晶體硅碳氧雜質(zhì)含量檢測主講教師：目錄CONTENTS01.碳氧雜質(zhì)含量分布02.紅外吸收法檢測原理03.紅外線通過樣品時的反射、吸收和透過04.碳、氧含量的計算公式05.碳氧雜質(zhì)含量碳氧雜質(zhì)含量分布PART01一、碳氧雜質(zhì)含量分布是硅中最多最主要的雜質(zhì)氧碳一、碳氧雜質(zhì)含量分布氧和碳在硅晶體中都呈螺旋紋狀分布。氧氧的分凝系數(shù)為1.25，大于1，所以熔體一側(cè)的氧濃度比固態(tài)單晶一側(cè)的濃度低，因此在直拉單晶中頭部氧含量比較高，尾部氧含量比較低。碳碳的分凝系數(shù)小于1，為0.07，因此在直拉單晶生長時，熔體中的碳濃度逐漸增加。在晶體中，碳沿軸向的分布不均勻，頭部低，尾部高。一、碳氧雜質(zhì)含量分布紅外吸收法已成為測量硅單晶中氧、碳含量的標準方法。用紅外吸收法測氧、碳含量時，所測得的氧、碳含量不是硅單晶中的總氧和總碳含量。對氧來說，測得的是晶格中的間隙氧，對于碳來說，則是晶格中的替位碳。紅外吸收法測定硅單晶中氧原子含量的有效范圍是2.5×1015~3.0×1018原子/厘米3，測定碳的有效范圍是5×1015~3×1018原子/厘米3。紅外吸收法檢測原理PART02二、紅外吸收法檢測原理當一束紅外光照射分子時，分子中某個振動頻率與紅外光的某一頻率的光相同時（ν振=ν紅外光），分子就吸收此頻率的光發(fā)生振動能級的躍遷，產(chǎn)生紅外吸收光譜。在硅材料中，非線性的“Si—O—Si”這樣的“分子”模型吸收紅外光的能量后，圍繞平衡位置振動。二、紅外吸收法檢測原理硅——氧鍵的對稱伸張振動，振動頻率為1205厘米-1硅——氧鍵的彎曲振動，振動頻率為515厘米-1硅——氧鍵的反對稱伸張振動，振動頻率為1105厘米-1紅外線通過樣品時的反射、吸收和透過PART03三、紅外線通過樣品時的反射、吸收和透過強度分別記為IR，IK，IT。根據(jù)能量守恒定律得下式：I0=IR+IK+IT將上式中兩端分別除以I0，則可以得到

I=R+K+T當沒有反射和散射時，透過樣品的輻射強度IT隨樣品厚度d而指數(shù)關(guān)系衰減，IT和I0之間關(guān)系為：IT=Ioe-ad三、紅外線通過樣品時的反射、吸收和透過樣品對紅外光的反射率越高，吸收系數(shù)越大，那么紅外光的透射率就越小。λ

波長(cm)100%0%透射率零透射率υ

波數(shù)(cm-1)吸收峰一臺紅外分光光度計就是記錄連續(xù)波長的紅外光照射樣品時，紅外光的透射率與紅外光的波長（或波數(shù)）之間的關(guān)系，稱為紅外透射光譜。碳、氧含量的計算公式PART04四、碳、氧含量的計算公式（一）計算氧含量的經(jīng)驗公式如果將紅外吸收光譜上1105厘米-1吸收峰的半峰寬Δυ固定為一個常數(shù)，一般將Δυ調(diào)整為32厘米-1，那么硅單晶中的氧含量就與αmax之間成正比。空氣參考法參考光束上不放置樣品。差別法參考光束上放置相同厚度參比樣品，要求參比樣品中不含有待測元素。四、碳、氧含量的計算公式（一）計算氧含量的經(jīng)驗公式室溫（300K）公式對于雙光束差別法測量，在獲得半峰寬為32厘米-1情況下，氧含量為[O]=2.45×1017αmax（原子/厘米3）對于空氣參考法測量，采用基線法計算αmax，并對測得的αmax扣除硅的晶格系數(shù)0.4，即[O]=2.45×1017（αmax－0.4）（原子/厘米3）四、碳、氧含量的計算公式（二）計算碳含量的經(jīng)驗公式Si—C振動的波數(shù)為607.2厘米-1，在300K時就出現(xiàn)一個碳的紅外吸收峰（波長為16.47微米）在室溫300K下，用雙光束差別法測量，在半峰寬為6厘米-1的情況下，硅中碳含量與波數(shù)607.2厘米-1處的吸收系數(shù)關(guān)系為：

[C]=

1.0×1017αmax（原子/厘米3）碳氧雜質(zhì)含量PART05五、碳氧雜質(zhì)含量氧原子在熔硅中的最大溶解度約為3×1018

原子/厘米3碳原子的溶解度約為3～5.5×1018

原子/厘米3小結(jié)SUMMARY01掌握紅外吸收法檢測原理；02正確地使用傅里葉紅外檢測儀進行作業(yè)，希望大家實訓(xùn)過程中做到熟能生巧。我們來回顧一下