ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА ЭФФЕКТИВНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СЕГРЕГАЦИИ МИКРОПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИИ

Пресняков Р.В.  

 

Цель настоящего исследования заключается в том, чтобы экспериментально установить пределы физических возможностей сегрегационного геттерирования переходных примесей в кремнии (очистки), традиционно содержащихся в металлургическом кремнии и имеющих благоприятные равновесные коэффициенты сегрегации (k0«1), при получении из него мультикристаллического кремния направленной кристаллизацией. В основном эти примеси представлены 4-м периодом системы элементов Менделеева (Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu), а также 3-м периодом (Mg, Al).
При выращивании слитка в ходе увеличения доли закристаллизовавшегося кремния (f) процесс сегрегации примеси, находящейся в расплаве в исходной концентрации С0, соответствует её коэффициенту распределения и описывается уравнением Пфанна.

Выражение Бартона показывает, что коэффициент keff в реальности зависит от нескольких параметров.  

Соотношение 2 показывает, что эффективный коэффициент распределения примеси отличается от k0, определяемого отношением концентраций примеси в твёрдой и жидкой фазах, находящихся в равновесии. Рост кристалла происходит в неравновесных условиях даже при умеренных скоростях кристаллизации. Для примесей, оттесняемых фронтом кристаллизации в расплав (k0 < 1), концентрация непосредственно у растущей поверхности превышает концентрацию в объеме расплава, поэтому keff > k0. Причем по мере роста кристалла концентрация примеси у поверхности возрастает, а keff приближается к 1 вплоть до возникновения концентрационного переохлаждения.
Тем не менее неясно поведение keff при переходе к более чистому исходному сырью (уменьшении С0) тогда как микродиаграммы традиционного ряда примесей в металлургическом кремнии имеют характерный вид, показанный на примере железа и алюминия.

Главной трудностью упомянутой выше технологической задачи является то, что переходя к более низким концентрациям и высокой чистоте кремния, требуется максимально исключить возможное заражение примесями на этапах - от подготовки шихты для выращивания мультикристаллического кремния до подготовки проб на химический анализ методом ICP MS. В особенности это касается высоких содержаний железа и алюминия в рафинированном кремнии.

Литература:
1) В. Пфанн. Зонная плавка. Перевод с английского, изд-во «Мир», М. 1970 – 366 с.
2) Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков: Учебник для вузов. – М.: МИСИС, 2003. – 480 с.
3) J. Hofstetter. Acceptable contamination levels in solar grade silicon: From feedstock to solar cell // Material Science and Engineering B.-2009.-V.159-160.-P.299-304.

 

Файл с полным текстом: Пресняков.doc


К списку докладов