【国家标准(GB)】 硅中代位碳原子含量 红外吸收测量方法

GB/T1558--1997
本标准等效采用ASTMF123-91《硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法》对我国标准GB1558—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中半值宽度的定义和试样厚度的要求按ASTMF123-91作了修订。本标准在编写时略去了ASTMF123-91的第5章意义和用途”，将ASTMF123的第8章“取样”和第9章“测试样品和参比样品”合并为本标的第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。
本标推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。本标推主要起草人：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。113
1范围
中华人民共和国国家标准
硅中代位碳原子含量
红外吸收测量方法
Test method for substitutional atomic carboncontent 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/T1558..1997
代替GB1558--83
本标准适用于载流子浓度小于5×101°cm=3、室温电阻率大于0.1α·cm的硅单晶中代位碳原子浓度的测定。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浓度的测定。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：室温下从硅中代位碳原子浓度1×10l°at·cm-3（200PPba）到碳原子的最大溶解度，77K时下限降到5×1015at·cm3（100PPba）。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/T6618--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 linc
从参比图谱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α。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度。根据比耳定律，它与吸收系数成正比，单位是 at ·cm-
3.3半值宽度fullwidthathalimaximum半峰高处的吸收带宽度，见图1。3.4参比样品referencespecimen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【×1015at·cm-3(20PPba)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114
199808-01实施
4方法提要
GB/T1558-1997
半值宽度
波数icm
图1典型基线示意图
本方法利用硅中代位碳原子在波数为607.2cm-1(16.47μm）处的红外吸收峰的吸收系数来确定代位碳原子浓度。
5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温度必须相同，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1×1015at·cm-\（20PPba），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6cm~。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-1（16um）处很强，应采用无碳硅片作为参比样品，用差示法消除该强晶格吸收带，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。6测量仪器
6.1红外光谱仪：光谱范围700～550cm1(1418gm），室温下607.2cm~1的碳吸收峰处的分辨率必须小于2cm-1；在77K时，偏移到607.5cm-处吸收带的分辨率应不超过1cm！6.2厚度测量仪：精度为0.0025mm。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。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。6.4
7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，以测得单晶最高碳浓度。
GB/T 1558—1997
7.2参比样品必须从代位碳原子浓度小于1×101at·cm3(20PPba)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5×10l6cm-3（室温电阻率大于0.10·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0.005mm7.7测试样品与参比样品的厚度差应小于0.01mm。8操作步骤
8.1根据仪器说明书调试好光谱仪。8.2测定试样在700~~550cm-1(14μm～18μm）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2cm1/min。8.2.1为获得可靠的结果，半值宽度应不大于6cm\1，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。8.2.2对照图1在绘制的谱图上画出基线。8.3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。
8.3.1对于色散型光谱仪，最大扫描速度为1cm~1/min，其他仪器将要求比室温状态下更长的数据测量周期。
8.3.2半值宽度为3cm-1。
8.3.3试样厚度可增加至5mm。
注：应有是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α，(1)式的说明见附录A。α - (1/d)In(T/T)
式中：α——吸收系数,cm;
d---试样厚度,cm;
T,—峰值吸收处（室温为607.2cm-1.77K为607.5cm-1)基线透过率，%；T-—-峰值透过率，%。
9.2用下列公式计算代位碳原子浓度N[c]：300 K N[e]-1.0x10!7.aat · cm-N[c]2. 0 - αPPrma
77 K NEcJ=4.5×1016.αat -m3N[e]-0. 90 ·αPPma
10精密度
（2２）
（3）
·（4）
本方法室温下单个实验室测量精密度为土10%（R1S），多个实验室测量精密度由下式近似给出：SSD 0. 134 NEcJ + 0. 6 X 1016-试样的标准偏差(1 S),at·cm\式中: SSD-
N代位碳浓度,at.·cm
·（6)
实验报告
11.1实验报告应包括以下内容：a）试样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）测量者和测量日期。
GB/T 1558-1997
GB/T1558-1997
附录A免费标准bzxz.net
（提示的附录）
公式 α=(1/d)In(T/T)的说明
A1出丁红外辐射在试样内部存在多次反射，所以公式（1)只是近似的。在考虑内部多次反射的情况下，人射的透过率为：
T--(l - R)\exp\ /(l -R*exp-2ad)式中.透过率;
R反射率;
.吸收系数，cm
d.试样厚度，cm。
对于儿乎所有的实际情况，采用公式（1)得到的吸收系数与公式（A1)之间相对误差小于10%。118
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