ICS29.045 H82 中华人民共和国国家标准 GB/T29851—2013 光 伏电池用硅材料中B、Al受主杂质 含量的二次离子质谱测量方法 Testmethodformeasuringboronandaluminiuminsiliconmaterialsusedfor photovoltaicapplicationsbysecondaryionmassspectrometry 2013-11-12发布 2014-04-15实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)提出并归口。 本标准起草单位:信息产业专用材料质量监督检验中心、中国电子技术标准化研究院、国家电子功 能与辅助材料质量监督检验中心、天津市环欧半导体材料技术有限公司。 本标准主要起草人:何友琴、马农农、王东雪、何秀坤、裴会川、冯亚彬、张雪囡。 ⅠGB/T29851—2013 光伏电池用硅材料中B、Al受主杂质 含量的二次离子质谱测量方法 1 范围 本标准规定了用二次离子质谱仪(SIMS)测定光伏电池用硅材料中硼和铝含量的方法。 本标准适用于光伏电池用硅材料中受主杂质硼和铝含量的定量分析,其中硼和铝的浓度均大于 1×1013atoms/cm3。其他受主杂质的测量也可参照本标准。 2 方法原理 在高真空条件下,氧离子源产生的一次离子,经过加速、纯化、聚焦后,轰击样品表面,溅射出多种粒 子,将其中的离子(即二次离子)引出,通过质谱仪将不同荷质比的离子分开,记录并计算样品中硼、铝分 别与硅的二次离子强度比(B+)/(Si+)、(Al+)/(Si+),然后利用其相对灵敏度因子进行定量。 3 干扰因素 3.1 样品表面吸附的硼和铝会干扰样品中硼和铝的测量。 3.2 从SIMS仪器样品室吸附到样品表面的硼和铝会干扰样品中硼和铝的测量。 3.3 在样品架窗口范围内的样品表面应平整,以保证每个样品移动到分析位置时,其表面与离子收集 光学系统的倾斜度不变,否则测量的准确度和精度会降低。 3.4 测量的准确度和精度随着样品表面粗糙度的增大而显著降低,可通过对样品表面进行化学机械抛 光予以消除。 3.5 标准样品中硼和铝分布不均匀会影响测量精度。 3.6 标准样品中硼和铝标称浓度的偏差会导致测量结果的偏差。 3.7 因仪器不同或者同一仪器的状态不同,检测限可能不同。 3.8 因为二次离子质谱分析是破坏性的试验,所以应进行取样,且所取样品应能代表该批硅料的性质。 本标准未规定统一的取样方法,因为大多数合适的取样计划根据样品情况不同而有区别。为了达到仲 裁目的,取样计划应在测试之前得到测试双方的认可。 4 仪器及设备 4.1 扇形磁场二次离子质谱仪 仪器需要装备氧一次离子源,能检测正二次离子的电子倍增器和法拉第杯检测器,质量分辨率应优 于1500。 4.2 液氮或者液氦冷却低温板 如果分析室的真空度大于1.3×10-6Pa,应用液氮或者液氦冷却的低温板环绕分析室中的样品架。 如果分析室的真空度小于1.3×10-6Pa,则不需要上述冷却。 1GB/T29851—2013 4.3 测试样品架 要保证样品架上各样品的分析表面处于同一平面并垂直于引出电场(约几千伏,根据仪器型号的不 同而不同)。 5 试样准备 5.1 标准样品 需要一个共掺杂或分别掺杂硼和铝的硅单晶标准样品,且硼和铝的体浓度经过各方都认同的其他 测量方法测定,浓度在(1~10)×1016atoms/cm3范围内,分布均匀性在5%以内。标准样品的分析面应 进行化学腐蚀抛光或者效果更好的化学机械抛光,使其平坦光滑。 5.2 空白样品 需要一个硼和铝浓度均低于1×1012atoms/cm3的真空区熔硅单晶作为空白样品。空白样品的分 析面同样应进行化学腐蚀抛光或者效果更好的化学机械抛光,使其平坦光滑。 5.3 测试样品 测试样品的分析面同样应进行化学腐蚀抛光或者效果更好的化学机械抛光,使其平坦光滑,且样品 尺寸应适合放入样品架内。 6 操作步骤 6.1 样品装载 将样品装入二次离子质谱仪(SIMS)的样品架,并检查确认样品是否平坦地放在窗口背面,并尽可 能多覆盖窗口。一次装载的样品包括:空白样品、标准样品和测试样品。 6.2 仪器调试 6.2.1 按照仪器说明书开启仪器,二次离子质谱仪(SIMS)应状态良好(例如经过烘烤),以尽可能降低 仪器背景。 6.2.2 根据4.2中描述条件,如果需要使用冷却装置,则将液氮或者液氦装入冷阱。 6.3 分析条件 6.3.1 使用聚焦良好的氧一次离子束,调节衬度光栏和视场光栏,得到最大的30Si+离子计数率。在不 扫描的情况下,法拉第杯上得到的30Si+离子计数率应大于1×108counts/s。 6.3.2 调整仪器达到足够的质量分辨能力以消除质量干扰。测试铝含量时,质量分辨率(M/ΔM)应大 于1500。 6.3.3 开始时,应根据束斑大小使用几百微米×几百微米的第一扫描条件(典型的条件是250μm× 250μm),以除去表面自然氧化层中硼、铝的干扰。实际分析时,应使用第二扫描条件,扫描区域要比第 一扫描条件减少几倍(典型的第二扫描条件是50μm×50μm)。采用的计数时间是1s。 6.4 样品分析 6.4.1 移动样品架,使样品上的溅射坑形成在窗口的中心位置附近。 2GB/T29851—2013 6.4.2 对中一次束,开始SIMS剖析。首先用第一扫描条件溅射样品50~100个磁场周期,直到硼和 铝的信号强度稳定,以除去晶片表面自然氧化层中典型存在的残留的表面沾污。然后减小扫描面积到 第二扫描条件,继续溅射样品,直到硼和铝的信号稳定。 6.4.3 剖析结束后,测试并记录电子倍增器上的11B+、27Al+的离子计数率及法拉第杯上的主元素 30Si+的离子计数率,对最后20个周期的结果进行平均。 6.4.4 重复6.4.1~6.4.3步骤,对样品架上所有的样品进行测试。 6.4.5 每次剖析结束后,由记录的二次离子强度,计算出11B+离子计数率和30Si+离子计数率之比 (11B+)/(30Si+),记为Su(B);27Al+离子计数率和30Si+离子计数率之比(27Al+)/(30Si+),记 为Su(Al)。 6.4.6 如果空白样品中测得的离子计数率比(11B+)/(30Si+)、(27Al+)/(30Si+)超过其他样品的20% ~50%,则应停止分析,寻找造成仪器背景较高的原因。 6.4.7 对所有样品,包括空白样品、标准样品和测试样品,在表格中记录样品编号和对应的离子计数率 比(11B+)/(30Si+)、(27Al+)/(30Si+)。 7 结果计算 7.1 分别按式(1)和式(2)计算硼和铝的相对灵敏度因子: RSF(B)=[B] (11B+)/(30Si+)…………………………(1) RSF(Al)=[Al] (27Al+)/(30Si+)…………………………(2) 式中: [B] ———标准样品中硼的标定浓度,单位为atoms/cm3; [Al] ———标准样品中铝的标定浓度,单位为atoms/cm3; (11B+)/(30Si+)———标准样品中11B+离子计数率和30Si+离子计数率之比; (27Al+)/(30Si+)———标准样品中27Al+离子计数率和30Si+离子计数率之比。 7.2 对每个测试样品,利用测得的离子计数率比Su和从标准样品中得到的相对灵敏度因子RSF,分 别按照式(3)和式(4)计算测试样品中硼的浓度[B]u和铝的浓度[Al]u。 [B]u=Su(B)×RSF(B) …………………………(3) [Al]u=Su(Al)×RSF(Al) …………………………(4) 8 精密度 在同一实验室,由同一操作者使用同一台仪器,按照本文件对取自同一硅片的10个试样进行了硼和铝含 量的测试。所测得的硼浓度的平均值为9.7×1013atoms/cm3,标准偏差为5.1×1012atoms/cm3,相对标准偏 差是5.2%;铝浓度的平均值为8.4×1013atoms/cm3,标准偏差为4.3×1012atoms/cm3,相对标准偏差是 5.1%。 9 报告 报告至少应包括以下内容: a) 送样单位和送样日期; b) 样品名称、规格和编号;GB/T29851—2013 GB/T29851—2013 c) 样品状态描述; d) 取样位置; e) 标准样品和空白样品信息; f) 仪器型号; g) 测量环境; h) 测量结果,包括相对灵敏度因子和杂质浓度; i) 操作者、测量日期、测量单位。 3102—15892T/BG