晶圓是指制作硅半導體電路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。國內晶圓生產線以 8英寸和 12 英寸為主。晶圓的主要加工方式為片加工和批加工，即同時加工1 片或多片晶圓。隨著半導體特征尺寸越來越小，加工及測量設備越來越先進，使得晶圓加工出現了新的數據特點。同時，特征尺寸的減小，使得晶圓加工時，空氣中的顆粒數對晶圓加工后質量及可靠性的影響增大，而隨著潔凈的提高，顆粒數也出現了新的數據特點。
硅晶圓和硅太陽能電池分別是半導體材料和半導體器件的典型代表。半導體特性參數衡量和表征材料及其器件的性能。由于載流子是半導體材料及器件的功能載體，載流子移動形成電流及電場，同時載流子具有發(fā)光、熱輻射等特性，因此載流子參數是表征半導體材料及器件載流子輸運特性的基礎，即載流子參數是硅晶圓和硅太陽能電池特性參數的重要組成部分。當硅晶圓經過加工、制造形成硅太陽能電池后，由于 pn 結和費米能級的差異，導致載流子分離形成電壓，進而有飽和電流、填充因子和光電轉化效率等電性能參數直觀反映并影響太陽能電池伏安特性。綜上分析，硅晶圓的主要特性參數包括載流子參數。 [4] 載流子分為多數載流子和少數載流子，包括電子和空穴。載流子擴散和漂移形成電流構成半導體器件傳遞信息的基礎。載流子輸運參數是描述載流子運動和濃度的基本參數，主要包括載流子壽命、擴散系數及前、后表面復合速率等。這些參數直接反映了半導體材料的物理特性和電學性能，影響載流子濃度、遷移率;摻雜濃度是決定載流子濃度另一重要參數，影響材料電阻率和載流子壽命等參數，決定器件性能。
載流子濃度多數半導體器件為少數載流子器件，如硅太陽能電池。本文后續(xù)提到的載流子參數均為少數載流子參數。半導體在熱平衡狀態(tài)下，空穴和電子濃度相等，此時為穩(wěn)態(tài);當受到外部激勵(光、電、熱等能量激勵)時，半導體處于非平衡狀態(tài)，電子和空穴均增加，形成過剩載流子。載流子壽命(lifetime)，是指過剩載流子平均存在時間，載流子濃度滿足指數衰減規(guī)律。
載流子壽命載流子壽命根據載流子復合類型可分為輻射復合壽命、俄歇復合壽命以及Shockley-Read-Hal(SRH)復合壽命。載流子壽命是反映材料和器件缺陷濃度的重要參數，也是衡量器件開關速度、電流增益、電壓等特性的重要指標，同時對半導體激光器、光電探測器以及太陽能電池等光電子器件的電光和光電轉化效率起到重要作用。
表面復合速率載流子既在材料體內發(fā)生復合也在表面發(fā)生復合。表面復合壽命或表面復合速率(Surface recombination velocity，s)是描述載流子在表面復合快慢的物理量。表面復合壽命越大說明表面復合速率越低，反之，表面復合速率越高。表面粗糙度、表面懸掛鍵等表面物理性質和狀態(tài)是影響表面復合速率的關鍵。表面復合速率是表征材料的表面質量的重要性能參數。
有效壽命載流子有效壽命是將體壽命和表面復合壽命綜合的參數，是特定樣件載流子整體壽命的表征。目前大多數檢測技術檢測的載流子壽命為載流子有效壽命，無法將體壽命和表面復合速率分離，因此很難逐一分析表面處理工藝、體內缺陷和摻雜等過程對硅晶圓和太陽能電池性能的影響。
擴散系數擴散系數(Diffusion coefficient，D)是表征在單位時間單位面積上，載流子通過界面快慢的物理量。擴散系數和載流子壽命共同決定載流子擴散長度(Diffusion length)，擴散長度是評價材料性能的典型參數，載流子擴散長度越長材料質量越好;對于太陽能電池來說，載流子擴散長度越長載流子分離和收集效率越好、光電轉化效率越高。
摻雜摻雜是形成功能半導體的必要環(huán)節(jié)，摻雜濃度對電阻率和載流子輸運參數有著重要影響。本征半導體，即不摻雜半導體，常溫時電阻率非常高，隨著摻雜濃度增加，電阻率降低，載流子壽命和擴散長度逐漸降低。
下載文檔
