向的长大速度为最大，使得双弧斑沿<220>方向越来越长（图7、图8）。热处理温度低于 600°C时，晶体中的主要晶格缺陷是杂质原子沉淀，以及它所产生的应力场。热处理温度到 达700°C时，大多数沉淀物的周围都激发出了大量的位错，位错的形态和热处理温度有关， 高温时，沉淀物周围主要是由稜柱位错环构成的“星形”位错群。 2、关于沉淀的讨论 (1)沉淀物中的主要杂质元素 氢区熔硅单晶有以下特点： ①对于生长态晶体，用通常的x射线衍射形貌和金相腐蚀坑法~般观察不到品格缺附， 门有经热处理后才出现晶格快陷。 ②晶体切成薄片(<1毫米)进行高温(~1200°C)热处理时不形成热处理缺陷。同 一品体，只要厚度超过一定值就会出现热处理缺陷。当整根单晶锭高温热处理时，热处理 缺附主要集中在晶锭的1心部分，而在晶錠的边缘部分几乎没有热处理缺陷（图2）。 ③晶体的热处即缺附和晶体的生长气氛密切相关，当品休生长采用真空或纯氯气氛时， 上述形态的热处理缺陷立即消失。 这些特点表明，氢气氛区熔单晶的热处理缺附和氢是密切相关的。 氢在熔体硅和体硅中的溶解度差别很大，而几随着温度的下降溶解度迅速下降〔7) 〔8)〔9〕。在区熔生长时，晶体的冷却速度是相当大的，因此氢气氛下生长的区熔硅晶休实际上 是氢的过饱和固溶体。这种固溶体在热力学上是不稳定的，在-一定条件：下会发生氢的脱 溶、造成氢沉淀。根据薄膜晶体电镜实验，图3中所观察到的极小的晶格畸变区可能是一种 氢沉淀。由于晶体生长时冷却速度很快，因此只能形成极小的氢的聚集区。由于氢的聚集区 很小，因而它所造成的晶格畸变区也就很小，用通常的x射线衍射形貌一般也观察不到。在 氢氯混合气氛下生长的晶体，的于氩气的加入，使得冷却速度下降，氢沉淀有可能长大， 其对应的晶格畸变区也就有可能用通常的x射线形貌和金相腐蚀法观察到。 (2)沉淀过程 Stein〔10)曾用红外光谱法研究了离子注入氢在硅晶体中的形态〔氢离子能量为70 400·KeV、密度为1016H/厘米2)，崔树范等〔20)也用红外光谱研究了氢气氛生长硅晶体 中氢的状态，都在：红外光谱的4.55.5微米之间出现几个吸收峰，证实了吸收峰是由Si-H 健造成的。stein证实这些Si-H键是热不稳定的，进行热处理时吸收峰会逐浙消失，作 700C热处理时，吸收峰全部消失，即Si-H键全部分解。 影响氢沉淀速度的可能因素有：S-H健的分解速度，氢在硅中的扩散速度，硅晶体中 空位的扩散速度、硅的白间隙原子的扩散速度等。氢在硅中的扩散激活能是0.48eV〔9)，单 空位的扩散激活能小于0.33eV,双空位的扩散微活能小于1.3eV〔11)，硅的自间隙原子扩散 激活能约0.51eV〔12)，而木实验所测得的沉淀过程激活能是2.4eV,因此它可能是Si-H键 的分解激活能。晶体中Si-H键的分解速度决定了氢沉淀的速度。因此，氢沉淀的可能过 程，首先是S-H键的分解，然后是氢原子（或离子）的聚集。至于这种氢沉淀的确切性质 还缺乏实验证据，它可能是氢团，氢空位复合体，或是氢一杂质络合物。 (3)沉淀物的几何形态 按照沉淀的形核理论〔13)、新相总是通过形核产生，在一定热处埋温度下只有大于··定 临界尺寸的“核”才能继续长人。沉淀核的出现一方面导致过饱固溶体白由能的下降，另 177险的长大速度为最大 ， 使得双 弧斑 沿 方 向越 来越长 图 、 图 。 热 处理 温度低于 “ 时 ， 晶体中的主 要 晶格 缺陷是 杂质原子 沉淀 ， 以 及 它所产 生的应 力 场 。 热 处理 温度 到 达 时 ， 大 多数沉淀物的周 围都激 发 出了大量 的位错 ， 位 错 的形态 和 热 处理 温度有关 ， 高温 时 ， 沉淀物周 围主 要是 由棱 柱位 错环构 成的 “ 星形 ” 位错群 。 、 关 于沉 淀的 讨 论 沉淀物 中的主 要 杂质元 索 氢 区熔硅单 晶有 以 下特点 ①对于生 长态 晶体 ， 用 通 常 的 射 线衍 射形 貌和 金相腐蚀 坑法 一 般 观察不 到 晶格 缺陷 ， 只有经热 处钾 后 才 出现 晶格 缺陷 。 ② 晶体切成 薄片 毫 米 进行 高 温 热 处理 时 不 形 成热 处理 缺陷 。 同 一 晶体 ， 只要厚 度超 过一定值就 会出现 热 处理 缺陷 。 当整根单 晶锭高温 热 处理 时 ， 热 处理 缺陷主 要 集 中在 晶锭 的 中心 部分 ， 而在 晶锭 的边 缘 部分几乎没 有热处理 缺陷 图 。 ③ 晶体的 热处理 缺陷和 晶体的生 一 长气氛 密切相关 ， 当 晶体生长 采 用真空 或纯氢 气氛 时 ， 述形态 的热处理 缺陷立即 消失 。 这些 特 点表 明 ， 氢 气氛 区熔单晶的热 处理 缺陷和 氢 是 密 切 相关 的 。 氢在熔 休硅 和 固休硅 中 的溶解度差 另 很大 ， 而且 随着 温度 的下 降 溶解度 迅速 下 降 〔 〕 〔 〕 〔 〕 。 在 区熔 生 长时 ， 晶体的冷却速度 是 相 当大 的 ， 因此 氢 气氛下生 长 的 区 熔硅 晶休实际 上 是 氢 的过饱 和 固溶 体 。 这 种 固溶 体 在热 力学 上 是 不稳 定 的 ， 在 一定 条件下 会发生 氢 的 脱 溶 、 造成氢 沉淀 。 根据 薄膜 晶体 电镜实验 ， 图 中所观察 到的极小 的 晶格 畸变 区可能是一 种 氢沉淀 。 由于 晶体生长 时冷 却 速度 很快 ， 因此 只 能形 成极 小的氢 的 聚集 区 。 由于氢 的 聚集区 很 小 ， 因而它所造 成的 晶格 畸变 区 一 也就很 小 ， 用通 常 的 射线衍射形 貌一 般 一 也观察不 到 。 在 氢 氮混合 气氛下生长 的 晶体 中 ， 由于 氨气 的加入 ， 使 得冷却 速 度下 降 ， 氢 沉淀 有可能长 大 ， 其 对应 的晶格畸变 区也 就有可能 用通 常 的 射线形 貌和金相腐蚀法 观察 到 。 沉淀 过程 的 曾用红 外 光 谱法 研究 了 离子注 入 氧 在硅 晶体 中 的形 态 〔氢 离子 能 鼠为 、 或 · 、 密度 为 。 ’ 丫厘 米 “ 〕 ， 崔树范等 〔 的 也 用红外 光 谱研究 了氢 气 氛生长硅 晶体 中氢 的状 态 ， 都在红外 光谱 的 、 微 米之 间出现 几 个吸 收峰 ， 证 实了 吸 收峰是 由 一 键 造 成的 。 证 实这 些 一 键 是热 不稳 定 的 ， 进 行热 处理 时 吸 收 峰会 逐 浙 消失 ， 在 “ 热 处理 时 ， 吸 收峰全部 消失 ， 即 一 键 全部分解 。 影 响氢 沉淀速 度 的可 能因 素有 一 键 的分解速度 ， 氢 在硅 中的扩 散 速度 ， 硅 晶体 中 空位 的扩散速度 、 硅 的 自间隙原 子 的扩 散 速度等 。 氢在硅 中的扩 散激活能是 〔的 ， 单 空位 的扩散激 活能 小 于 ， 双空位的扩 散激活 能小于 〔 〕 ， 硅 的 自间隙原 子扩 散 激活能 约 〔 〕 ， 而木实验所测得 的沉淀 过程 激 活能 是 ， 因此 它可 能 是 一 键 的分解激活能 。 晶休中 一 键 的分解速 度 决定了氢沉淀 的速 度 。 因此 ， 氢 沉淀 的可 能过 程 ， 首 先是 ‘ 键的 分解 ， 然后是氢原子 或离子 的聚集 。 至 于这 种 氢沉淀 的确切性质 还 缺乏 实验证据 ， 气 它可 能是氢 团 ， 氧 空 位 复合 体 ， 或是 氢 一 杂质络 合 物 。 沉淀 物的几何形态 按 照 沉淀 的形核理 论〔 〕 、 新 相总是通 过形 核产 生 ， 在一 定热 处理 温度 下 只 有大 于一定 临 界尺 寸 的 “ 核” 才能 继续 长大 。 沉淀核 的 出现一方面 导 致过饱 和 固溶 体 自由能 的下 降 ， 另