Отправить статью по E-mail 
Взаимодействие примесей при выращивании mc-Si на основе UMG-Si
- Авторы: Пресняков Р.В.1, Пещерова С.М.1, Чуешова А.Г.1, Бычинский В.А.1, Непомнящих А.И.1
-
Учреждения:
- Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
- Выпуск: Том 12, № 1 (2022)
- Страницы: 15-29
- Раздел: Химические науки
- URL: https://journal-vniispk.ru/2227-2925/article/view/301114
- DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2022-12-1-15-29
- ID: 301114
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Предметом настоящего исследования является взаимосвязь химического состава и электрофизических свойств слитков мультикристаллического кремния p- и n-типа на основе металлургического кремния чистоты 99,99 ат.%. Целью работы является оценка роли примесных взаимодействий при получении мультикремния вертикальным методом Бриджмена для понимания пути эффективного управления этим процессом. Были проведены расчеты фазовых равновесий в системах кремний–все примеси и кремний–примесь–кислород на основе минимизации энергии Гиббса в программном комплексе «Селектор». Исследовали ранговые корреляции концентраций различных примесей между собой, а также с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) и временем жизни неравновесных носителей заряда (ВЖ ННЗ) в направлении роста кристалла. Парные корреляции профилей распределения элементов рассматривались исходя из роли основного фактора, которым является соотношение растворимостей индивидуальной примеси в твердом или жидком кремнии (k0), а также с позиции прямого взаимодействия двух элементов друг с другом. В целом установлено, что из величины k0 для двух индивидуальных примесей в кремнии вовсе не следует парная корреляция их профилей распределения в слитке. Существенное влияние на профили распределения в мультикремнии примесей с k0→0 оказывает фактор связывания части примеси в форму, в которой она переходит в растущий кристалл как минимум «беспрепятственно». Связывание может быть обусловлено взаимодействием примеси в расплаве с кислородным фоном, сегрегацией примеси на границах зерен и ее захватом фронтом кристаллизации в составе жидкого включения. Заметную корреляцию профилей распределения примесей в слитке кремния показали пары, элементы которых не взаимодействуют с образованием химических соединений в интервале температур 25–1413 °С. Расчет фазовых равновесий в системе кремний–все примеси выявил возможность образования в расплаве твердых фаз VB2, TiB2, ZrB2 и Mg2TiO4.
Об авторах
Р. В. Пресняков
Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
Email: ropr81@mail.ru
С. М. Пещерова
Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
Email: spescherova@mail.ru
А. Г. Чуешова
Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
Email: trill6521@yandex.ru
В. А. Бычинский
Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
Email: val@igc.irk.ru
А. И. Непомнящих
Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
Email: ainep@igc.irk.ru
Список литературы
- Nakajima K., Usami N. Crystal growth of silicon for solar cells. Berlin: Springer, 2009. 269 p.
- Osinniy V., Bomholt P., Nylandsted Larsen A., Enebakk E., Søiland A.-K., Tronstad R., et al. Factors limiting minority carrier lifetime in solar grade silicon produced by the metallurgical route // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2011. Vol. 95, no. 2. P. 564–572. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2010.09.017.
- Chen J.-W., Milnes A. G. Energy levels in silicon // Annual Review of Materials Research. 1980. Vol. 10. P. 157–228. https://doi.org/10.1146/annurev.ms.10.080180.001105.
- Bathey B. R., Cretella M. C. Solar-grade silicon // Journal of Materials Science. 1982. Vol. 17. P. 3077–3096. https://doi.org/10.1007/BF01203469.
- Непомнящих А. И., Пресняков Р. В. Распределение примесей в процессе выращивания мультикристаллического кремния // Неорганические материалы. 2018. Т. 54. N 4. С. 335–339. https://doi.org/10.7868/S0002337X18040012.
- Непомнящих А. И., Пресняков Р. В., Антонов П. В., Бердников В. С. Влияние режима выращивания на макроструктуру слитка мультикристаллического кремния // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. N 1. С. 28–34.
- Басин А. С., Шишкин A. В. Получение кремниевых пластин для солнечной энергетики. Методы и технологии. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, 2000. 195 с.
- Chase M. W., Davies C. A., Downey J. R., Frurip D. J., McDonald R. A., Syverud A. N. JANAF thermochemical tables // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1985. Issue 14. P. 927–1856.
- Martorano M. A., Ferreira Neto J. B., OliveiraT. S., Tsubaki T. O. Refining of metallurgical silicon by directional solidification // Materials Science and Engineering: B. 2011. Vol. 176, no. 3. P. 217–226. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2010.11.010.
- Yokokawa H. Tables of thermodynamic functions for inorganic compounds // Journal National Chemical Laboratory for Industry. 1988. Vol. 83. P. 27–121.
- Мюллер Г. Выращивание кристаллов из расплава. Конвекция и неоднородности / пер. с англ. А. В. Бунэ. М.: Мир, 1991. 149 с.
- Баранник С. В., Канищев В. Н. Особенности начального переходного процесса кристаллизации бинарного расплава // Кристаллография. 2010. Т. 55. N 5. С. 935–939.
- Beatty K. M., Jackson K. A. Monte Carlo modeling of silicon crystal growth // Journal of Crystal Growth. 2000. Vol. 211, no. 1-4. P. 13–17. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(99)00836-2.
- Dalaker H. Thermodynamic computations of the interaction coefficients between boron and phosphorus and common impurity elements in liquid silicon // Computer Methods in Materials Science. 2013. Vol. 13, no. 3. P. 407–411.
- Tang K., Øvrelid E. J., Tranell G., Tangstad M. A thermochemical database for the solar cell silicon materials // Materials Transactions. 2009. Vol. 50, no. 8. P. 1978–1984. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009110.
- Прокофьева В. К., Соколов Е. Б., Суанов М. Е., Карамов А. Г. Влияние примесей Ti, Zr, Hf на процесс очистки кремния от кислорода // Высокочистые вещества. 1988. N 6. С. 72–74.
- Соколов Е. Б., Прокофьева В. К., Белянина Е. В. Кремний, полученный с использованием геттерирования расплава // Электронная промышленность. 1995. Т. 4. N 5. С. 68–69.
- Харбеке Г. Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применения / пер. с англ. М.: Мир, 1989. 341 с.
- Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии / пер. с англ. М.: Мир, 1984. 475 с.
- Красников Г. Я., Зайцев Н. А. Система кремний-диоксид кремния субмикронных СБИС. М.: Техносфера, 2003. 384 с.
- Knack S. Copper-related defects in silicon // Materials Science in Semiconductor Processing. 2004. Vol. 7, no. 3. P. 125–141. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2004.06.002.
- Dubois S., Enjalbert N., Garandet J. P. Effects of the compensation level on the carrier lifetime of crystalline silicon // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 93, no. 3. P. 032114. https://doi.org/10.1063/1.2961030.
Дополнительные файлы
