=子北 京 科 技 大 学 学 报 表 1 不同温度下氮在硅中的溶解 度 1望赶 i年 N b . 1 温度 /℃ 义洲) 1 0汉】 1 2X() 1〕田) 1喇叉) 14加 * 按文献 【7] 计算浓度 /% 原子 /mr 一 ’ 按文 献 【8] 计算浓度 原子 /ncI 一 3 v10101010 XX OR40 ,` .之4.23L 1010 X .36.40.17 5 · 3 乙 0 . 4另 一 6 一 6 一 5 一 5 1 . 8 x 10 1` 1 . 8 x 10 15 8 . 5 x l 口 5 2 . 7 x l口 6 又3 x l理 9 * 液态硅 , 其余为固态硅 脉 冲 气 相 色 谱测 量 硅 中 氢 的浓 度 结 果 表 明 在 含 氢 区 熔 硅 单 晶 中 氢 的 浓 度 一 般 在 l . 75 x or 一 , % 一 .4 80 x l 0 一 3 % 范 围 , 该值 比表 1计算的结果要 大得 多 , 说明含氢 区熔硅 中的氢 是 过饱和 的 , 其 浓度 已 与直 拉硅 中的氧 浓度 在 同 一数 量 级上 , 并 且 主要 以 硅 一 氢 键的形 态存 在 于硅 的 四 面体间 隙 、 八面体 间隙和反 键间隙之 中14] . 虽然过 饱和 , 但 氢并未破坏硅 的结构 , 故 原 生硅单晶 观察 不到 氢致缺 陷 ; 当硅 一 氢键在 5 0 ℃ 再热 处理 时 即 开 始 断裂 , 过 饱和度 很 高 的氢原 子将 脱溶分解 , 聚集 成氢 泡 , 而 氢泡 中分子 态氢 的 内压力则 成为带 状 、 裂缝和放出棱柱 位错 的推动 力 , 形成压 印棱 柱位错 环 , 氢泡渐 渐 由圆变 扁「5 ] . (2 ) 裂缝中氢 的压力 的计算 用于 计算氢压 最有 利 的情 况是 仅在 一个方 向放 出位 错 的裂 缝 . 如像 图 4 所示 被裂 缝 面 印 压 出来 的棱柱 位错 环在 氢压推力 、 位错 环之 间的相互 排斥 力及 晶格 摩擦 阻力 的共 同作用下 形 成位 错环 的塞 集群 . 随着裂缝表 面积 的移 动 , 位错 环数 目的增 加从而使 位错 群 的总能量 有所 增加 . 如 果忽 略相 对小得 多 的裂缝表 面积 增大 引起 的表 面能变 化 , 根 据 文献【6 ] , 当位 错环 间 距 比 位错 环半 径小很 多 时 , 位 错环 的 自能 和相 互作 用与 直线形 位错 的相 应关 系式 近似 , 可 以 把位错 应力 场 的有效 距 离取为 SR , R 为位错环半径 . 由直线形位错塞积群总能量 导 出裂 缝 中的 氢压 为: P ( n ) = 3 1 / Z n 拼b Z无 2 二 a ( l 一 v ) A 4 拼( l 一 v ) T e ’ / , D 拼 b 式 中 n 为位错 环数 , 拜 为切 变换 量 , b 为位错 柏格 斯矢 量 , L 为位 错环 周长 , 。 为 波松 比 , A 为裂缝面面积 , D 为 S .R 为 了 具 体 地 算 出 氢 压 , 以 图 4 所 示 的 裂 缝 作 为 例 子 . 取 a 二 0 . 5 42 9 力rL n , b = 21 2 a 2/ = 0 . 3 8 3 8 n rL n , v = 0 . 2 6 6 , 拜 = 7 . 5 M aP , : (7 X() oC ) = 4 9 M aP , 量 出 R = 0 . o l m , n = 1 14 , 代入 上式 得到 裂缝中 的氢压 代n) 的数量级 为 1护 M aP . 2 3 氮缺陷消 除途 径及其 在电力 电子器 件 中的应 用 ( l) 硅片 热处理 把 3 种 区 熔工 艺 方 法 (常 规 、 后 热 、 后 冷 ) 生 长 的单 晶各 切 成 l l n nn 的薄 片 , 装人 硅 舟 , 在 1X( H) ℃ 保温 】h , 然后 化学浸 蚀和金相 方法 在 试样厚 度 的 1 / 2 处检查 缺 陷 , 经 过近 10 个试样 的重 复实 验 , 得到 常规方 法下整 个 硅 片上 缺 陷 > 3 个 ; 后 热 方 法 下 整 个 硅 片 上 缺 陷 簇 2 个 ; 在 后冷 方法 下整 个硅 片上 未发 现缺 陷 . 这些 结果 表 明 , 后 冷 区熔 工 艺生长 的硅 单晶 , 切 成 l r n刀n 的硅 片 , 进行 热处理将观察 不