23、硅中氧扩散的研究进展

硅中氧扩散的研究进展

一、氧扩散增强的因素

在硅中，注入空位或 I 原子可能会增强氧扩散，但难以估计其增强幅度，且缺乏明确的实验证据。快速扩散的金属杂质也可能增强氧扩散系数（Doxy），不过同样没有相关实验支持。有研究表明，生长过程中存在的碳会在 750°C 时促进氧的外扩散，可能是由于 CiOi 复合物的快速扩散，但仅对一个样品进行了测量，需要更多工作来验证。目前来看，氢是主要的催化剂，此外，O₂ 中心可能比孤立的 O⁻ 原子扩散得更快，加热样品中缺乏 O₂ 中心存在的实验证据也支持了这一观点。若 O₂ 中心扩散迅速，对于 T < 500°C 时热施主（TD）中心的形成以及 500°C - 600°C 范围内氧从固溶体中损失的速率都有重要影响。

二、含氢杂质的硅

1. 氢对 TD 形成的影响
   Fuller 和 Logan 在 1957 年发现，在氢气气氛中生长的 Cz 硅，在后续 450°C 热处理时，TD 形成速率比在氦气气氛中生长的材料快十倍。电子核双共振（ENDOR）测量表明，TD 缺陷包含小的氧簇，这为低温下氧聚集过程中氧的长程增强扩散提供了首个证据。
2. 氢在硅中的引入
   • 高温氢气退火 ：van Wieringen 和 Warmholz 在 1956 年发现，将晶体在接近 1200°C 的氢气中加热，氢可以扩散到厚度约为 1mm 的硅材料中，溶解度约为 10¹⁶ cm⁻³，扩散激活能约为 0.5eV。但对于低温（T < 500°C）情况，由于氢与杂质和缺陷形成复合物以及可能