Распределение примесей в мультикристаллическом кремнии, выращенном из UMG-кремния методом Бриджмена

Abstract

В последние годы в технологии фотоэлектрических преобразователей на основе мультикристаллического кремния (mc-Si) существенной альтернативой стало использование n-типа проводимости в качестве материала исходной подложки наряду с традиционным р-типом. Показано, что в слитках n типа высокие значения времени жизни неравновесных носителей заряда (вплоть до 1 мс) обусловлены не столько фундаментальным отличием электронов от дырок, сколько отсутствием глубоких уровней, характерных именно для mc-Si p-типа [1]. Например, это уровни, связанные с образованием комплексов В-О и Fe-B. Актуальной альтернативой, снижающей себестоимость кремниевых пластин, является использование металлургического кремния высокой чистоты (UMGSi, 5N-6N) в качестве исходной для выращивания слитков загрузки. Однако, не все присутствующие в нём примеси и не всегда образуют монотонно возрастающий профиль распределения, соответствующий конкретному значению эффективного распределения (<1) конкретной примеси [2]. Помимо начальной концентрации примеси, скорости и формы фронта кристаллизации, процессов в расплаве, необходимо учитывать еще и зёренно-граничную структуру слитка, распределение дислокаций. Неравномерность распределения примесей в mc-Si в существенной мере связана с процессами сегрегации примесей на межзёренных границах общего типа и дислокациях [3]. В настоящей работе мы рассматриваем особенности взаимодействия 19 элементов примесей между собой в зависимости от формируемой макроструктуры слитка. Процессы сегрегации примесей связаны не только с границами общего типа и дислокациями, но и с распределением их в виде микровключений в зёрнах [4]. Причем, микровключения различных составов по-разному влияют на распределение времени жизни ННЗ в объеме слитка мультикремния. А состав микровключения, в свою очередь, связан с кристаллографическими особенностями зерна: более плотноупакованные относительно плоскости фронта кристаллизации зёрна (зёрна с высокой ретикулярной плотностью) существенно меньше содержат микровключений и дислокаций, чем зёрна с более низкой ретикулярной плотностью. Влиять на процессы распределения примесей в процессе кристаллизации, таким образом, представляется возможным благодаря обеспечению особых тепловых и скоростных режимов направленной кристаллизации. Это перспективное направление исследований позволит достичь высокой эффективности фотоэлектропреобразователей на основе мультикремния и существенно снизить их себестоимость за счёт использования в качестве исходного сырья UMG-Si.