單晶硅的少子壽命是指什么？表面形態(tài)對單晶硅少子壽命有何影響？

單晶硅的少子壽命是指非平衡少數(shù)載流子（電子或空穴）在半導(dǎo)體材料中從產(chǎn)生到消失（即通過復(fù)合過程失去）的平均時間。它是評價單晶硅質(zhì)量的重要參數(shù)之一，對硅單晶的性能有著直接和重要的影響。影響單晶硅少子壽命的因素有很多，包括材料的晶體缺陷、雜質(zhì)含量、表面損傷、表面復(fù)合速率以及基片厚度等。

表面損傷和雜質(zhì)

在單晶硅的加工過程中，如切割、研磨和拋光等步驟，可能會在表面引入損傷層和雜質(zhì)。這些損傷和雜質(zhì)會作為復(fù)合中心，加速少子的復(fù)合過程，從而降低少子壽命。例如，研究表明，使用HF與HNO3混合溶液對單晶硅片表面進行腐蝕，可以在一定時間內(nèi)去除損傷層，使少子壽命達到最大。



從上圖中可知，隨著酸腐蝕時間的增加，測得的少子壽命值逐漸增大，在5~7min時最大，樣品的厚度減少0.3~0.4mm。使用混合酸腐蝕，去除面損傷層和沾污，使表面趨于平整，可使少子壽命顯著提高。

表面粗糙度

表面粗糙度的增加會導(dǎo)致更多的表面態(tài)和缺陷態(tài)，這些態(tài)會捕獲或釋放電荷載流子，增加非輻射復(fù)合的幾率，從而降低少子壽命。因此，通過優(yōu)化拋光工藝，獲得更光滑的表面，可以有效提高少子壽命。

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表面鈍化

使用碘酒將硅片表面進行表面鈍化處理，因為碘原子可與硅的(100)表面上的懸掛鍵結(jié)合，從而避免了重金屬雜質(zhì)，特別是Fe、Cu等原子污染硅的表面，就能獲得較真實的單晶體壽命值。經(jīng)過實驗，碘與無水乙醇的摩爾濃度為0.08mol/L時，鈍化后的少子壽命最高。此外還應(yīng)強調(diào)鈍化用的碘酒必須現(xiàn)配現(xiàn)用，否則鈍化效果將會大打折扣。

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單晶硅的表面形態(tài)通過影響表面復(fù)合速率和載流子的分布狀態(tài)，進而影響其少子壽命。為了獲得高性能的半導(dǎo)體器件，需要通過精細的加工和表面處理工藝來優(yōu)化單晶硅的表面形態(tài)，以實現(xiàn)更長的少子壽命。

審核編輯：劉清