JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제7권2호
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pp.82-87
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2007
The electrical properties of metallic junction diodes and metallic source/drain (S/D) Schottky barrier metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (SB-MOSFET) were simulated. By using the abrupt metallic junction at the S/D region, the short-channel effects in nano-scaled MOSFET devices can be effectively suppressed. Particularly, the effects of trap states at the metal-silicide/silicon interface of S/D junction were simulated by taking into account the tail distributions and the Gaussian distributions at the silicon band edge and at the silicon midgap, respectively. As a result of device simulation, the reduction of interfacial trap states with Gaussian distribution is more important than that of interfacial trap states with tail distribution for improving the metallic junction diodes and SB-MOSFET. It is that a forming gas annealing after silicide formation significantly improved the electrical properties of metallic junction devices.
The dependency of the photovoltaic performance of p-/n-type silicon solar-cells on the metallic contaminant type (Fe, Cu, and Ni) and concentration was investigated. The minority-carrier recombination lifetime was degraded with increasing metallic contaminant concentration, however, the degradation sensitivity of recombination lifetime was lower at n-type than p-type silicon wafer, which means n-type silicon wafer have an immunity to the effect of metallic contamination. This is because heavy metal ions with positive charge have a much larger capture cross section of electron than hole, so that reaction with electrons occurs much more easily. The power conversion efficiency of n-type solar-cells was degraded by 9.73% when metallic impurities were introduced in the silicon bulk, which is lower degradation compared to p-type solar-cells (15.61% of efficiency degradation). Therefore, n-type silicon solar-cells have a potential to achieve high efficiency of the solar-cell in the future with a merit of immunity against metal contamination.
Silicon is one of useful materials in various industry such as semiconductor, solar cell, and secondary battery. The metallic silicon produces generally melting process for ingot type or chemical vapor deposition (CVD) for thin film type. However, these methods have disadvantages of high cost, complicated process, and consumption of much energy. Electrodeposition has been known as a powerful synthesis method for obtaining metallic species by relatively simple operation with current and voltage control. Unfortunately, the electrodeposition of the silicon is impossible in aqueous electrolyte solution due to its low oxidation-reduction equilibrium potential. Ionic liquids are simply defined as ionic melts with a melting point below $100^{\circ}C$. Characteristics of the ionic liquids are high ionic conductivities, low vapour pressures, chemical stability, and wide electrochemical windows. The ionic liquids enable the electrochemically active elements, such as silicon, titanium, and aluminum, to be reduced to their metallic states without vigorous hydrogen gas evolution. In this study, the electrodeposion of silicon has been investigated in ionic liquid of 1-butyl-3-methylpyrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ([bmpy]$Tf_2N$) saturated with $SiCl_4$ at room temperature. Also, the effect of electrode materials on the electrodeposition and morphological characteristics of the silicon electrodeposited were analyzed The silicon electrodeposited on gold substrate was composed of the metallic Si with single crystalline size between 100~200nm. The silicon content by XPS analysis was detected in 31.3 wt% and the others were oxygen, gold, and carbon. The oxygen was detected much in edge area of th electrode due to $SiO_2$ from a partial oxidation of the metallic Si.
The removal efficiency of Cu and Fe contaminants on the silicon wafer surface was examined to investigate the effect of cleaning solutions on the behavior of metallic impurities. Silicon wafers were intentionally contaminated with Cu and Fe solutions by spin coating and cleaned in different types of cleaning solutions based on $NH_4OH/H_2O_2/H_2O\;(SC1),\;H_2O_2/HCl/H_2O$ (SC2), and/or HCl/$H_2O$ (m-SC2) mixtures. The concentration of metallic contaminants on the silicon wafer surface before and after cleaning was analyzed by vapor phase decomposition/inductively coupled plasma-mass spectrometry (VPD/ICP-MS). Cu ions were effectively removed both in alkali (SC1) and in acid (SC2) based solutions. When $H_2O_2$ was not added to SC2 solution like m-SC2, the removal efficiency of Cu impurities was decreased drastically. The efficiency of Cu ions in SC1 was not changed by increasing cleaning temperature. Fe ions were soluble only in acid solution like SC2 or m-SC2 solution. The removal efficiencies of Fe ions in acid solutions were enhanced by increasing cleaning temperature. It is found that the behavior of metallic contaminants as Cu and Fe from silicon surfaces in cleaning solutions could be explained in terms of Pourbaix diagram.
Metallic impurities, such as Fe, Cu, and Au, become generation and recombination centers for minority carriers when combined with oxide precipitates or silicon self-interstitial clusters. As these centers may cause leakage and discharge in silicon devices, their prevention through gettering of the metallic impurities is an important issue. In this article, key aspects of intrinsic gettering, such as oxygen control, wafer cleaning, device area denudation, and bulk oxygen precipitation are discussed, and a practical method of implementing intrinsic gettering is outlined.
The surface of silicon dummy wafers is contaminated with metallic impurities owing to the reaction with and adhesion of chemicals during the oxidation process. These metallic impurities negatively affect the device performance, reliability, and yield. To solve this problem, a wafer-cleaning process that removes metallic impurities is essential. RCA (Radio Corporation of America) cleaning is commonly used, but there are problems such as increased surface roughness and formation of metal hydroxides. Herein, we attempt to use a chelating agent (EDTA) to reduce the surface roughness, improve the stability of cleaning solutions, and prevent the re-adsorption of impurities. The bonding between the cleaning solution and metal powder is analyzed by referring to the Pourbaix diagram. The changes in the ionic conductivity, H2O2 decomposition behavior, and degree of dissolution are checked with a conductivity meter, and the changes in the absorbance and particle size before and after the reaction are confirmed by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis) and dynamic light scattering (DLS) analyses. Thus, the addition of a chelating agent prevents the decomposition of H2O2 and improves the life of the silicon wafer cleaning solution, allowing it to react smoothly with metallic impurities.
알콕시실란 중의 하나인 tetramethyl orthosilicate (TMOS)를 금속 규소와 메탄올을 출발물질로 구리계 촉매상에서 기상 반응시키는 직접합성법으로 제조할 때, 규소와 구리촉매 및 금속 염화물 조촉매로 이루어진 접촉물질의 제조 방법 및 온도가 생성물의 수율 및 선택도에 미치는 영향을 검토하였다. 이때 구리 촉매와 함께 Zn, Sn, Cd계 화합물을 조촉매로 사용하여 그 효과를 비교하였다. 구리 공급원으로 제일염화구리를 사용하고 염화아연을 조촉매로 사용한 2원 촉매계가 가장 적합하였으며, 구리/규소 = 7 wt %, 아연/구리 = 7 wt % 조성에서 함침법을 사용하여 규소와 혼합한 후 $380^{\circ}C$에서 활성화시킨 접촉물질을 제조하여 TMOS 합성에 사용하였을 때, 반응온도 $220^{\circ}C$에서 평균선택도 87.2% 규소소모율 69.2%를 나타냈다.
Adsorption of alkali metals on a silicon surface has attracted much attention due to its importance in metal-semiconductor interface technology, In particular, the bonding nature of alkali metal to silicon substrate has been a focus of fundamental research efforts. We examined the adsorbed layer of Cs on a Si(111)-(7$\times$) surface by reactive ion scattering (RIS) of hyperthermal Cs+ beams. RIS from a Cs-adsorbed surface gives rise to Cs, representing pickup of surface Cs by Cs projectile. The Cs intensity is proportional to surface coverage of Cs at a high substrate temperature (473 K), while it varies anomalously with Cs coverage at low temperatures (130-170 K). This observation indicates that RIS selectively detects metallic Cs on surface, but discriminates ionic Cs. Transition from ionic to metallic Cs adlayer is driven by thermal diffusion of Cs and their clustering process.
Most of the world's solar cells in photovoltaic industry are currently fabricated using crystalline silicon. Czochralski-grown silicon crystals are more expensive than multicrystalline silicon crystals. The future of solar-grade Czochralski-grown silicon crystals crucially depends on whether it is usable for the mass-production of high-efficiency solar cells or not. It is generally believed that the main obstacle for making solar-grade Czochralski-grown silicon crystals a perfect high-efficiency solar cell material is presently light-induced degradation problem. In this work, the substitution of boron with gallium in p-type silicon single crystal is studied as an alternative to reduce the extent of lifetime degradation. The diamond-wire sawing technology is employed to slice the silicon ingot. In this paper, the quality of the diamond wire-sawn gallium-doped silicon wafers is studied from the chemical, electrical and structural points of view. It is found that the characteristic of gallium-doped silicon wafers including texturing behavior and surface metallic impurities are same as that of conventional boron-doped Czochralski crystals.
The variations of the mold compression strength were studied by varing the contents of the silicon powder and water glass, silion purities, and molecule rates of the water glass, when domestic JA EUN DO sand is mixed with water glass (sodium silicate) and metallic silicon or ferro - silicon powder by the self - hardening N - PROCESS method. The results obtained from this experiment are as follows; 1) The compression strength of the mold used with metalic powder was higher and more stable than to be used ferro - silicon powder. 2) 6% water glass of 2.8 molecule rate and 1.5% of ferro - silicon of 75% purity for the N - PROCESS used with JA EUN DO sand was suitable mixing rate. 3) The compression strength increased with self - hardening time, and the PH values of the mixture of silicon powder and water glass did not change after 2 hours, but the compression strength increased steadily due to the reaction of remained silicon. 4) It is recommended to take 24 hours for self - hardening time at least.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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