Секция технические науки, 1

Червоный И.Ф., Егоров С.Г., Воляр Р.Н.

Запорожская государственная инженерная академия

Влияние степени компенсации легирующих примесей на электрофизические свойства монокристаллов кремния

Для исследования влияния компенсации основной легирующей примеси на величину времени жизни неравновесных носителей заряда были выращены монокристаллы кремния с добавлением в качестве компенсирующего легирующего материала, элемента V – группы, примеси фосфора, с кристаллографической ориентацией <100>, р–типа электропроводности, легированные бором с удельным электрическим сопротивление 0,5…1,7 Ом·см (концентрация бора от 7∙10¹⁵ см^-3 до 3∙10¹⁶ см^-3), диаметром 150 мм и длиной до 800 мм. Выращивание производилось в промышленных условиях по методу Чохральского в установках типа «Редмет–30» в вакууме при протоке инертного газа аргона.

Определение времени жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллах проводили методом модуляции проводимости в точечном контакте на установке ТАУ-102 в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 19658-81.

При подготовке процесса выращивания монокристаллов кремния, легированных бором, в исходную шихту добавляли от 20 до 50 г лигатуры, содержащей примесь фосфора, которая является компенсирующей примесью основного легирующего элемента – бора. Удельное электрическое сопротивление фосфорной лигатуры составляло 0,3 Ом·см (концентрация фосфора – 2,09∙10¹⁶ см^–3), что обеспечивало степень компенсации на уровне 25…30 %. Предельная растворимость фосфора в кремнии может достигать величины около 10²¹ ат/см³, а равновесный коэффициент распределения фосфора в кремнии равен 0,35.

Распределение величины времени жизни неравновесных носителей заряда с добавление примеси n-типа и без добавления примеси n-типа по длине выращенных монокристаллов представлено на рисунке 1

Рис. 1 – Распределение величины времени жизни неравновесных носителей заряда по длине монокристалла

1 – распределение времени жизни н.н.з. с добавлением компенсирующей примеси n-типа, 2 – распределение времени жизни н.н.з. без добавления компенсирующей примеси n-типа.

Как видно из рисунка 1 величина времени жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллах с добавлением компенсирующей примеси n-типа, кривая 1, изменяется от 73 мкс на верхнем до 14 мкс на нижнем торцах монокристалла и отличается от времени жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллах произведенных традиционным способом, кривая 2. На первом участке (длиной до 400 мм) величина времени жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллах без компенсирующей примеси n-типа незначительно выше, чем в монокристаллах с добавлением компенсирующей примеси n-типа. На втором участке монокристалла (длиной более 400 мм) наблюдается несколько большее увеличение величины времени жизни неравновесных носителей заряда (на 4…7 мкс) в монокристаллах с добавлением компенсирующей примеси n-типа, чем в монокристаллах без добавления компенсирующей примеси n-типа.

Результаты проведенных экспериментов показывают неоднозначное влияние компенсирующей примеси на величину времени жизни неравновесных носителей заряда. Установленное повышение величины времени жизни на втором участке монокристалла связано с накоплением примесей в расплаве и, соответственно, увеличением степени легирования монокристалла. В тоже время наряду с компенсирующей примесью фосфора, в монокристалл из расплава в процессе выращивания переходят и другие примеси, имеющие коэффициент распределения меньше единицы. Возможной причиной влияния компенсирующих примесей на величину времени жизни может быть нейтрализация или комплексообразование электрически активных примесей. Детальное изучение этого эффекта требует специальных исследований.

Червоный Иван Федорович, 1 ноября 1944 г., заведующий кафедрой металлургии цветных металлов, Запорожской государственной инженерной академии, д.т.н., профессор;

Егоров Сергей Геннадиевич, 10 апреля 1978 г., доцент кафедры Металлургии цветных металлов, Запорожской государственной инженерной академии, к.т.н., доцент;

Воляр Роман Николаевич, 16 января 1980 г., ассистент кафедры Металлургии цветных металлов, Запорожской государственной инженерной академии.

Телефон 8 (0612) 223-82-61

E-mail: rot@zgia.zp.ua

egrv@rambler.ru

voron@meta.ua