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用霍尔效应测试研究直拉单晶硅的电学性能

易俊  
【摘要】:霍尔效应测试是半导体测试技术中一种重要的测试手段,用于测量半导体材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等电学参数,在研究和生产中有广泛的应用。本文以霍尔效应测试为主要研究手段,研究了重掺n型单晶硅的载流子迁移率随温度变化的关系、迁移率计算模型Klaassen模型在n型补偿硅中的适用性、以及快速热处理(RTP)向硅中注入的氮的电活性,得到以下主要研究结果: (1)研究了重掺磷和重掺硼直拉单晶硅的电阻率、载流子浓度及载流子迁移率在10K至300K范围内随温度变化的关系。研究发现,随着温度的降低,重掺直拉单晶硅的导电机制会发生转变,逐渐由导带(价带)导电为主转变为杂质带导电为主,并且发生转变的温度范围随着掺杂浓度增大而升高。导电机制的转变影响了电阻率、载流子浓度和载流子迁移率随温度变化的规律。 (2)研究了n型硼-磷补偿直拉单晶硅的电子迁移率与掺杂浓度的关系。通过比较迁移率的实验测量值和由Klaassen迁移率模型得到的计算值,发现Klaassen模型适用于掺杂浓度在1018cm-3数量级的补偿单晶硅电子迁移率的计算,但对掺杂浓度在1017cm-3数量级的补偿单晶硅而言则明显高估了电子迁移率。分析认为这是由于该模型未充分考虑低掺杂浓度情形下自由载流子对电离杂质的屏蔽作用由于杂质补偿受到的削弱效应。根据实验结果,修正了Klaassen模型,使之在低掺杂浓度的情况下获得的电子迁移率计算值也与实验值吻合得地相当好。 (3)研究了氮气氛下的快速热处理(RTP)向直拉单晶硅中注入的氮的电活性。研究发现,通过1250℃/60s的RTP处理注入的氮一部分以具有电活性的替代位形式存在,且经过三次RTP处理后其浓度达到饱和,为2×1013cm-3。将上述经过RTP处理的样品再通过后续650℃热处理后发现生成了氮氧复合体,表明通过RTP注入的氮一部分以非电活性的氮对形式存在。


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