一种太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，包括以下步骤：(1)分别选取一系列p型和n型的电子级单晶硅作为标准样品，室温下并分别测量其电阻率和红外吸收系数，并根据其电阻率换算成对应的载流子浓度；(2)根据步骤(1)的测量结果，分别建立p型和n型单晶硅的αλ/λ2与ρp2的标准曲线，其中：αλ为波长为λ下所述标准样品的红外吸收系数，p与ρ分别为对应的载流子浓度和电阻率；(3)测定太阳能级单晶硅待测样品的导电类型，并在室温下分别测量其电阻率和红外吸收系数，根据步骤(2)中对应的标准曲线得出载流子浓度。本方法简便快捷、精确度高、测试成本低，尤其适用于基体内存在补偿效应的太阳能级单晶硅。
【专利说明】一种太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体材料特征参数的检测，特别涉及一种太阳能级单晶硅中载流子 浓度的测量方法。
【背景技术】
[0002] 半导体材料中能导电的电子、空穴被称为载流子，载流子浓度是光电材料的基本 参数，对电学性能有极为重要的影响。半导体材料中常通过控制掺入杂质的类型和浓度来 控制材料中载流子浓度，最终达到控制材料电学性能的目的。太阳能级半导体材料对于材 料的纯度、载流子迁移率、光吸收系数等均有较高要求。对于半导体中载流子浓度及其分布 的监测和控制是太阳能级半导体材料制造技术中的关键点。
[0003] 测量载流子浓度的方法一般有霍尔系数法、电容-电压法、二次离子质谱法、四探 针法、扩展电阻探针法等。霍尔系数法通过霍尔效应测定霍尔系数来计算载流子浓度，但 其测量过程繁琐，耗时较长。电容-电压法是通过利用金属与半导体接触时形成肖特基势 垒，其势垒电容随所加电压变化，通过电容-电压关系找到载流子浓度的剖面分布，因此当 半导体材料浓度较高时势垒很难做好，击穿电压低，耗尽层薄，难于达到测量浓度分布的要 求。二次离子质谱法利用一定能量的粒子轰击待测材料，将材料中各种离子轰击出来，通过 收集分析这些被轰击出来的二次离子，得出待测材料的载流子浓度分布。该方法灵敏度高 较高，但成本高昂、分析时间长，难以大批量地测试。四探针法与扩展电阻探针法类似，测得 材料的电阻率后，根据电阻率与载流子浓度的关系推算出载流子浓度。
[0004] 电阻率公式表示为P = Ι/qp μ (其中P为电阻率，q为单位电荷量，p为p型娃 中的空穴浓度或者η型硅中的电子浓度，μ为多数载流子迁移率）。在非补偿硅中，该式中 μ和ρ的关系已经通过以往大量实验得到了明确，可以通过测试电阻率直接换算成硅晶体 中载流子浓度。但是在存在补偿效应的硅晶体中，施主和受主的杂质总浓度、补偿度都将造 成迁移率偏离原有的μ-Ρ关系，并且这种偏离难以预先测量。因此，在存在补偿效应的情 况下，理论上无法通过测量电阻率这种简便的方法得到硅晶体中的载流子浓度。
[0005] -些通过低成本的制造方法生产出的太阳能级硅晶体，其基体内常会存在施主与 受主的补偿效应。如物理冶金法提纯的硅原料中同时含有较高浓度的硼和磷等杂质，使用 这种原料生长的晶体硅中存在着硼磷补偿效应，该效应首先表现在高浓度的硼和磷杂质会 导致载流子迁移率的下降。因此寻找一种简便快捷、精确度高、测试成本低的针对补偿硅晶 体中载流子浓度的测量方法非常有必要，这对于降低太阳能级硅晶体的生产成本，推动补 偿硅晶体在光伏产业的应用具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有测量方法的不足，提供一种简便快捷、精确度高、测试成本低的太 阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，尤其适用于基体内存在补偿效应的太阳能级单晶 硅。
[0007] 本发明使用测量电阻率和红外吸收系数这两种常规方法来测量太阳能级单晶硅 中的载流子浓度。
[0008] 红外光对硅中自由载流子的吸收系数可以表示为：
[0009]
【权利要求】
1. 一种太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 分别选取一系列P型和η型的电子级单晶硅作为标准样品，室温下并分别测量其电 阻率和红外吸收系数，并根据其电阻率换算成对应的载流子浓度； (2) 根据步骤⑴的测量结果，分别建立ρ型和η型单晶硅的αλ/λ2与ρρ2的标准 曲线，其中：α λ为波长为λ下所述标准样品的红外吸收系数，ρ与ρ分别为对应的载流 子浓度和电阻率； (3) 测定太阳能级单晶硅待测样品的导电类型，并在室温下分别测量其电阻率和红外 吸收系数，根据步骤（2)中对应的标准曲线得出载流子浓度。
2. 如权利要求1所述的太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，其特征在于，所述 标准样品的电阻率为0.05-50Ω. cm，标准样品的电阻率均匀分布在每个电阻率量级范围 内。
3. 如权利要求1所述的太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，其特征在于，所述 标准样品的厚度均匀一致，为l_2mm。
4. 如权利要求1所述的太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，其特征在于，所述 电阻率与红外吸收系数的测量温度为295-300K。
5. 如权利要求1所述的太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，其特征在于，所述 红外吸收系数对应的红外光波数为4000-400〇11'
6. 如权利要求1所述的太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方法，其特征在于，测量 样品红外吸收系数的红外光谱仪的测试分辨率为1-4CHT 1。
7. 如权利要求1?6任一权利要求所述的太阳能级单晶硅中载流子浓度的测量方 法，其特征在于，根据步骤（1)的测量结果，分别建立P型和η型单晶硅的（α λ1_α λ2)/ (λ^-λ/)与ρρ2的标准曲线，其中：αλ1与α λ2分别为波长λ2下所述标准样品的 红外吸收系数。
【文档编号】G01R31/26GK104142464SQ201410388836
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】余学功, 陈鹏, 杨德仁 申请人:浙江大学