Содержание и форма присутствия примесей кислорода и углерода в изотопно обогащенном и поликристаллическом кремнии

• Автор: Котерева, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРИМЕСИ КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА В КРЕМНИИ

И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Кислород и углерод в кристаллическом кремнии.

1.1.1. Свойства и форма присутствия примеси кислорода в кремнии.

1.1.2. Свойства и форма присутствия примеси углерода в кремнии.

1.2. Методы определения кислорода и углерода в кремнии.

1.2.1. Высокотемпературная вакуумная экстракция.

1.2.2. Метод рентгеновской дифракции.

1.2.3. Активационный анализ .

1.2.4. Определение содержания кислорода по сопротивлению растекания.
1.2.5. Исследование методом ЭГ1Р с использованием диффузии 1л.
1.2.6. Масссгтектрометрия вторичных ионов.
1.2.7. Времяпролетная лазерная массспектрометрия на ТЛМР.
1.2.8. Абсорбционная ИКспсктроскопия.
1.3. Задачи исследования.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ.
2.1. Технология получения высокочистого изотопно обогащенного кремния.
2.2. Характеристика исследованных образцов.
2.3 ИКспектрометры для регистрации спектров пропускания кремния. 2.3.1 Фурьеспектрометр I3v с приставкой для измерений при температурах ЗООК.
2.3.2. Оптическая система ИК Фурье спектрометра 1ИРгеБе 8Ытас1ги.
2.4. ИК спектроскопические методики определения примесей кислорода и углерода в природном монокристаллическом кремнии.
2.4.1. Абсолютный и дифференциальный способы определения примесей по спектрам ИК пропускания.
2.4.2. Характерный И К спектр монокристаллического природного кремния.
2.4.3. Проверка правильности используемых ИКспектроскопических методик.
Выбор образца сравнения .
2.4.4. Определение градуировочного коэффициента для примеси кислорода при ТК.
2.4.5. Погрешность измерений.
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА В КРЕМНИИ, ОБОГ АЩЕННОМ ИЗОТОПАМИ ЗГ Б1 И 5Г
3.1. Изучение влияния изотопного обогащения на фононный и примесный спектр кремния.
3.2. Основные параметры полос поглощения кислорода и углерода в изотопно обогащенном кремнии.
3.2.1. ИК спектр примеси углерода в изотопно обогащенном кремнии.
3.2.2. ИК спектр примеси кислорода в изотопно обог ащенном кремнии.
3.3. Влияние температуры на спектры поглощения примесей в кремнии . Определение градуировочного коэффициента для линии см1 вБ1 при ТК.
3.4. Обсуждение результатов.
ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ КРЕМНИИ МЕТОДОМ ИК СПЕКТРОСКОПИИ.
4.1. Характеристика образцов поликристалл и ческого кремния.
Условия экспериментов.
4.2. Вид спектров поглощения образцов пол и кристаллического кремния различного происхождения.
4.3. Определение градуировочного коэффициента для линии углерода см1.
4.4. Сопоставительное исследование содержания примесей кислорода
и углерода в поликристаллическом кремнии.
4.5. Исследование поликристаллических образцов с низким содержанием примесей С и О.
4.6. Влияние высокотемпературной термической обработки поликристаллических образцов на результаты анализа.
4.7. Обсуждение результатов.
5. ВЫВОДЫ.
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность


Это связано с тем, что хорошо изучены условия получения монокристаллов, при которых примеси С и О находятся в положении замещения и внедрения соответственно, и известны условия термообработки приводящие эти примеси в оптически активное состояние ,. Одним из таких методов явился метод ИКС. Данные по применению метода ИКС при анализе поликристаллического кремния немногочисленны 8,5,6, существует ряд проблем, связанных с многообразием форм нахождения С и О в поликристаллическом кремнии, полученном по различным технологиям. В тоже время контроль за поведением примесей О и С в поликристаллическом изотопно обогащенном кремнии, так и в кремнии природного изотопного состава, также крайне важен. Из вышеизложенного следует, что развитие метода ИК спектроскопии для исследования примесей кислорода и углерода в кремнии, в т. О и С в кремнии и кремнии природного изотопного состава. Научная новизна. Определены частоты полос поглощения фононов в образцах монокристаллического кремния, обогащенного изотопами обогащение ,4, и с обогащением , и , соответственно. Определено содержание примесей О и С в наиболее чистых образцах
кремния, обогащенного изотопом . Практическая ценность. Разработаны методики определения С и О в образцах поликристаллического кремния, полученного при охлаждении расплава и осаждением из силана, с пределами обнаружения примеси углерода 5 см3, кислорода 8 см3. Диссертационные исследования проводили в рамках программы фундаментальных исследований ПРАН Разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов проект Получение монокристаллов высокочистого моноизотопного кремния и исследование его оптических и теплофизических свойств и программы 0XМ РАН Создание эффективных методов химического анализа и исследования структуры веществ и материалов проект Разработка методов ашшиза твердых высокочистых простых веществ и материалов сложного состава в интервале концентраций 8 0 , а также в соответствии с проектами Международного научнотехнического Центра Разработка методов получения и изучение свойств изотопночистых полупроводниковых материалов для использования в современных технологиях и Оптимизация опытной технологии получения высокообогащенных изотопов кремния для выращивания кристаллов полупроводникового качества, и в рамках международного проекта Лвогадро. Результаты определения спектроскопических параметров фононного спектра, линий поглощения кислорода и углерода в изотопно обогащенном кремнии. Методика определения содержания примесей О и С в изотопно обогащенном кремнии. Методика определения содержания примесей углерода и кислорода и изучение форм их нахождения в образцах поли кристаллического кремния, полученного различными методами. Результаты работы докладывались и обсуждались на II Международном совещании Моноизотопный Нижний Новгород, , III Всероссийской конференции по материаловедению и физикохимическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на его основе Москва, , XII и XIII конференциях Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение. Нижний Новгород, , , IV Научной школе для молодых ученых Высокочистые моноизотопные вещества Нижний Новгород год, городском семинаре по химии высокочистых веществ , опубликованы в работах . Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы 9 наименований и содержит рисунков и таблиц. Первая глава представляет собой литературный обзор о свойствах и формах нахождения примесей кислорода и углерода и методах их определения в кремнии. Вторая глава посвящена характеристике исследуемых образцов кремния, описанию спектральной и криогенной аппаратуры, экспериментальных методик спектральных и аналитических измерений. В третьей главе приводятся результаты исследования ИКспектров собственного поглощения кристаллической решетки, а также примесей кислорода и углерода и методики их количественного определения, в кремнии, обогащенном изотопами 8ц и 8ь Четвертая глава посвящена определению примесей О и С и изучению влияния высокотемпературной термической обработки на формы нахождения этих примесей в поликристаллическом кремнии.