硅晶体重要指标的关键测量技术

有关硅晶体的导电类型、电阻率、少子寿命关键指标的测量方法

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第二届中国(呼和浩特)光伏发电研讨会

晶体硅重要指标的关键测量技术广州市昆德科技有限公司王世进总工(前广州半导体材料研究所总工程师)

PPT制作：田蕾(广州市昆德科技有限公司工程师)网址：http://www.77cn.com.cn Email:gzkunde@http://www.77cn.com.cn

有关硅晶体的导电类型、电阻率、少子寿命关键指标的测量方法

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目前，太阳能级多晶硅的需求量已超过电子级多晶硅，然而不管生产太阳能电池或是制造集成电路和分立器件，对硅晶体而言，以下指标都是必须要求的：

1、型号—拉制单晶和制造PN结工艺中不可或缺的测量项目2、电阻率—决定器件反向击穿电压、反向漏流以及正向压降、最大输出电流等的重要参数

3、少子寿命—影响太阳能电池光电转换效率，晶体管放大倍数及工作频率的重要参数此外还有结晶方向、晶体缺陷，氧、碳含量，重金属杂质含量以及迁移

率、补偿度等要求。但是对于硅晶体生产单位和使用硅晶体制造器件的企业，检测工作量最大的，合同中出现最频繁的莫过于以上三项参数。

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我们将数十家多晶厂、单晶厂近几年来三大参数检测中出现的技术关键归纳如下：

一、杂质导电类型的测量二、二探针电阻率测量三、四探针电阻率测量四、少子寿命测量

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一、杂质导电类型的测量全类型整流法

热电法

图1用热探针电动势测定导电类型的装置

图2用全类型整流法测定导电类型的原理图

两种方法的同异点：测量方法表面处理干扰因素压力指示区域热电动势法全类型整流法清洁表面，去掉表面氧化膜，喷砂→清洗→吹干，因为高温生长的晶体表面有一层复杂的氧化膜，不推荐用腐蚀表面方法光照干扰，出现空间辐射及电源干扰，要通过遮光，屏蔽来解决出现轻压与重压反型时，以重压为准热笔接触处的材料型号不主张用大压力探针“1”触点处的型号

标准推荐测量范围

≤1000Ω·cm网址：http://www.77cn.com.cn

≥1Ω·cmEmail:gzkunde@http://www.77cn.com.cn

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实践证明：

1、分析晶体出现混合型号的原因，发现晶体生长工艺造成的几率远大于方法、设备问题，因为型号测试方法和设备相对比较简单，且经过数十年的使用考验，而工艺中碰到的问题十分复杂。 2、混型晶体，是由于晶体硅中Ⅲ、Ⅴ族杂质高度补偿引起的，此类试样的测量结果更易受样品表

面状态的影响，常常是不稳定的和难以重复的，因此没有必要反复测量。

国外多个实验室不同方法导电类型测定结果电阻率，Ω· cm 0.002 0.005 0.006 0.01 0.05 0.5 0.7 0.9 1.0 1.0 3.0 10 50 100 100 900 1000 1400#1

方法A,热探针#1 1 2 3

方法B,冷探针#1 1 2 3 1

方法C,整流#1 2硅 3

方法D,全类型整流#1 1 2 3

方法D,全类型热电动势#1 1 2 3 n 7 7

n p

6 6

6 6

n p

7 7

7 7

n p

2 1

4 4 p p p n 2 7 6 7 7 7 7 2 7 6 7 7 7 7 n p p 7 5 1 7 5 1

n

6

6

n

7

7

n

5

5 p

p

6

6

p

7

7

p

5

5p n

n p n p

6 6 6 6

6 6 6 6

n p n p

7 6 7 6

7 6 7 6

n p n p

5 5 5 5

5 5 5 n 5 7 7

第一列：导电类型，第二列：报道正确导电类型的实验室个数，第三列：进行测定的实验室个数。

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二、二探针电阻率测量

计算公式：要点截面形状为圆形、方形或梯形的单晶或经过熔炼的多晶棒(长测量对象(细长棒的纵度大于截面最大尺寸的3倍)。如硅芯、检验棒、区熔锗，推荐向电阻率)的试样最大直径为37.5mm测量电流选择电极要求为了减小加热和注入效应，两探针上的电压降等于或低于10mV

试样两端与电极的接触要均匀稳定，接触电阻尽可能小，避免用不平整、不平行的两端面与电极接触1.59mm、4.76mm、10mm,要用增量为2.5μm的显微镜精确测定。两针尖联线应与晶轴平行，如有夹角α,将产生cosα的误差网址：http://www.77cn.com.cn Email:gzkunde@http://www.77cn.com.cn

探针间距

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三、四探针电阻率测量

SEMI MF43-075、GBT-1552认定的硅单晶电阻率标准测试方法。计算公式由两源的拉普拉斯方程解出，求解偏微分方程的边介条件是半无限大的介质，实际使用时要求任一探针与边介的距离要大于4S,否则误差会大于5%,因此不适用于细圆棒的纵向电阻率测量，而适用于测量大直经单晶的横断面电阻率。它测量的是四探针接触区的局部电阻率。标准中明确指出四探针测量法不推荐用来测量多晶材料的电阻率。

SEMI MF86-01、SEMI MF84-02认定的硅片电阻率测试方法。针对硅片厚度的不等以及测点与硅片边介距离的不同，精确地计算出了厚度修正因子 F(W/S)和直径修正因子F (S/D),使测试结果准确可靠，因此无接触测量仪器以及扩展电阻设备所需的标准样片都是由四探针法测量标定。这是国内外公认的最准确的硅片测量电阻率的方法。同样也是测量探针压触区的电阻率，因此可以测量电阻率的均匀性。

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确保四

探针法电阻率测试精度的关键因素修正系数： (硅片)<2% (硅块)探针游移误差

探针间距误差

数字电压表的输入阻抗厚度修正直径(边界)修正温度修正

≥1000MΩ有详细修正系数表在中心点，1/2r,离边缘6mm处修正系数都不相同，详见修正系数表，有详细的温度系数修正表

注：忽略了以上任何一项都会带来不可忽视的误差。

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