直拉单晶硅中位错18页PPT
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直拉单晶硅中的位错
Ni Fe,Cu,Ni为间隙存在，Zn,Pt,Cu替位存在
金属杂质的基本性质
1、硅中金属杂质的存在形式 ①和其他杂质一样，硅中金属杂质的存在形式主要取决于固溶度，同时也 受热处理温度、降温速率、扩散速率等因素影响。 ②金属杂质可以以间隙态或替位态形式的单原子存在，也可以以复合体或 沉淀形式存在 2硅中金属杂质对硅器件的影响。 ①原子态的金属杂质主要影响载流子的浓度和少数载流子的寿命。金属杂 质对载流子寿命的影响为τ=1/νσN。 ②沉淀形式的金属杂质会严重影响少数载流子的寿命。
直拉单晶硅中的位错
晶体硅中有哪些位错？哪些途径导致位错？
位错的基本性质 晶体硅中的位错结构 晶体硅中位错的腐蚀和表征 晶体硅中位错对太阳电池的影响
晶体硅中有哪些缺陷？哪些因素导致 缺陷？
按照缺陷的结构分类，直拉单晶硅中主要存在点缺 陷、位错、层错和微缺陷；按照晶体生长和加工过 程分类，可分为晶体原生缺陷和二次诱生缺陷。 直拉单晶硅位错引入途径：①晶体生长时，由于籽 晶的热冲击，会在晶体中引入原生位错。②在晶体 生长的过程中，如果热场不稳定，将会产生热冲击， 也能从固液界面处产生位错，延伸进入晶体硅。③ 热应力引入位错。
位错的基本性质
图示为螺旋位错
螺旋位错是在外力的作用下， 某个原子面沿着一根与其相 垂直的轴线方向螺旋上升， 每旋转一周，原子面便上升 一个原子距离，从而导致部 分晶体的滑移
位错的基本性质
如果要准确的描述位错的性质，就需要用伯氏矢量的概念。伯氏 矢量是指在晶体中围绕某区域任选一点，以逆时针方向做一闭合 回路。如果该区域是完整晶体，回路的起点和终点会重合；如果 区域中含有位错，则起点和终点不能重合，那么从终点指向起点 的连线就是伯氏矢量，同时，该回路称为伯格斯回路。
金属杂质的基本性质
1、硅中金属杂质的存在形式 ①和其他杂质一样，硅中金属杂质的存在形式主要取决于固溶度，同时也 受热处理温度、降温速率、扩散速率等因素影响。 ②金属杂质可以以间隙态或替位态形式的单原子存在，也可以以复合体或 沉淀形式存在 2硅中金属杂质对硅器件的影响。 ①原子态的金属杂质主要影响载流子的浓度和少数载流子的寿命。金属杂 质对载流子寿命的影响为τ=1/νσN。 ②沉淀形式的金属杂质会严重影响少数载流子的寿命。
直拉单晶硅中的位错
晶体硅中有哪些位错？哪些途径导致位错？
位错的基本性质 晶体硅中的位错结构 晶体硅中位错的腐蚀和表征 晶体硅中位错对太阳电池的影响
晶体硅中有哪些缺陷？哪些因素导致 缺陷？
按照缺陷的结构分类，直拉单晶硅中主要存在点缺 陷、位错、层错和微缺陷；按照晶体生长和加工过 程分类，可分为晶体原生缺陷和二次诱生缺陷。 直拉单晶硅位错引入途径：①晶体生长时，由于籽 晶的热冲击，会在晶体中引入原生位错。②在晶体 生长的过程中，如果热场不稳定，将会产生热冲击， 也能从固液界面处产生位错，延伸进入晶体硅。③ 热应力引入位错。
位错的基本性质
图示为螺旋位错
螺旋位错是在外力的作用下， 某个原子面沿着一根与其相 垂直的轴线方向螺旋上升， 每旋转一周，原子面便上升 一个原子距离，从而导致部 分晶体的滑移
位错的基本性质
如果要准确的描述位错的性质，就需要用伯氏矢量的概念。伯氏 矢量是指在晶体中围绕某区域任选一点，以逆时针方向做一闭合 回路。如果该区域是完整晶体，回路的起点和终点会重合；如果 区域中含有位错，则起点和终点不能重合，那么从终点指向起点 的连线就是伯氏矢量，同时，该回路称为伯格斯回路。
晶体缺陷理论-位错的基本性质86页PPT
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华谢谢！86晶源自缺陷理论-位错的基本性质•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
晶体的位错PPT课件
21
线张力的作用
使位错变直——降低位错能量 相当于物质弹性——称之为位错弹性性质 类似于液体的表面张力。
22
如果受到外力或内力的作用，晶体中的位 错将呈弯曲弧形，如链接所示。
23
设曲率半径为R
对应的圆心角为dθ
位错线受张力T的作用
指向曲率中心的恢复力 f T sin d
2
当dθ很小时
T sin d T d
任何一个混合位错都可以分解为一个刃型位错和一个螺位错， 因此，混合位错的应变能可表示为二者之和。
EM Ee Es
Gb2 ln R (1 v cos2 ) 4 (1 v) r0
Φ为混合位错的位错线与柏氏向量的夹角。
对于刃型位错，φ=90°
EM
Ee
Gb2 ln
4 (1 v)
R r0
对于螺型位错，φ=90°
r
r
r
D cos
r
rz zr z z 0
采用直角坐标系：
xx
D
y(3x2 y2 ) (x2 y2)
yy
D
y(x2 y2) (x2 y2)
zz v( xx yy )
xy
yx
D
x(x2 y2) (x2 y2)
xz x yz zy 0
11
二、位错的应变能
位错的能量小，位错总有伸直的趋势。
19
三、位错的受力
本节主要内容： 1.位错的线张力 2.作用在位错线上的力
◆ 位错滑移的力 ◆ 位错攀移的力
20
1、位错的线张力
位错受力
弯曲
伸长 线张力
位错变直
能量↑ 能量↓
把位错线看成是一根有张力的弹性绳，所以位错就有线张 力。线张力在数值上与位错应变能相等。
线张力的作用
使位错变直——降低位错能量 相当于物质弹性——称之为位错弹性性质 类似于液体的表面张力。
22
如果受到外力或内力的作用，晶体中的位 错将呈弯曲弧形，如链接所示。
23
设曲率半径为R
对应的圆心角为dθ
位错线受张力T的作用
指向曲率中心的恢复力 f T sin d
2
当dθ很小时
T sin d T d
任何一个混合位错都可以分解为一个刃型位错和一个螺位错， 因此，混合位错的应变能可表示为二者之和。
EM Ee Es
Gb2 ln R (1 v cos2 ) 4 (1 v) r0
Φ为混合位错的位错线与柏氏向量的夹角。
对于刃型位错，φ=90°
EM
Ee
Gb2 ln
4 (1 v)
R r0
对于螺型位错，φ=90°
r
r
r
D cos
r
rz zr z z 0
采用直角坐标系：
xx
D
y(3x2 y2 ) (x2 y2)
yy
D
y(x2 y2) (x2 y2)
zz v( xx yy )
xy
yx
D
x(x2 y2) (x2 y2)
xz x yz zy 0
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二、位错的应变能
位错的能量小，位错总有伸直的趋势。
19
三、位错的受力
本节主要内容： 1.位错的线张力 2.作用在位错线上的力
◆ 位错滑移的力 ◆ 位错攀移的力
20
1、位错的线张力
位错受力
弯曲
伸长 线张力
位错变直
能量↑ 能量↓
把位错线看成是一根有张力的弹性绳，所以位错就有线张 力。线张力在数值上与位错应变能相等。
晶体位错理论基础(第一卷)PPT模板
05
§2.5平行直 线位错间的 相互作用能
03
§2.3作用在 位错上的力
06
一般性参考 文献
05
第三章各向同性介质中的位错环
第三章各向同性介 质中的位错环
§3.1位错位移场的Burgers公式 §3.2位错应力场的Peach-Koehler 公式 §3.3弹性能量；Blin公式 §3.4作用在位错线元上的力 一般性参考文献
14
附录A弹性力学的几个问题
附录A弹性力学的几个问题
A
§A.1记号 和定义
B
§A.2弹性 力学的基
本公式
C
§A.3平衡 方程的基
本解
D
§A.4Bet ti定理及
其推论
E
§A.5平面 问题
F
§A.6轴对 称弹性问
题
附录A弹性力学的 几个问题
参考文献
LOGO
感谢聆听
§8.6原子间势问题
第八章晶体点阵中 的位错
一般性参考文献
11
第九章密积结构：面心立方
第九章密积 结构：面心
立方
01 § 9 .1 密积结构晶体中 02 § 9 .2 面心立方结构中
的堆垛次序和层错
的不全位错
03 § 9 . 3 扩展位错和位错 04 § 9 . 4 F r an k 环与层错
锁
四面体
05 § 9 .5 位错割阶的构型 06 § 9 .6 层 错的交 截
第九章密积结构： 面心立方
§9.7扩展节点的若干构型 §9.8交滑移的几何 §9.9原子计算：铜中的位错 一般性参考文献
12
第十章六角密积、体心立方和共价 结构
第十章六角密积、体心立方和共价结构
§2.5平行直 线位错间的 相互作用能
03
§2.3作用在 位错上的力
06
一般性参考 文献
05
第三章各向同性介质中的位错环
第三章各向同性介 质中的位错环
§3.1位错位移场的Burgers公式 §3.2位错应力场的Peach-Koehler 公式 §3.3弹性能量；Blin公式 §3.4作用在位错线元上的力 一般性参考文献
14
附录A弹性力学的几个问题
附录A弹性力学的几个问题
A
§A.1记号 和定义
B
§A.2弹性 力学的基
本公式
C
§A.3平衡 方程的基
本解
D
§A.4Bet ti定理及
其推论
E
§A.5平面 问题
F
§A.6轴对 称弹性问
题
附录A弹性力学的 几个问题
参考文献
LOGO
感谢聆听
§8.6原子间势问题
第八章晶体点阵中 的位错
一般性参考文献
11
第九章密积结构：面心立方
第九章密积 结构：面心
立方
01 § 9 .1 密积结构晶体中 02 § 9 .2 面心立方结构中
的堆垛次序和层错
的不全位错
03 § 9 . 3 扩展位错和位错 04 § 9 . 4 F r an k 环与层错
锁
四面体
05 § 9 .5 位错割阶的构型 06 § 9 .6 层 错的交 截
第九章密积结构： 面心立方
§9.7扩展节点的若干构型 §9.8交滑移的几何 §9.9原子计算：铜中的位错 一般性参考文献
12
第十章六角密积、体心立方和共价 结构
第十章六角密积、体心立方和共价结构
第五章_直拉单晶硅中的杂质和位错
热施主在300-550度范围内产生，450度产生最 大热施主浓度 热施主在550度以上短时间热处理就可以消除， 通常在650度热处理0.5-1h就可以消除 初始形成速率与氧浓度的4次方成正比，其最大 浓度与氧浓度的3次方成正比 能级处于导带下0.06-0.07 eV 和0.13-0.15 eV， 是双施主态，热处理时间增长能级向价带偏移
单晶硅中的杂质： 1.有意引入的电活性杂质：P B 2.其他杂质：氧，碳，氮，氢和金属杂质 对于集成电路用直拉单晶硅来说氧是主要的杂质，碳杂质可 以通过优化工艺降低到1016cm-3 的红外探测极限以下。 氮杂质---用于控制微缺陷和增加机械强度 氢杂质---钝化金属杂质和缺陷 其主要缺陷类型为：点缺陷组成的微缺陷 太阳能级别的直拉单晶硅 杂质较多：氧，碳和金属杂质 1.生长速度快所引起的杂质 2.原材料引入的杂质 3.所用的器械引入的杂质 淀形成驱动 力 过饱和度大，临 界形核半径小 扩散慢 过饱和度较大， 临界形核半径较 大 扩散较快 过饱和度小，临 界形核半径大 扩散快
成核机制
密度高，尺寸小
均质成核为主
750-1050
密度高，尺寸大
均质成核和异质 成核竞争
1050-1250
密度底，尺寸大
异质成核为主
成核期（孕育期）--- 快速生长----接近饱和
氧沉淀形成时，晶体硅中的点缺陷、杂质、掺杂 剂都可能提供氧沉淀的异质核心儿影响氧沉淀的 形成。硼可以促进氧沉淀的形成。 纯氧气氛热处理---抑制作用：氧化时，表面生 成二氧化硅层，大量的自间隙硅原子从表面进入 体内，从而抑制氧沉淀的形成。 氮化气氛—促进作用：硅片氮化产生大量空位扩 散到体内，从而对氧沉淀形成起到促进作用。
直拉单晶硅中的位错
直拉单晶硅中的位错尽管单晶硅石晶格最为完整的人工晶体，但是，依然存在晶格缺陷。
晶体硅的缺陷有多种类型。
按照缺陷的结构分类，直拉单晶硅中主要存在点缺陷、位错、层错和微缺陷；按照晶体生长和加工过程分类，可以分为晶体原生缺陷和二次诱生缺陷。
原生缺陷是指晶体生长过程中引入的缺陷，对于直拉单晶硅而言，主要有点缺陷、位错和微缺陷；而二次诱生缺陷是指在硅片或器件加工过程中引入的缺陷，除点缺陷和位错以外，层错是主要可能引入的晶体缺陷。
对于太阳电池用直拉单晶硅，点缺陷的性能研究很少，其对太阳电池性能的影响不得而知；而普通硅太阳电池工艺的热处理步骤远少于集成电路，所以工艺诱生的层错也比较少。
显然，在太阳电池用直拉单晶硅中，位错是主要的晶体缺陷。
直拉单晶硅位错的引入可以有三种途径。
一是在晶体生长时，由于籽晶的热冲击，会在晶体中引入原生位错。
这种位错一旦产生，会从晶体的头部向尾部延伸，甚至能达到晶体的底部。
但是，如果采用控制良好的“缩颈”技术，位错可以在引晶阶段排出晶体硅，所以，集成电路用直拉单晶硅已经能够做到没有热冲击产生的位错。
另外，在晶体生长过程中，如果热场不稳定，产生热冲击，也能从固液界面处产生位错，延伸进入晶体硅。
对于太阳电池用直拉单晶硅，因为晶体生长速度快，有时有可能会有热冲击位错产生。
如果位错密度控制在一定范围内，对太阳电池的效率影响较小；否则，制备出的太阳电池效率就很低了。
二是在晶体滚圆、切片等加工工艺中，由于硅片表面存在机械损伤层，也会引入位错，在随后的热加工过程中，也可能延伸进入硅片体内。
三是热应力引入位错，这是由于在硅片的热加工过程中，由于硅片中心部位和边缘温度的不均匀分布，有可能导致位错的产生。
位错对太阳电池的效率有明显的负面作用，位错可以导致漏电流、p-n结软击穿，导致太阳电池效率的降低。
所以，在直拉单晶硅的制备、加工和太阳电池的制造过程中应尽力避免位错的产生和增加。
位错的基本性质位错是一种线缺陷，它是晶体在外力作用下，部分晶体在一定的晶面上沿一定的晶体方向产生滑移，其晶体移动不位和非移动部位的边界就是位错。
硅中缺陷
2．位错及重金属杂质沾污的控制 (1)降低硅单晶的重金属杂质含量 (2)建立超净条件，使用超纯试剂和气体
(3)杂质“吸除”技术 ①氧化物玻璃吸除： ② 位错“吸除”： ③ 背面淀积Si3N4的吸除： ④ 背面离子注入损伤的吸除作用：
3-2
硅单晶中微缺陷的形成与控制
在硅片(111)面上发现与位错坑不相对应的圆盘状坑。 由于这些坑集合在硅片上形成旋涡状图形，故称其为 “旋 涡缺陷”。 到目前为止，发现直拉单晶(CZ)和区熔单晶(FZ)的微缺 陷在性质和成因上是很不相同的。
图5-16
二、微缺陷对材料和器件的性能及成品率的影响
微缺陷对材料和器件性能的影响可归纳成两方面： 一方面它在外延、氧化等工艺过程中会转化为层错。 另一方面为微缺陷(或已转化成氧化层错)有吸引其他 杂质的作用，尤其是重金属杂质而成为电活性中心，使 少子寿命降低，同时使载流子迁移率降低。
三、微缺陷的控制及清除措施
3． 熔体中液流状态非稳流动引起的温度起伏产生的生 长条纹 (1)液流状态非稳流动引起界面层温度起伏 ： 在固液界面近邻的流体薄层之间则有相对滑动，这样的 流动，我们称为“层流”， 如图5-21(a)所示。层流的流 速关于距界面的距离的变化如图5-21(c)下部曲线所示。 熔体在某种条件下还存在另一种形式的流动，流体的流 线或迹线是无规则的、瞬变的，而且出现许多旋涡，如图 5-21（b）所示。这种流动称为“湍流”。湍流的特征是 流动场中的压力、速度作无规则起伏，如图5-21(c)中上 部曲线所示。当湍流发生时，固～液界面温度必然要产生 无规则起伏，
一、微缺陷形成模型及其本质
1． 空位团模型假设 从熔体中生长的无位错硅单晶，在冷却过程中空位的 过饱和是很严重的。它们一群一群地积聚起来，形成空 位团。每一空位团中包含大量空位(大致在几十万个以 上)，而空位团的线度却很小(约为10-4cm左右)所以通 称它为“微缺陷”。 “在晶体生长过程中，形成碳的花纹分布，碳在硅中处 于代替位置。由于它的原子半径小，引起晶格收缩畸变， 促使氧向此晶格畸变区域聚集。而空位又极易与各种杂 质元素结合，空位通过扩散与氧、碳结合成复合体。 在晶体冷却过程中，过饱和空位即以此复合体为核心， 进一步凝聚成空位团。它按碳的分凝花纹分布，这种氧、 碳空位的聚集体就是“微缺陷”。
8-晶体中的位错ppt课件
示从XY矢量中点引向UV矢量中点并延伸
长度为这两点距离两倍的矢量。它相当
XY/UV=XU+YV
从这一定义可知：
XY＋YV=XV；XY+UV=XU/YV
XY/UVUV/XY
XY/UV=YX/UV=XY/VU=YX/VU。
21
按上述的定义，还引出几类有用的符号。
⑤由②所列的符号中的任两个符号组成的新符号，例如D/C，它
可能的柏氏矢量 <100>
<1123>/3 2
独立滑移系
每一点的应变可用六个分量表示，但塑性形变保持体积不变，
即11+22+33=0，故只有五个应变分量是独立的。，若有五个独
立的滑移系开动的话，则靠这五个独立滑移系滑移量的调整可以 使任一点获得任意的应变量。
所谓独立的滑移系是指某一滑移系产生的滑移不能用所讨论 的其它滑移系的滑移组合来代替。晶体的滑移系中能互相搭配成 五个独立的滑移系的组合数的多少是衡量晶体塑性大小的一个因 素。
因为内禀层错的两侧的排列顺序一直到层错边界都是正确的 顺序，“内禀”因而得名；而现在的这种排列则不然，在层错中 心的一排原子面，不论从层错的两边哪一侧看，都不能归结为正 确的排列顺序。
16
若在面的堆垛中任意插入一层 (111) 面（例如在B和C层之间插入
一层A），于是堆垛顺序变成……ABCABCAB┇A┇CABCABC……，这
D/B
1 23 6
22
全位错
全位错的柏氏矢量是<110>/2 。这个刃位错的半原子面是(110)面，
在a[110]/2间隔内含有2层(110)面。在 (111)面上看，这2层半原子面表
现为弯曲的原子列。若全位错向左移动，则图中上层原子（深蓝