1、ICS 29.045 .ff 21 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 1558-1997 硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法Test method for substitutional atomic carbon content of silicon by infrared absorption 1997-12-22发布1998- 08-01实施国家技术监督局发布气哥GB/T 1558-1997 前本标准等效采用ASTMF 123-91硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法对我国标准GB 1558-83（测定硅晶体中代位碳含量的红外吸收方法进行修订而成的。本标准对GB1558-83中半值宽度的
2、定义和试样厚度的要求按ASTMF 123-91作了修订。本标准在编写时略去了ASTMF 123 91的第5章“意义和用途”，将ASTMF 123的第8章“取样”和第9章“测试样品和参比样品”合并为本标准的第7章“试样制备”以使标准简单、明了。本标准从1998年8月1日起实施。本标准生效之日起，同时代替国家标准GB1558 83。本标准的附录A是提示的附录。本标准由中国有色金属工业总公司提出。本标准由中国有色金属工业总公司标准计量研究所归口。本标准由峨眉半导体材料厂负责起草。本标准主要起草人：梁洪、刘文魁、吴福立。本标准1979年6月首次发布，1997年第二次修订。1 范围中华人民共和国国家标准
3、硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法Test method for substitutional atomic carbon content of silicon by infrared absorption 本标准规定了硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法。GB/T 1558 1997 代替GB1558 83 本标准适用于载流子浓度小于51016cm 3、室温电阻率大于o.1 n. cm的硅单晶中代位碳原子版度的测定。由于碳也可能存在于间隙位置，因而本方法不能测定总碳浓度。本标准也适用于硅多晶中代位碳原子版度的测定。其晶粒界间区的碳同样不能测定。本标准测量碳原子浓度的有效范围为：室温下从硅中代位
4、碳原子版度11016at cm气200PPba) 到碳原子的最大洛解度，77K时下限降到51015at cm 3(100 PPba）。2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 6618-1995 硅片厚度和总厚度变化的测试方法3 定义本标准采用以下定义。3. 1 基线basic line 从参比图i普吸收峰两侧最大透过率处作出的一条切线，用来计算吸收系数。见图1。3. 2 碳浓度carbon density 在本方法中，是指占据晶格替代位置的碳原子的体密
5、度。根据比耳定律，它与吸收系数成正比，单位是atcm 3。3. 3 半值宽度full width at half maximum 半峰高处的吸收带宽度。见图1。3. 4 参比样品reference specimen 在本方法中，是指与被测试样的厚度及表面制备相同，载流子浓度不大于被测试样的载流子浓度，碳浓度小于11015at cm-3(20 PPba）的硅片，用于与被测试样进行参照和对比。国家技术监督局1997-12-22批准1998- 08 01实施1 GB/T 1558 1997 xLM骨H硝烟T 波数，cm一l。典型基线示意图图1方法提要本方法利用硅中代位碳原子在波数为607.2 cm一
6、1(16. 47 m）处的红外吸收峰的吸收系数来确定代位碳原子浓度。4 干扰因素5. 1 投射到探测器的杂散光会降低吸收系数的计算值，从而降低碳原子浓度的报告值。5. 2 参比样品和被测试样的幅度必须相同，以避免与温度有关的晶格吸收对测量的影响。5. 3 参比样品的碳浓度应小于11015at cm3(20 PPba），使参比样品造成的误差低于本方法最低检测限的10%。5.4 为得到令人满意的测量结果，室温下碳吸收带的半值宽度必须小于6cm1。仪器平衡调节不正确或扫描速度太快都可能使半值宽度变宽。5. 5 硅中双声子晶格吸收在625cm一1(16m）处很强，应采用无碳硅片作为参比样品，用差示法消
7、除该强晶格吸收带，才能在室温下测定碳的吸收光谱。5. 6 本方法的最低检测下限取决于记录仪的信噪比。5 测量仪器6. 1 红外光谱仪：光谱范围700550cm 104 18 m），室温下607.2 cm 1的碳吸收峰处的分辨率必须小于2cm 1；在77K时，偏移到607.5 cm l处吸收带的分辨率应不超过1cm l。6. 2 厚度测量仪：精度为O.002 5 mm。6. 3 被测试样架和参比样品架应能避免任何绕过样品的红外辐射。6.4 低温恒温器及合适的窗口材料应能使试样和参比样品保持在77K。6 试样制备7. 1 因碳的分凝系数小于1，单晶尾部的碳浓度较高，测碳试样应从单晶尾部取样，以测得
8、单晶最高碳浓度。2 7 GB/T 1558-1997 7.2 参比样品必须从代位碳原子浓度小于11015at cm-3(20 PPba）的硅片中选取。7.3 测试样品和参比样品的载流子浓度应小于51016cm（室温电阻率大于O.1 0 cm）。7.4 若无其他规定，一般以硅片中心为测量区，采用GB/T6618规定测量试样厚度。如要将硅片加工成小片，小片中心应为原片中心并保证有足够的表面积，以避免入射光绕过试样。7.5 测试样品和参比样品应经双面研磨，然后抛光至2mm厚或更薄。7.6 测量区的厚度变化不超过O.005 mm。7. 7 测试样品与参比样品的厚度差应小于O.01 mm。8 操作步骤a
9、. 1 根据仪器说明书调试好光谱仪。a.2 测定试祥在700550cm 1 (14 m 18 m）范围的差示透射谱。注：色散型光谱仪允许的最高扫描速度为2cm-1/mino a. 2. 1 为获得可靠的结果，半值宽度应不大于6cmU否则应使用较慢的扫描速度或用较长的测量时间，重新检查光谱仪的工作状态。a.2.2 对照图1在绘制的谱图上画出基线。a.3 如果需要提高灵敏度，可在低温77K下进行测量。除下列各项外，按照8.1和8.2中的相同测试条件进行测量。a. 3. 1 对于色散型光谱仪，最大扫描速度为lcm1/min，其他仪器将要求比室温状态下更长的数据测量周期。a. 3. 2 半值宽度为3c
10、m一Ioa. 3. 3 试样厚度可增加至5mm。注：应有足够的时间使试样达到热平衡。9 测量结果计算9. 1 用(1）式计算吸收系数，(1）式的说明见附录A。 (1/d)ln(T。T). ( 1 ) 式中：一一吸收系数，cm1; d 试样厚度，cm;To峰值吸收处（室咀为607.2 cm 1, 77 K为607.5 cm 1）基线透过率，%；T一一峰值透过率，%。9. 2 用下列公式计算代位碳原子浓度Nc:300 K Nc= 1. 0 1011 .at cm 3 Nc=2. 0 PP ma 77 K Nc=4. 5 1016 .at m 3 Nc=O. 90 PPma 、j、，、。，uqUA结
11、FD，、，、J，、J，、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 精密度本方法室温下单个实验室测量精密度为士10%(R1S），多个实验室测量精密度由下式近似给出：SSD = 0. 134 Nc + o. 6 1016 . ( 6 ) 式中：“D一一试样的标准偏差(1凹，atcm气Nc 代位碳浓度，atcm-3。3 11 实验报告11. 1 实验报告应包括以下内容：4 a）试祥及参比样品的编号及厚度；b）测量仪器；c）测量温度（室温或77K); d）半值宽度及计算的吸收系数；e）代位碳原子浓度；f)本标准编号；g）测量者和测量日
12、期。GB/T 1558-1997 GB/T 1558 1997 附录A（提示的附录）公式1/d)ln(T0/T）的说明A1 由于红外辐射在试样内部存在多次反射，所以公式。）只是近似的。在考虑、内部多次反射的情况下，垂直入射的透过率为：T = (1 - R)2exp-d / (1 - R2exp-2d) ( Al ) 式中：T一一透过率；R 反射率； 吸收系数，cm1; d一一试样厚度，cm。对于几乎所有的实际情况，采用公式(1）得到的吸收系数与公式（Al)之间相对误差小于10%。5 队Fi的的F问白。国华人民共和国家标准硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法GB/T 1558 1997 中峰中国标准出版社出版北京复兴门外三里河北街16号邮政编码：100045电话：68522112中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印并开本88012301/16 印张3/4字数11千字1998年6月第一版1998年6月第一次印刷印数11 500 并定价s.oo元书号：155066 1 14911 咛339 13 标曰
