SJ_T 11494-2015硅单晶中III-V族杂质的光致发光测试方法.pdf

ICS 29. 045H 82备案号：50551-2015中华人民共和国电子行业标准SJ/T 11494—2015硅单晶中III一V族杂质的光致发光测试方法Test methods for photoluminescence analysis of single crystal silicon for II-Vimpurities2015－10－01 实施2015- 04- 30 发布发布u中华人民共和国工业和信息化部E SJ/T 11494—2015言前本标准按照GB/T1.1一2009制定的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国半导体设备与材料标准化技术委员会(SAC/TC203)归口。本标准起草单位：信息产业专用材料质量监督检验中心、工业和信息化部电子工业标准化研究院、苏州晶瑞化学有限公司、天津中环领先材料技术有限公司。二本标准主要起草人：李静、何秀坤、刘兵、李翔、付雪涛。3客:.iril :家--3.3- SJ/T 11494-2015硅单晶中II-V族杂质的光致发光测试方法1范围本标准规定了硅单晶中硼、磷杂质的光致发光测试方法。本标准适用于低位错密度（500个/cm²）硅单晶中导电性杂质硼、磷含量的测定，同时也适用于检测硅单晶中含量为1×10llat·cm~5xi015at：cm3的各种电活性杂质。2规范性引用文件下列文件对于本文伴的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T13389°掺硼掺磷硅单晶电阻率与掺杂物浓度的换算规程GB/T24581‘低温傅里叶变换红外光谱测量硅单晶中I-V族杂质含量的标准方法3术语和定义=下列术语和定义适用于本文件。3.1缺陷光荧光谱defect luminescencelines由硅中缺陷产生的那些特征吸收。3. 2电子空位液滴（EHD）、electron hole droplet(EHD)由光激发产生的激子气体的冷凝相（液体）3.3激子　exciton是由一个空位晶格（自由激子）或杂质原子点（束缚激子）结合在一起的能发光的电子空穴对。3.4非本征谱（Xro（BE）或Xnp（BE））extrinsic line（Xro（BE）或Xnp（BE））由晶格中的杂质原子点（束缚激子）捕获激子而产生的光荧光谱。在4.2 K温度下非本征激子的结合能，它的能量比本征发射低得多。X是杂质元素符号，BE表示束缚激子荧光谱。非本征荧光同样包括特征吸收，是因为束缚的多个激子复合（b1，b2，b3分别表示第-第二和第三束缚的多个激子复合）。在施主荧光谱中，这些复合在TO区域出现了两个系列的谱线，叫做α系列和β系列。在符号后面加撇号来表示弱的β系列特征吸收，即Pro(b1)（见附录A中表A.1和表A.2）。 SJ/T 11494—20153.5本征谱（Iro（FE））intrinsic line（Iro（FE））无掺杂的纯净硅中激子复合而产生的光荧光谱。3. 6声子 phonon晶格振动中简谐振子的能量量子。4　方法原理本方法利用低温下样品的非辐射复合会减小，发光带的热展宽也相应地减少，可以观察到激子发光精细结构的原理，将单晶硅样品冷却到4.2K，用高于硅带隙能量的激光器激发它，测量本征硅发射强度和非本征杂质发射强度的比值，做出强度比与杂质浓度之间的校正曲线，从而获得杂质浓度。5干扰因素5.1激发强度的变化一一在相同的激发强度下，非本征束缚激子（BE）和本征自由激子(FE)的荧光特征吸收强度值不改变。随着激发强度的增强FE特征吸收会适当增强，同时BE特征吸收也会增强。但当激发强度较高时，达到了EHD的起始点以上时会很缓慢增强。因为计算杂质浓度由非本征特征吸收与本征特征吸收的比值得出，这一比值将随着激发强度的增强而减小。因此，如果一个样品在超过仪器校准水平的高激发强度下检测时，将会带来人为的测试误差，致使计算浓度偏低。5.2样品表面损坏及缺陷等因素会造成样品辐射复合的减少，影响样品光荧光谱的强度，这是由于这些缺陷能级会俘获电子和空穴，形成不发光的非辐射复合中心，减弱样品的荧光强度。例如那些在6501cm和7050cm处的荧光都是典型的受热力学压力造成的，这些特征吸收可以用来定性分析缺陷。5.3硅的荧光特征值和线性宽度随温度的改变而剧烈变化，因此一一定要避免测试过程中样品温度的改变，本测试方法在6.1部分对使用的降温系统进行了阐述。5.4光谱特征吸收的重迭5.4.1硼的BTO(BE)特征吸收在8812.6cml与磷的 PTO(b1)特征吸收8812.7cm发生重迭，直接导致计算硼浓度时出现错误。种方法是利用在8806.6cm处β系列磷荧光谱PTO(B