ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ НАНОПРЕЦИПИТАТОВ SiO 2 В Si ПОД ДЕЙСТВИЕМ RTA

1. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА УСКОРЕННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ НАНОПРЕЦИПИТАТОВ SiO2В SiПОД ДЕЙСТВИЕМ RTA Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАНУ, Киев, Украина ОАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «ГИРЕДМЕТ»» Москва, Россия В.Г. Литовченко, И.П. Лисовский, В.Ф. Мачулин, В.П. Кладько, А.В. Сариков, С.А. Злобин, М.В. Войтович, М.В. Меженный

2. Мотивация и цель Большинство исследований, касающихся влияния БТО на преципитацию кислорода в пластинах Si, связано с применением различных режимов отжига послепредварительной термообработки с использованием импульсного нагрева. Нами было обнаружено, что БТО пластин солнечного кремния при умеренной температуре (850oC) вызывает ускоренную преципитацию кислорода. Целью работы является исследование влияние БТО на изменение дефектного состояния кристалла и обсуждение возможных физических механизмов ускоренной преципитации кислорода в кристаллах солнечного Cz-Si под действием БТО.

3. Методика эксперимента Cz-Si Отжиг Т=8000С t=10ч БТОТ=8500C t =126мин

4. Методика эксперимента Исследовали: • тип и размеры дефектов (дифракционное отражение и диффузное рассеяние рентгеновских лучей - рентгеновский дифрактометр “X’Pert PRO MRD”) • концентрация междоузельного кислорода (Сі) и преципитировавшего кислорода (Ср)(FTIR Spectrum BXII PerkinElmer) • структура преципитированной фазы (анализ формы полосы поглощения на валентных колебаниях Si-О связи)

5. Структурное состояние кислорода в исходном кристалле В постростовом состоянии преципитировавший кислород образовывал включения с малонапряженной структурой, состоящие из 6-членных колец SiО4 -тетраэдров

6. Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате отжига

7. Изменение полосы ИК-поглощения кислорода в результате БТО Верхняя часть слитка Нижняя часть слитка

8. Изменение структурного состояния кислорода в результате отжига (800 оС, 10 часов, аргон) Постростовое состояние ТО В структуре преципитатов рядом с тетраэдрами SiО4 появляются молекулярные комплексы недоокисленного кремния (SiО2Si2 и SiО3Si)

9. Изменение концентрации межузельного кислорода в процессе БТО Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) данные о концентрации междоузельного кислорода в зависимости от времени БТОобработки при 850 °С пластин Cz-Si, вырезанных из верхней (1) и нижней (2) части слитка Si .

10. Характеристики микродефектов (МД) исследованных образцов.

11. Изменение структурного типа дефектов в результате термообработок Зависимость соотношения концентраций дефектов междоузельного и вакансионного типа от вида отжига для пластин кремния, вырезанных из верхней и нижней части слитка Si.

12. Обсуждение экспериментальных результатов Термообработка при 800оС приводит к росту вклада дефектов вакансионного типа для обоих частей слитка. При этом, для образцов, вырезанных из верхней части слитка, наблюдается исчезновение мелких микродефектов. БТО приводит к изменению преобладающего типа собственных точечных дефектов – в обеих частях слитка стали преобладать дефекты междоузельного типа, причем этот эффект намного заметнее для образцов, вырезанных из нижней части слитка. Для описания кинетики преципитации кислорода в процессе БТО при 850 °С была предложена математическая модель. Эта модель предполагает, что до проведения БТО в пластинах кремния существуют преципитаты SiO2 равного размера сферической формы с концентрацией Np, образовавшиеся в результате отжига при 800 °С. Лимитирующей стадией данной модели роста преципитатов при БТО является процесс диффузионного подвода кислорода извне.

13. Обсуждение экспериментальных результатов Для объяснения экспериментальных данных в рамках предложенной модели необходимо допустить, что значения равновесной концентрации межузельного кислорода, определенные в результате моделирования, значительно превышают известное значение предела растворимости. Это требует доработки данной модели для описания явлений, протекающих в процессе преципитации кислорода при проведении БТО по сравнению со случаем традиционного термического отжига.

14. Выводы • В данной работе изучены особенности преципитации кислорода в пластинах кремния, подвергнутых БТО после термообработки при 800оС (10 час.). • БТО приводит к изменению преобладающего типа собственных точечных дефектов – в обеих частях слитка начинают преобладать дефекты междоузельного типа, причем этот эффект намного заметнее для образцов, вырезанных из нижней части слитка. • Для описания кинетики преципитации кислорода в процессе БТО при 850 °С была предложена математическая модель. Принципиальным моментом этой модели было значительное увеличение коэффициента диффузии кислорода в отожженных пластинах Si, a также изменение растворимости межузельного кислорода (в частности, вследствие взаимодействия с точечными дефектами, которые генерируются при БТОобработках).