掺杂

prince

在硅单晶生长工艺中有一个重要的环节－掺杂（有称配料），掺杂的目的主要是用来改变硅熔体中施主杂质（如磷）或受主杂质（如硼）的杂质浓度，使其生长出的单晶电阻率达到规定的要求。
影响掺杂的几个因素：①杂质的蒸发；无论液体或熔体在合适的温度下，溶剂和溶质总是要蒸发，特别是在真空下尤为显著，因此蒸发必定影响溶质在溶液的分布和溶液的杂质浓度，具体的公式非常复杂，我们需要知道的是杂质蒸发同蒸发表面积、杂质的蒸发速度常数、蒸发的时间几个要素有关。②杂质的分凝效应；熔体的各部分的杂质浓度相同，若进行极其缓慢的所谓平衡冷却，这样固液两相内部杂质原子会通过扩散调整它们之间的浓度，实际上熔体不可能实现平衡冷却，总有一定的冷却速度，由于固相中杂质原子扩散速度很小，浓度调整缓慢，先凝固的与后凝固的固相杂质浓度不同，因此晶体中各处杂质浓度不再均匀分布，这种由于杂质偏析引起的分凝现象叫分凝效应。不同的杂质在熔硅中分凝系数是不同的，熔体结晶时杂质分凝效应使单晶中杂质分布不匀这是它的不利方面，但另一方面可利用杂质的分凝效应使杂质集中在单晶的头部或尾部，达到提纯的目的。③拉制单晶过程中硼的滲入；由于石英坩埚的纯度远远小于多晶硅的纯度，在硅单晶拉制过程中石英坩埚P型杂质（主要是硼）不断溶入熔硅，改变熔硅的杂质浓度。
掺杂的几个重要参数：①单晶的型号（N还是P）；②拉制硅单晶的目标电阻率；以P型为例，一般要求范围为0.5~3，选择1.6~2.5的目标阻值基本不会跑阻，当然可根据实际情况和需要调整。③原料的电阻率（要求精确）；④母合金的杂质浓度；⑤所掺杂质的分凝系数。
了解了影响熔硅中杂质浓度的几个因素和掺杂的几个参数后，剩下的部分我们只需要套公式了，许多地方把公式用程序开发的形式简化，在操作方面更加简单易懂。本人曾用VB试做了一套掺杂的小程序，效果还不错