红外吸收法测定硅单晶中氧和碳课件.ppt

第四章红外吸收法测定硅单晶中氧和碳的含量以及多晶硅中基磷、、碳的含量一、硅单晶中氧、碳的分布情况1、氧:在硅单晶中,以间隙氧的形式存在(1)硅中氧的含量:(2)最大溶解度:(3)分布:硅单晶中的氧,由于分凝作用在晶体中呈条纹状分布,头部高,尾部低。(4)间隙氧对硅单晶结构和性能产生的影响:1)可以增加硅片的机械强度,避免弯曲和翘曲等变形。2)形成热施主,会改变器件的电阻率和反向击穿电压,形成堆垛层错和漩涡缺陷。3)形成氧沉淀,产生位错、堆垛层错等缺陷。2、碳:在硅单晶中,一间隙氧的形式存在(1)单晶硅中氧碳的含量:(2)最大溶解度:(3)分布:硅单晶中的碳,由于分凝作用在晶体中呈条纹状分布,头部低,尾部高。(4)碳对硅单晶的影响1)碳以替位形式存在,使晶格发生畸变,是硅的生长条纹可能与碳的分布有关。2)碳在硅单晶中成为杂质氧的成核点,促进氧的沉淀。3)导致晶体中堆垛层错、漩涡缺陷等的产生。降低器件的反向电压,增大漏电电流,降低器件的性能。二、红外光谱法1、红外光吸收谱法:当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收某些频率的辐射,产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线,就得到红外光谱。如图所示:         利用红外光谱进行定性定量分析的方法称之为红外吸收光谱法。2、红外光的划分及其应用:红外光在可见光区与微波区之间,波长范围(-1000μm)。根据仪器技术和用途不同分为三个区:近红外区、中红外区和远红外区)(1)近红外区(-):此吸收带主要是由低能级电子跃迁、含氢原子团(C-H、O-H、N-H)伸缩振动的倍频吸收等产生。应用:a)研究稀土和其他过渡金属离子的化合物b)水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。(2)中红外区(-25μm):绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。应用:有机化合物和无机离子的定性和定量分析。为目前应用最广泛的光区。(3)远红外光区(25-1000μm):主要气体分子和晶格振动所引起的红外吸收带。应用:a)异构体的研究b)金属有机化合物、氢键、吸附现象等的研究3、红外吸收光谱产的条件(1)分子吸收红外辐射的条件分子吸收红外辐射必须同时满足以下两个条件:a)辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量。 E振=(n+1/2)hV V:化学键的振动频率;n:振动量子数。任意两个相邻的能级间的能量差为: 其中:K为化学键的力常数,与键能和键长有关;m为双原子的折合质量。b)只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。(2)特征峰、基频峰和倍峰1)特征峰:把能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率,其所在的位置一般又称为特征吸收峰(n=0)2)基频峰:分子吸收红外辐射后,由基态振动能级(n=0)跃迁至第一振动激发态(n=1)时,所产生的吸收峰称为基频峰。3)倍峰:在红外吸收光谱上除基频峰外,还有振动能级由基态(n=0)跃迁至第二激发态(n=2)、第三激发态(n=3…),所产生的吸收峰称为倍频峰。除此之外,还有合频峰(n1+n2,2n1+n2…),差频峰(n1-n2,2n1-n2,…)等,这些峰多数很弱,一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。4、分子振动的形式:伸缩振动和弯曲振动(1)伸缩振动:键长发生周期性变化,键角不变。原子沿着键的方向往复运动,伸缩振动有对称和反对称两种: