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■ 采用“母合金”作为掺杂剂是为了使掺杂量容易控制、更准确
■掺杂的目的主要是用来改变硅熔体中施主杂质(如磷)或受主杂质(如硼)的杂质浓度,使其生长出的单晶电阻率达到规定的要求
■ 硅单晶N型掺杂剂:五族元素,主要有磷、砷、锑
■ 硅单晶P型掺杂剂:三族元素,主要有硼、铝、镓
■ 拉制电阻率低的硅单晶,一般用纯元素作掺杂剂
■ 拉制电阻率高的硅单晶则采用母合金作为掺杂剂
影响掺杂的几个因素
■ 杂质的蒸发;无论液体或熔体在合适的温度下,溶剂和溶质总是要蒸发,特别是在真空下尤为显著,因此蒸发必定影响溶质在溶液的分布和溶液的杂质浓度,具体的公式非常复杂,我们需要知道的是杂质蒸发同蒸发表面积、杂质的蒸发速度常数、蒸发的时间几个要素有关。
■ 杂质的分凝效应;熔体的各部分的杂质浓度相同,若进行极其缓慢的所谓平衡冷却,这样固液两相内部杂质原子会通过扩散调整它们之间的浓度,实际上熔体不可能实现平衡冷却,总有一定的冷却速度,由于固相中杂质原子扩散速度很小,浓度调整缓慢,先凝固的与后凝固的固相杂质浓度不同,因此晶体中各处杂质浓度不再均匀分布,这种由于杂质偏析引起的分凝现象叫分凝效应。不同的杂质在熔硅中分凝系数是不同的,熔体结晶时杂质分凝效应使单晶中杂质分布不匀这是它的不利方面,但另一方面可利用杂质的分凝效应使杂质集中在单晶的头部或尾部,达到提纯的目的。
■ 拉制单晶过程中硼的滲入;由于石英坩埚的纯度远远小于多晶硅的纯度,在硅单晶拉制过程中石英坩埚P型杂质(主要是硼)不断溶入熔硅,改变熔硅的杂质浓度。