Министерство общего и высшего образования

Российской Федерации

Иркутский Государственный Университет

Физический факультет

Кафедра электроники твердого тела

Курсовая работа

Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения.

Работу выполнил: студент группы 1431

Ширяев Дмитрий Анатольевич

Научный руководитель: кандидат ф-м наук, доцент кафедры электроники твердого тела

Синицкий Владимир Васильевич

Иркутск 1998г.

Оглавление:

Введение………………………………………………………..3
1 Технология получения столбчатого мультикремния из кремния полученного методом карботермического восстановления……………………….5
2 Электрофизические параметры и зависимость их от технологий производства…………………………………………………….6
3 Диффузионная длина, фотопроводимость, время жизни…………..7
3.1 Понятие времени жизни…………………………………...8
3.2 Фотопроводимость………………………………………....9
3.3 Многозарядные ловушки в полупроводниках……….…..11
4. Установка для измерения жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках…………………………………………….13
Заключение…………………………………………………….14
Использованные источники…………………………………..15
Приложение……………………………………………………16

Введение.

Технология получения чистого полупроводникого кремния на данный момент отработана достаточно хорошо. Наиболее чистые материалы получают путем синтеза кремния в газовую фазу (SiCl3), последующую очистку и восстановления чистого кремния.
Данный метод достаточно дорог для солнечной энергетики, так как в солнечных элементах, где основную стоимость составляет именно используемый кремний и применение кремния восстановленного из газовой фазы приведет к такой цене, что преимущество солнечной (альтернативной) энергетики перед традиционными источниками энергии, будет можно сказать с обратным знаком.
В связи с этим, рядом научных и производственных объединений Иркутской области ведутся работы по получению более дешевых технологий получения солнечного кремния. Технология предусматривает карботермическое восстановление из чистых природных кварцитов, имеющихся в Прибайкалье, и последующую его очистку путем отмывания в различных кислотах и перекристаллизацию при различных технологических параметрах.
Возникает необходимость исследования дефектности структур, а также одержания в нем примесей и связи этих параметров с характеристиками технологических процессов.
В прошлой курсовой работе нами были поставлены и апробированы на получаемых образцах методики, позволяющие получать информацию о типе полупроводника, его электропроводности, о концентрации носителей заряда и их подвижности.
Для чего использовались две методики измерения это: 1.Измерение удельной электропроводности четырехзондовым методом 2.Измерение ЭДС Холла.
Полученные нами данные хорошо согласовались с табличными данными, что говорило о хорошей применимости данных методов контроля для предъявляемых требований. Прошлогодние результаты говорили о следующих особенностях первых полученных образцов: низкая подвижность меньше на два порядка табличных данных, что приводило к выводу о высоком содержании электронейтральной примесей.
Институтом Геохимии СО РАН проводились работы по совершенствованию методик получения чистого кремния, было использовано другое сырье, которое синтезировалось в других условиях, очистка кремния методом рафинирования ; что позитивно отразилось на данных полученных нами. Так же ими получены данные химического анализа исследуемых нами образцов.
Задача настоящей курсовой работы, заключалась в дальнейшем исследовании зависимости электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления и разработка методики, позволяющей получать данные о кинетических процессах происходящих в исследуемом кремнии.

1. Технология получения столбчатого мультикремния из кремния полученного методом карботермического восстановления.
В этом году институтом Геохимии СО РАН проводились работы по совершенствованию методик очистки кремния. Было использовано:
1)Другое сырье, синтезировалось в других условиях (Ирказ), где установлена специализированная печь для получения поликристаллического кремния.
2)Институт применял метод рафинирования (двойная перекристаллизация методом
Стокбаргера).
3)Получены данные химического анализа как для сырья, так и для полученных образцов, что позволяет говорить о степени очистки и судить о примесях которые определяют происходящие процессы и механизмы рассеяния в полупроводнике.
4) Необходимое дробление материла можно осуществлять разными методами, но неизбежно одно, что при использовании, скажем стального молотка, в образце растет концентрация Fe. В связи с этим, для дробления был использован молибденовая насадка для пресса, молибдена мало в исходном материале, то есть его появление можно обосновать используемой в технологическом процессе насадкой.
5) Очистка кремния методом вакуумной сублимации. В атмосфере 10-3 Тор осуществляется нагрев в ростовой печи происходит испарение примесей t плав. которых меньше t плав. кремния. ( 1450(С. Дальше доводят температуру в печи до температуры плавления и выдерживают некоторое время для испарения более тугоплавких примесей. Затем температуру поднимают на отметку 50-70(С выше температуры плавления для испарения еще более тугоплавких примесей и выдерживают в этом режиме некоторое время. Скорость роста при этом лежит около 0.8 см/час.

Рис.1
После роста, получаем кремний, который имеет области монокристалличности схематично изображенные на рис.1. Это так называемый, столбчатый мультикремний.

2. Электрофизические параметры и зависимость их от технологий производства.
Электрофизические параметры образцов приведены в таблице 1.

| |Тип |( |( | |n |( |d |
|N |провод. |Ом( см |Ом-1 ( см-1|R |см-3 |см3 |см |
| | | | |см3 | |в( с | |
| | | | |к | | | |
|7-1 |N |0.145 |6.850 |58.140 |1.17(1017 |355.04 |0.20 |
|7-2 |N |0.077 |13.04 |50.250 |1.24(1017 |655.26 |0.19 |
|8-1 |N |5.260 |0.190 |566.60 |1.10(1016 |107.65 |0.20 |
|8-2 |N |1.205 |0.830 |27.320 |2.28(1017 |22.680 |0.20 |
|9-1 |N |0.470 |2.320 |25.600 |2.44(1017 |59.400 |0.18 |
|9-2 |N |1.588 |0.630 |26.325 |2.37(1017 |16.580 |0.28 |
|10-1|N |1.240 |0.800 |13.050 |4.79(1017 |10.450 |0.17 |
|10-2|N |0.670 |1.490 |31.410 |1.99(1017 |46.700 |0.20 |
|10-3|P |1.920 |0.520 |17.360 |3.60(1017 |10.450 |0.17 |
|11-1|P |1.390 |0.735 |31.000 |2.00(1017 |22.300 |0.30 |
|11-2|P |0.670 |1.500 |22.300 |2.80(1017 |33.800 |0.29 |
|13-1|P |0.274 |3.650 |13.890 |4.50(1017 |51.000 |0.20 |
|* | | | | | | | |
|13-2|P |0.255 |3.920 |25.000 |2.50(1017 |98.000 |0.17 |
|* | | | | | | | |
|14-1|P |0.192 |5.200 |9.8750 |6.30(1017 |51.350 |0.14 |
|14-2|P |0.165 |6.060 |6.3900 |9.78(1017 |38.720 |0.16 |
|15-1|P |0.181 |5.525 |4.5400 |1.38(1018 |25.080 |0.15 |
|15-2|P |0.260 |3.846 |4.6800 |1.34(1018 |18.000 |0.12 |
|16-1|P |0.094 |10.70 |6.2000 |1.00(1018 |66.340 |0.26 |
|* | | | | | | | |
|16-2|P |0.104 |9.590 |7.4500 |8.39(1017 |71.440 |0.24 |
|* | | | | | | | |
|21-1|P |0.094 |10.64 |8.4700 |7.38(1017 |90.100 |0.20 |
|* | | | | | | | |
|21-2|P |0.089 |11.24 |8.8100 |7.10(1017 |99.000 |0.20 |
|* | | | | | | | |
|21-4|P |0.093 |10.72 |8.1300 |7.69(1017 |87.200 |0.20 |
|* | | | | | | | |

Таблица 1 *-образец перекристаллизован два раза

Анализ результатов позволяет сделать некоторые выводы о зависимости от параметров:
1) В образцах, которые были перекристаллизованы два раза ощутимо меньше удельная электропроводность (, по сравнению с предыдущими образцами.
2) У этих образцов выше подвижность, что позволяет говорить о меньшем количестве примесей; о более глубокой очистке при данном методе.
В данных химического анализа [1], можно видеть:
1) Содержание всех элементов, кроме бора и фосфора, в сырье выше, чем в образцах очищенных кристаллизацией.
2) Бор и фосфор не изменяют свой концентрации при росте кристалла из сырья, и эта концентрация составляет приблизительно 1017 см-3, этот порядок совпадает с порядком величины концентрации носителей заряда в образцах.

Это позволяет сделать вывод, что тип полупроводника и концентрацию носителей заряда в нашем случае определяет именно бор и фосфора.

3. Диффузионная длина, фотопроводимость, время жизни.
Для полного исследования образцов кремния на предмет применимости их в качестве солнечных элементов, недостаточно всех вышеупомянутых методов, позволяющих контролировать основные электрофизические параметры. Необходимо представлять кинетику происходящих в полупроводнике процессов. Основой кинетической характеристикой (7) полупроводниковых материалов является диффузионная длина пробега: длина L на которой (p или (n уменьшаться в e раз в отсутствии внешнего поля. Прямым методом это измерить в нашем случае затруднительно из-за большого количества примесей. Поэтому наша задача измерить время жизни неравновесных носителей заряда (.
3.1 Понятие времени жизни неравновесных носителей заряда.
В полупроводнике (5,7) под влиянием внешнего воздействия концентрации электронов и дырок могут изменяться на много порядков. При термодинамическом равновесии действует принцип детального равновесия, который говорит:

(12=(21