في عملية إنتاج السيليكون أحادي البلورة ، يتم إدخال الشوائب مثل الكربون والأكسجين حتمًا بسبب عوامل مثل المواد الخام والأساليب التي تؤثر بشكل مباشر على أداء السيليكون البلوري الأحادي. على سبيل المثال ، رقاقة السيليكون الملدنة التي نقدمها ، كما هو موضح في الشكل 1 ، مزيد من التفاصيل يرجى الرجوع إليهاhttps://www.powerwaywafer.com/what-are-annealed-silicon-wafer٪ef٪bc٪9f.html.

الشكل 1 رقاقة سيليكون مُلدنة مع محتوى أكسجين وكربون

محتوى الأكسجين في السيليكون هو البيانات الأساسية التي يجب إتقانها للقبول ومراقبة العملية والبحث والتطوير لمواد السيليكون اليوم وتصنيع الأجهزة. يعتبر الكربون ثاني أهم شوائب في السيليكون بعد الأكسجين وله تأثير حاسم على خصائص السيليكون البلوري الأحادي ، وخاصة سلوك الأكسجين أثناء المعالجة الحرارية. لذلك ، يعد التحديد الدقيق والتحكم في محتوى الأكسجين في بلورة السيليكون المفردة رابطًا لا غنى عنه في تصنيع مواد السيليكون ومعالجة الجهاز. نوصي هنا بطريقة قياسية لقياس محتوى الكربون والأكسجين الخلالي البديل في بلورات السليكون المفردة باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه بدرجة حرارة منخفضة (LT).

1. النطاق المطبق لمطياف فورييه لتحويل الأشعة تحت الحمراء بدرجة الحرارة المنخفضة

هذه الطريقة مناسبة لتحديد شوائب الكربون البديل والأكسجين الخلالي في بلورات السيليكون المفردة من النوع N مع مقاومة درجة حرارة الغرفة أكبر من 0.1 Ω * سم وبلورات السيليكون المفردة من النوع P بمقاومة درجة حرارة الغرفة أكبر من 0.5 × * سم.

المدى الفعال لهذه المواصفة القياسية لتقدير محتوى الكربون والأكسجين يبدأ من 5 × 10¹⁴ذرات. سم^-3(0.01 جزء في المليون) إلى أقصى ذوبان صلب للكربون البديل والأكسجين الخلالي في السيليكون. سيكون معيار القياس الفعلي أعلى من المحدد بواسطة المعيار.

2. قياس مبدأ مطيافية تحويل الأشعة تحت الحمراء LT Fourier

قم بتبريد العينة البلورية أحادية السيليكون إلى درجة حرارة أقل من 15 ك. انقل العينة مباشرة باستخدام شعاع الأشعة تحت الحمراء ، واجمع طيف الامتصاص ، واستخدم الطريقة المرجعية لتحديد معامل الامتصاص لذروة امتصاص الأشعة تحت الحمراء عند رقم موجي 607.5 سم^-1بواسطة ذرة الكربون البديلة في السيليكون. تحديد محتوى الكربون ومعامل الامتصاص لقمة امتصاص الأشعة تحت الحمراء لذرات الأكسجين الخلالي في السيليكون عند رقم الموجة 1136.3 سم^-1لتحديد محتوى الأكسجين.

3. العوامل المتداخلة لقياس الكربون والأكسجين في السيليكون

العوامل المدرجة أدناه ستؤثر على قياس أكسجين الكربون / السيليكون في السيليكون:

1) توجد عوامل التداخل في نطاقات امتصاص الكربون والأكسجين ، وهناك نطاقات امتصاص اهتزازية لشبكة السيليكون ، والتي ستؤثر على تحديد الكربون والأكسجين. رقاقة سليكون مفردة مدمجة في المنطقة مع محتوى من الكربون والأكسجين أقل من 5 × 10¹⁴ذرات * سم^-3(0.01 جزء في المليون) كعينة مرجعية ، ويجب أن تكون سماكة العينة المرجعية وعينة الاختبار متسقة قدر الإمكان للتخلص من تأثير نطاق اهتزاز امتصاص الشبكة السيليكونية ؛

2) يمكن أن تنتج الانعكاسات الداخلية متعددة المستويات تداخلًا ثانويًا وانحرافًا أساسيًا. يمكن القضاء على التداخل الثانوي والانحراف الأساسي عن طريق تغيير سماكة العينة أو معالجة السطح أو الدقة ؛

3) يجب الاحتفاظ بعينة الاختبار والعينة المرجعية في نفس درجة الحرارة قدر الإمكان لتجنب تأثير امتصاص الشبكة المعتمد على درجة الحرارة على نتائج الاختبار ؛

4) تختلف مواضع ذروة الامتصاص الطيفي للأشعة تحت الحمراء وعوامل المعايرة للكربون البديل والأكسجين الخلالي باختلاف درجة الحرارة ، كما تختلف مواضع ذروة الامتصاص المقابلة وعوامل المعايرة أيضًا في درجات حرارة مختلفة ، انظر الجدول أ ؛

أ -1 موضع ذروة امتصاص الكربون وعامل المعايرة

درجة الحرارة / ك	موضع ذروة امتصاص الكربون بالأشعة تحت الحمراء / سم-1	معامل المعايرة (Fc) / سم-2
300	607.2	0.82 × 1017
78	607.5	0.40 × 1017
10	607.5	0.37 × 1017

 

أ / 2 مواضع ذروة امتصاص الأكسجين وعوامل المعايرة

درجة الحرارة / ك	موضع ذروة امتصاص الكربون بالأشعة تحت الحمراء / سم-1	معامل المعايرة (Fc) / سم-2
300	1106	3.14 × 1017
78	1127	1.32 × 1017
10	1136	0.20 × 1017

 

5) عند درجة حرارة منخفضة ، يمكن كبح امتصاص الناقلات الحرة إلى حد معين. ومع ذلك ، بالنسبة لبلورات السليكون المفردة المخدرة بشدة ، يكون تركيز الحاملات الحرة مرتفعًا جدًا ، ومن الصعب أيضًا قياس طيف امتصاص الأشعة تحت الحمراء للسيليكون بسبب تأثير امتصاص الناقل الشديد.

4. الأدوات

1) مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه منخفض الحرارة: بمكونات وكواشف بصرية لأرقام الموجة 250 سم^-1~ 1300 سم^-1يجب أن يصل تحليل مقياس الطيف إلى 1 سم -1 أو أفضل عند درجة حرارة 15 كلفن ؛

2) حامل العينة: إنه مصنوع من مادة معدنية ذات موصلية حرارية عالية ، مع ثقوب صغيرة ويمكن أن يمنع أي ضوء بالأشعة تحت الحمراء يمر عبر العينة ؛

3) ميكرومتر أو معدات أخرى مناسبة لقياس سماكة العينة بدقة 0.001 مم.

5. عينات من السيليكون

1) قطع بلورة السيليكون المفردة إلى عينات بلورية أحادية السيليكون ، وطحن كلا الجانبين ، وصقل كلا الجانبين على سطح المرآة بالطرق الميكانيكية أو الكيميائية ؛

2) يجب ألا يزيد تغيير سمك منطقة الاختبار على كلا السطحين للعينة المعالجة عن 0.05 مم ، ويجب أن يكون السطح خاليًا من طبقة الأكسيد ؛

3) يتراوح سمك العينة المحضرة بين 2.0 مم و 4.0 مم. القطر مناسب لحجم حامل العينة ؛

4) بالنسبة لعينات السليكون متعدد البلورات ، يجب تحضير بلورات السليكون المفردة مسبقًا بالإشارة إلى الطرق الأخرى.

6. خطوات قياس محتوى الكربون والأكسجين

1) امسح سطح العينة بالإيثانول المطلق ؛

2) قياس سماكة العينة وفقًا لشروط GB / T 6618 ، بدقة تصل إلى 0.001 مم ، وتسجيل سماكة العينة ؛

3) قم بتحميل العينة في حامل العينة. ثم ثبت حامل العينة في حجرة العينة ؛

4) ضبط معلمات الجهاز ، وتبريد العينة إلى درجة حرارة أقل من 15 كلفن من خلال جهاز ناظم البرد الذي تم تكوينه بواسطة الجهاز ؛

5) قم بتشغيل برنامج التحليل ، ومسح الفتحة الفارغة ، وجمع طيف الخلفية ؛ مسح العينة المرجعية وجمع الطيف المرجعي ؛ مسح العينة المراد فحصها وجمع طيف العينة المراد اختبارها. تم حساب محتوى الكربون البديل والأكسجين الخلالي بالطريقة المرجعية. يتم عرض مواضع ذروة الامتصاص لـ 10.6 الكربون البديل والأكسجين الخلالي في الجدول 1. أطياف الأشعة تحت الحمراء موضحة في الشكلين 2 و 3:

الجدول 1 الكربون البديل ومواضع ذروة امتصاص الأكسجين الخلالي

جزء	موضع الذروة / سم-1
كربون	607.5
أكسجين	1136.3

 

الشكل 2 طيف الأشعة تحت الحمراء ذو ​​درجة الحرارة المنخفضة للكربون البديل

 

الشكل 3 طيف الأشعة تحت الحمراء ذو ​​درجة الحرارة المنخفضة للأكسجين الخلالي

لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني على victorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.