадкой.

5) Очистка кремния методом вакуумной сублимации. В атмосфере 10-3 Тор осуществляется нагрев в ростовой печи происходит испарение примесей t плав. которых меньше t плав. кремния. @ 1450°С. Дальше доводят температуру в печи до температуры плавления и выдерживают некоторое время для испарения более тугоплавких примесей. Затем температуру поднимают на отметку 50−70°С выше температуры плавления для испарения еще более тугоплавких примесей и выдерживают в этом режиме некоторое время. Скорость роста при этом лежит около 0.8 см/час.

Рис.1

После роста, получаем кремний, который имеет области монокристалличности схематично изображенные на рис. 1. Это так называемый, столбчатый мультикремний.

2. Электрофизические параметры и зависимость их от технологий производства.

Электрофизические параметры образцов приведены в таблице 1.

N

Тип

провод.

r

Омx см

s

Ом-1x см-1

R

см3

к

n

см-3

m

см3

вx с

d

см

7−1

N

0.145

6.850

58.140

1.17*1017

355.04

0.20

7−2

N

0.077

13.04

50.250

1.24*1017

655.26

0.19

8−1

N

5.260

0.190

566.60

1.10*1016

107.65

0.20

8−2

N

1.205

0.830

27.320

2.28*1017

22.680

0.20

9−1

N

0.470

2.320

25.600

2.44*1017

59.400

0.18

9−2

N

1.588

0.630

26.325

2.37*1017

16.580

0.28

10−1

N

1.240

0.800

13.050

4.79*1017

10.450

0.17

10−2

N

0.670

1.490

31.410

1.99*1017

46.700

0.20

10−3

P

1.920

0.520

17.360

3.60*1017

10.450

0.17

11−1

P

1.390

0.735

31.000

2.00*1017

22.300

0.30

11−2

P

0.670

1.500

22.300

2.80*1017

33.800

0.29

13−1*

P

0.274

3.650

13.890

4.50*1017

51.000

0.20

13−2*

P

0.255

3.920

25.000

2.50*1017

98.000

0.17

14−1

P

0.192

5.200

9.8750

6.30*1017

51.350

0.14

14−2

P

0.165

6.060

6.3900

9.78*1017

38.720

0.16

15−1

P

0.181

5.525

4.5400

1.38*1018

25.080

0.15

15−2

P

0.260

3.846

4.6800

1.34*1018

18.000

0.12

16−1*

P

0.094

10.70

6.2000

1.00*1018

66.340

0.26

16−2*

P

0.104

9.590

7.4500

8.39*1017

71.440

0.24

21−1*

P

0.094

10.64

8.4700

7.38*1017

90.100

0.20

21−2*

P

0.089

11.24

8.8100

7.10*1017

99.000

0.20

21−4*

P

0.093

10.72

8.1300

7.69*1017

87.200

0.20

Таблица 1 *-образец перекристаллизован два раза

Анализ результатов позволяет сделать некоторые выводы о зависимости от параметров:

  1. В образцах, которые были перекристаллизованы два раза ощутимо меньше удельная электропроводность r, по сравнению с предыдущими образцами.

2) У этих образцов выше подвижность, что позволяет говорить о меньшем количестве примесей; о более глубокой очистке при данном методе.