单晶硅的少子寿命是指什么？表面形态对单晶硅少子寿命有何影响？

单晶硅的少子寿命是指非平衡少数载流子（电子或空穴）在半导体材料中从产生到消失（即通过复合过程失去）的平均时间。它是评价单晶硅质量的重要参数之一，对硅单晶的性能有着直接和重要的影响。影响单晶硅少子寿命的因素有很多，包括材料的晶体缺陷、杂质含量、表面损伤、表面复合速率以及基片厚度等。

表面损伤和杂质

在单晶硅的加工过程中，如切割、研磨和抛光等步骤，可能会在表面引入损伤层和杂质。这些损伤和杂质会作为复合中心，加速少子的复合过程，从而降低少子寿命。例如，研究表明，使用HF与HNO3混合溶液对单晶硅片表面进行腐蚀，可以在一定时间内去除损伤层，使少子寿命达到最大。



从上图中可知，随着酸腐蚀时间的增加，测得的少子寿命值逐渐增大，在5~7min时最大，样品的厚度减少0.3~0.4mm。使用混合酸腐蚀，去除面损伤层和沾污，使表面趋于平整，可使少子寿命显著提高。

表面粗糙度

表面粗糙度的增加会导致更多的表面态和缺陷态，这些态会捕获或释放电荷载流子，增加非辐射复合的几率，从而降低少子寿命。因此，通过优化抛光工艺，获得更光滑的表面，可以有效提高少子寿命。

表面钝化

使用碘酒将硅片表面进行表面钝化处理，因为碘原子可与硅的(100)表面上的悬挂键结合，从而避免了重金属杂质，特别是Fe、Cu等原子污染硅的表面，就能获得较真实的单晶体寿命值。经过实验，碘与无水乙醇的摩尔浓度为0.08mol/L时，钝化后的少子寿命最高。此外还应强调钝化用的碘酒必须现配现用，否则钝化效果将会大打折扣。



单晶硅的表面形态通过影响表面复合速率和载流子的分布状态，进而影响其少子寿命。为了获得高性能的半导体器件，需要通过精细的加工和表面处理工艺来优化单晶硅的表面形态，以实现更长的少子寿命。

审核编辑：刘清