太阳能单晶硅位错密度<3000个/cm2的检测方法研究

张学强++方丽霞++郭云鹏

摘 要：该文在无位错单晶硅的检验检测方法GB/T1554-2009的基础上，结合太阳能单晶硅位错腐蚀坑的分布规律，通过实验总结分析，得出了针对太阳能单晶硅位错密度<3000个/cm2比较合理的检验检测方法。

关键词：太阳能单晶硅位错密度 择优腐蚀 位错迁移理论

中图分类号：K511 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0075-01

太阳能单晶硅是光伏发电的主要材料，目前只有适用于集成电路的无位错单晶硅的检测方法（国标GB/T1554-2009），而针对太阳能用单晶硅的位错密度<3000个/cm2的检验检测方法，在半导体领域仍是空白。工业生产上需要建立一个太阳能单晶硅位错密度<3000个/cm2的合理的检验检测方法，用于指导实际生产操作。

1 理论依据

（1）位错迁移理论：单晶硅棒拉制完成后，由于热应力作用，尾部会产生大量位错，沿着单晶向上延伸，延伸的长度约等于单晶尾部的直径。

（2）国标GB/T1554-2009（九点计数法）选点位置：当硅片缺陷呈不规则分布时，应在包含缺陷密度最大的两条垂直直径上计数。选点位置：边缘取4点，R/2处取四点，中心取一点。

2 检测方法的建立过程

2.1 太阳能单晶位错腐蚀坑的分布规律

（1）位错排主要分布在棱线上及两棱线间。

（2）根据位错迁移理论，越靠近尾部位错密度越大。

（3）根据位错的生长规律，（100）面上位错坑形态为井形结构（中心一般无位错）。

2.2 选用国标检测方法的不足

情况一：连接四条棱线的垂直直径，并在R/2处取四点，中心取一点。这样，两棱线间的位错排将漏掉，选点位置不能反映整片位错密度。

情况二：连接两棱线间的垂直直径，并在R/2处取四点，中心取一点。这样，棱线上的位错排将漏掉，选点位置不能反映整片位错密度。

2.3 针对太阳能单晶硅位错密度<3000个/cm2的检测方法的建立

针对太阳能单晶位错排的分布规律，并参照国标，太阳能级单晶位错密度九点计数法的选点位置：以方片为准选点，四棱线边缘9.8mm处选四点，对边中点处距边缘8.3mm处选四点，连接八点所形成的区域内缺陷最密集处选一点，如图1。

2.4 检测方法的合理性分析

（1）边缘八点选择在位错排分布比较集中的地方。

（2）即使边缘八点不能选中位错排较严重处，第九点作为补充。

（3）此标准相对于国标而言是加严的控制方法。

3 检测方法在实际生产中的应用与验证

3.1 检测方法的应用

根据位错迁移理论分别将太阳能单晶硅掉苞棒返切130 mm、120 mm，以新建立的太阳能单晶位错密度<3000个/cm2计数标准，将单晶掉苞棒返切130 mm统计数据如下：晶体号分别为A1、A2……A10对应的位错密度为0.42、0.52、0.5、0.57、0.48、0.39、0、0、1.25、3.9（×103个/cm2）。

将单晶掉苞棒返切120 mm统计数据如下：晶体号分别为B1、B2……B10对应的位错密度为0.62、0.33、3.44、0、1.1、1.92、1.44、1.77、0.77、0.82（×103个/cm2）。

3.2 置信度分析

单晶掉苞棒返切130 mm数据：平均值为0.46×103个/cm2，分布在区间（0.16，0.76）的置信度为95%。

将单晶掉苞棒返切120 mm数据：平均值为0.97×103个/cm2，分布在区间（0.48，1.47）的置信度为95%。

由该置信度计算，说明了新建立的单晶位错密度<3000个/cm2的科学合理性。

3.3 生产验证

利用该检验方法所得的位错密度<3000个/cm2的硅片发往尚德、宝利特等光伏组件生产商，充分满足客户要求。

4 结语

通过实验对太阳能单晶硅位错密度<3000个/cm2检验检测方法做了深入的研究，选用九点计数法，选点位置：以方片为准选点，四棱线边缘9.8 mm处选四点，对边中点处距边缘8.3 mm处选四点，连接八点所形成的区域内缺陷最密集处选一点。该检测方法是针对太阳能用单晶硅的位错密度<3000个/cm2的检验检测方法，充分满足生产要求，较好的指导了工业生产操作。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 1554-2009硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法[M].北京：中国标准出版社，2009.

[2] 邓志杰，郑安生.半导体材料[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3] A.H.科垂耳著，葛庭燧，译.晶体中的位错和范性流变[M].北京：科学出版社，1962.endprint