晶体硅中过渡族金属沉淀的微结构研究

研究主要利用透射电镜，结合扫描红外显微镜(SIRM)来研究晶体硅中过渡族金属(铁，铜以及镍)杂质的沉淀机理以及形貌的精细结构：深入研究不同预处理气氛(氩气、氮气以及氧气)、点缺陷类型、轻元素杂质(碳、氮以及氧)浓度以及冷却速率对金属杂质在直拉单晶硅体内以及铸造多晶硅晶界上沉淀过程的影响；探讨金属沉淀在基体中产生的应力如何影响它的形态、密度和分布，以及在这个过程中沉淀如何通过与点缺陷的相互作用来释放应力，促进反应的不断进行；通过探讨晶体硅材料的力学各向异性，如弹性模量等，分析晶体硅物理性能参数与金属沉淀晶体学取向之间的关系；本课题的提出，主要研究晶体硅材料在器件工艺过程中引入的过渡族金属杂质的扩散、沉淀特性，对于理解金属杂质在晶体硅中的沉淀规律，实现金属杂质的可控沉淀，更好地应用于大规模集成电路制造以及太阳能光伏产业具有重要的科学意义和研究价值。

在国家自然科学基金的支持下，至2013-1-15，共发表SCI论文5篇，国家发明专利2项。.本研究深入地研究了晶体硅中过渡族金属(铁，铜以及镍)杂质的沉淀机理以及分布特性：深入研究不同预处理气氛(氩气、氮气以及氧气)、点缺陷类型、轻元素杂质(碳、氮以及氧)浓度以及冷却速率对金属杂质在直拉单晶硅体内以及铸造多晶硅晶界上沉淀过程的影响；探讨金属沉淀在基体中产生的应力如何影响它的形态、密度和分布，以及在这个过程中沉淀如何通过与点缺陷的相互作用来释放应力，促进反应的不断进行；通过探讨晶体硅材料的力学各向异性，如弹性模量等，分析晶体硅物理性能参数与金属沉淀晶体学取向之间的关系。主要研究成果如下：.1. 扫描红外显微镜研究表明，对于镍杂质玷污的样品，不论杂质在何步骤引入，都可以得到洁净区，并且宽度不变，这表明杂质引入温度导致的平衡浓度差异不会影响镍杂质在晶体硅样品中的沉淀过程。研究认为，洁净区形成过程中的分凝吸杂和本征吸杂作用是导致这一现象的主要原因。.2. 通过傅立叶变换红外光谱和择优腐蚀研究发现晶体硅中氧沉淀对铜沉淀的密度、分布和形貌有很大影响；.3. 以六水合硝酸锌和尿素为原料，合成了ZnO 纳米片组装的空心微米球结构；.4. 研究普通热处理和快速热处理工艺下直拉单晶硅中过渡族金属铜杂质对洁净区生成的影响。研究发现，高温处理过程中生成的铜沉淀不能溶解是导致洁净区不能形成的最主要原因；.5. 研究了不同气氛下点缺陷对重掺硼直拉硅单晶p/p+外延片中铜沉淀的影响。研究发现，自间隙硅原子和空位对氧沉淀有不同影响。另外，研究发现，p/p+外延结构能很好地吸除硅片中的铜杂质，从而保持了外延层的洁净。