Спросить
Войти
УКД 621. 315. 592
Р. Н. Воляр УВЕЛИЧЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В КРИСТАЛЛАХ КРЕМНИЯ
В статье описана возможность повышения времени жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллах кремния при использовании исходного сырья с повышенным содержанием примесей
Исследования, о которых идет речь в статье, относятся к металлургии полупроводниковых материалов. Для изготовления солнечных элементов необходимы кристаллы кремния, имеющие величину времени жизни неравновесных носителей заряда не менее 30 мкс. Время жизни неравновесных носителей заряда является одним из главных параметров, непосредственно влияющих на коэффициент полезного действия солнечных элементов. Однако проблема регулирования величины этого параметра в процессе роста монокристалла на сегодняшний день практически не изучена. Особенно актуальной она становится в связи с нехваткой на мировом рынке качественного исходного сырья для производства кристаллов кремния. Известно [1], что применение исходного сырья с повышенным содержанием примесей приводит к снижению величины времени жизни неравновесных носителей заряда.
Целью работы являлось изучение возможности увеличения времени жизни неравновесных носителей заряда с помощью тепловых условий в процессе выращивания кристаллов кремния из исходного сырья с повышенным содержанием примесей
Для выращивания кристаллов кремния методом Чохральского используют тепловые узлы различной конструкции. В работе [2,3] приведена конструкция модернизированного теплового узла, которая отличается от стандартного заменой материалов узла и добавлением дополнительных
тепловых экранов. Это обеспечивает заданное тепловое поле при выращивании кристаллов кремния и повышает их качество.
Предложные технологические режимы выращивания кристаллов кремния в работах [4,5], позволяют получать кристаллы кремния с заданными свойствами.
Результаты исследований представленные в работе [6] позволяют установить влияние пост-кристаллизационной обработки на характеристики кристаллов кремния.
При выращивании кристаллов кремния солнечных марок, которые используются для изготовления фотоэлектрических преобразователей, используют исходное сырье с повышенным содержанием примесей, (общая концентрация примесей в около 5-1017 ат/см3). В процессе выполнения исследований было установлено, что снижение скорости охлаждения кристалла до 0,5 град/мин обеспечивает увеличение времени жизни неравновесных носителей заряда.
В то же время из литературных данных известно [7,8], что подобный эффект - увеличения времени жизни неравновесных носителей заряда, достигается при увеличении скорости охлаждения (15...30 град/мин). Однако этот эффект достигается для кристаллов с малым содержанием примеси (менее 1-1017 ат/см3).
Установленные закономерности можно представить следующей графической зависимостью, на которой можно выделить два участка. Первый участок, который является результатом наших исследований, характеризуется увеличением времени жизни неравновесных носителей заряда при снижении скорости охлаждения, несмотря на значительное увеличение общего содержания примеси в кристалле кремния.
Второй участок является результатом литературных данных [7,8]. Как видно, увеличением скорости охлаждения кристалла обеспечивает увеTECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 3/1(5), 2012 © R. Valyar
личение времени жизни неравновесных носителей заряда, однако это достигается при уменьшении общей концентрации примесей. При этом видно, что с увеличением общей концентрации примеси величина времени жизни неравновесных носителей заряда уменьшается, не смотря на снижение скорости охлаждения.
Увеличение времени жизни неравновесных носителей заряда при уменьшении скорости охлаждения и при повышении концентрации примеси (первый участок), можно представить следующим механизмом. При выращивании кристаллов присутствующие в нем примеси образуют комплексы, которые являются ловушками для носителей заряда. Изменение тепловых условий выращивания кристалла или специальная термообработка кристаллов кремния приводит к изменению концентрации и общего количества комплексов.
В нашем случае при уменьшении скорости охлаждения кристалла устраняется образование примесных комплексов, которые по сечению захвата являются ловушками носителей заряда. Именно этот эффект является положительным фактором при увеличении времени жизни неравновесных носителей заряда в наших исследованиях.
При повышенных скоростях охлаждения (второй участок) за счет малого количества примесей образуются мелкие примесные комплексы с малым значением сечения захвата носителей заряда, что обеспечивает увеличение времени жизни неравновесных носителей заряда. Следует отметить, что сечение захвата примесного комплекса, является основным фактором влияющим на время жизни неравновесных носителей заряда. При уменьшении скорости охлаждения таких кристаллов кремния, то есть с малым содержанием примеси, примесь распределяется диффузионным путем по кристаллу и условия образования комплексов устраняются. Именно такая ситуация обеспечивает условия для увеличения величины времени жизни неравновесных носителей заряда.
- 978-966-7282-95-0
Э.С. Фалькевич - Запорожье : ЗГИА, 2004. - 343 с. : рис., табл. - Библиогр.: с. 317-342. - 300 экз. -ISBN 966-7101-61-4.
- ISBN 5-229-00740-0.
ПІДВИЩЕННЯ ЧАСУ ЖИТТЯ НЕРІВНОВАЖНИХ НОСІЇВ ЗАРЯДУ В КРИСТАЛАХ КРЕМНІЮ
Р. М. Воляр
У статті описана можливість підвищення часу життя нерівно-важних носіїв заряду в монокристалах кремнію при використані початкової сировини з підвищеним вмістом домішок
Ключові слова: метод Чохральського, вирощування, кристал, домішка
Роман Миколайович Воляр, аспірант кафедри металургії кольорових металів, Запорізька державна інженерна академя, тел. (068) 451-91-07, e-mail: voron@meta.ua
INCREASES OF THE NON-EQUILIBRIUM CHARGE CARRIER LIFETIME IN SILICON CRYSTALS
R. Volyar
The article describes possibility increase of the non-equilibrium charge carrier lifetime in silicon monocrystals at use of initial raw materials with the increased content of impurity is considered Keywords: method Chohralsky, impurity, crystal, growth
Roman Volyar, graduate student of department metallurgists of the nonferrous metals, to the Zaporizhzhya state engineering academy, tel. (068) 451-91-07, e-mail: voron@meta.ua
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 3/1(5), 2012
