一种精确检测半导体中气体元素杂质的方法

本申请涉及材料中杂质元素含量检测领域，具体而言，涉及一种精确检测半导体中气体元素杂质的方法。

背景技术：

1、半导体中的气体元素杂质含量通常是衡量对应材料理化性能优劣的重要因素之一，故对半导体中的气体元素杂质含量进行定量分析显得尤为重要。目前，常用来检测材料中的杂质元素含量的方式主要为质谱法和光谱法，其中，质谱法主要是通过分离不同质核比的核素来实现杂质元素含量的检测，但是，该检测方法对于气体元素杂质的检测(例如h、n和o等)存在较大误差；光谱法主要是通过确定杂质元素的特征吸收峰并结合吸收系数转换公式来实现杂质元素含量的检测，但是，该检测方法中特征峰的确定较为困难且存在一定偏差，导致杂质元素含量的测试较为困难且检测精度欠佳。因此，目前急需一种能够精准检测半导体中的气体元素杂质含量的检测方法。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种精确检测半导体中气体元素杂质的方法，能够实现对半导体中的气体元素杂质含量的精准检测。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、本申请实施例提供一种精确检测半导体中气体元素杂质的方法，气体元素杂质包括第一同位素和第二同位素，包括以下步骤：

4、采用离子注入技术向半导体中注入新的第一同位素，新的第一同位素的注入含量为m，具体计算步骤如式i1：

5、

6、其中，i为束流(a)，t为注入时间(s)，e为电子电荷，n为气体元素杂质对应离子的电荷量。

7、将注入新的第一同位素后的半导体放置到同位素分析仪中，测试半导体中的现有第一同位素和现有第二同位素的比值b，具体计算步骤如式ii：

8、

9、其中，m为半导体中原有的第一同位素的含量，n为半导体中原有的第二同位素的含量；且m/n＝a，其中，a为第一同位素和第二同位素在自然界中的同位素比值。

10、根据式i1和式ii计算得到m，并根据第一同位素在自然界中的质量占比计算得到半导体中的气体元素杂质的含量。

11、现有技术中，同位素分析仪通常是用来检测材料中元素的不同同位素之间的比例。本申请中，发明人通过在半导体中注入新的第一同位素，其中，新的第一同位素的注入含量可以根据公式i1计算得到且能够进行调控；然后利用同位素分析仪测试得到半导体中现有第一同位素和现有第二同位素的最新比值b，其中，比值b的推导公式为式ii，再加上第一同位素和第二同位素在自然界中的比值为定值a，便可得到第一同位素和第二同位素的相对大小，基于此，便可通过公式i1和公式ii计算得到半导体中原有的气体元素杂质的第一同位素含量，相应地，便可根据该测试结果得到半导体中气体元素杂质的含量。该检测方法将离子注入技术、同位素分析仪以及同位素在自然界中的含量占比整合在一起，能够实现对半导体中的气体元素杂质含量的精准检测。

12、在一些可选的实施方案中，将注入新的第一同位素后的半导体放置到同位素分析仪中的步骤之前，还包括采用离子注入技术向半导体中注入新的第二同位素，新的第二同位素的注入含量为n，具体计算步骤如式i2：

13、

14、其中，i为束流(a)，t为注入时间(s)，e为电荷常数，n为气体元素杂质对应离子的电荷量。

15、上述技术方案中，将注入新的第一同位素后的半导体放置到同位素分析仪中的步骤之前，还可以向半导体中注入新的第二同位素，相应的，公式ii中的分母也会发生变化，即n变为n+n，这种检测方式也能测试得到半导体中气体元素杂质的含量，以使得本申请实施例提供的技术方案具有较多的可实施方案。

16、在一些可选的实施方案中，半导体包括碲锌镉晶体。

17、上述技术方案中，对于碲锌镉晶体来说，气体元素杂质在其中的含量对碲锌镉晶体的理化性能影响较大，故本申请实施例提供的检测方法特别适用于对碲锌镉晶体中的气体元素杂质含量进行检测。

18、在一些可选的实施方案中，气体元素杂质包括h、o和n中的至少一种。

19、本申请实施例提供的检测方法特别适用于对碲锌镉晶体中的h、n和o等气体元素杂质进行检测，特别地，对于h气体元素来说，质谱法通常无法对其进行检测，光谱法对其进行检测的研究也较少，故本申请实施例提供的检测方法对于检测碲锌镉晶体中的h气体元素杂质含量尤为重要。

20、在一些可选的实施方案中，第一同位素为气体元素杂质在自然界中含量最高的同位素。

21、上述技术方案中，首选气体元素杂质在自然界中含量最高的同位素作为第一同位素，是由于在涉及同位素检测的相关领域，通常选择在自然界中含量最高的同位素作为研究对象，相应的，其相关的理论研究以及设备器件等更为成熟，故将气体元素杂质在自然界中含量最高的同位素作为第一同位素更有利于该检测方法的具体实施。

22、在一些可选的实施方案中，m为1014～1018个。

23、上述技术方案中，同位素分析仪的设别检测限通常在ppb～ppm之间，即设备对处于检测限内的样品进行检测时的精度更高，基于此，将注入的新的同位素的含量限定在特定范围内，以使得检测结果具有较高的精度，从而能够更为精准地检测得到半导体中的气体元素杂质含量。

24、在一些可选的实施方案中，i≤1ma。

25、上述技术方案中，将束流i的大小限定在特定范围内，更有利于同位素分析仪稳定运行，从而降低故障率。

26、在一些可选的实施方案中，采用离子注入技术向半导体中注入新的第一同位素的步骤之前，还包括将半导体浸没于双氧水中进行表面钝化的步骤。

27、上述技术方案中，向半导体中注入同位素之前，将半导体浸没于双氧水中进行表面钝化，能够降低半导体与空气中的各种气体的接触机率，从而减少环境因素对测试结果造成影响，以提高检测精度。

28、在一些可选的实施方案中，表面钝化的步骤中，双氧水的浓度为1～5％，和/或，浸泡时间为5～10min。

29、上述技术方案中，将双氧水的浓度和浸泡时间分别限定在特定范围内，能够发挥较好的钝化效果。

30、在一些可选的实施方案中，在表面钝化的步骤完成以后，且在采用离子注入技术向半导体中注入新的第一同位素的步骤之前，还包括将半导体在真空条件和/或惰性气氛下进行存储的步骤。

31、上述技术方案中，将表面钝化以后的半导体在真空或惰性气氛下进行存储，然后再对其进行同位素注入，能够进一步降低半导体在测试过程中与空气直接接触的机率，从而减少环境因素对测试结果造成影响，以提高检测精度。

技术特征：

1.一种精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，气体元素杂质包括第一同位素和第二同位素，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述将注入新的第一同位素后的所述半导体放置到同位素分析仪中的步骤之前，还包括采用离子注入技术向半导体中注入新的第二同位素，新的第二同位素的注入含量为n，具体计算步骤如式i2：

3.根据权利要求1所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述半导体包括碲锌镉晶体。

4.根据权利要求3所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述气体元素杂质包括h、o和n中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述第一同位素为所述气体元素杂质在自然界中含量最高的同位素。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述m为1014～1018个。

7.根据权利要求6所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述i≤1ma。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述采用离子注入技术向半导体中注入新的第一同位素的步骤之前，还包括将所述半导体浸没于双氧水中进行表面钝化的步骤。

9.根据权利要求8所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，所述表面钝化的步骤中，所述双氧水的浓度为1～5％，和/或，浸泡时间为5～10min。

10.根据权利要求8所述的精确检测半导体中气体元素杂质的方法，其特征在于，在所述表面钝化的步骤完成以后，且在所述采用离子注入技术向半导体中注入新的第一同位素的步骤之前，还包括将所述半导体在真空条件或惰性气氛下进行存储的步骤。

技术总结本申请提供一种精确检测半导体中气体元素杂质的方法，气体元素杂质包括第一同位素和第二同位素，包括以下步骤：采用离子注入技术向半导体中注入新的第一同位素，新的第一同位素的注入含量为M，具体计算步骤如式I1；将注入新的第一同位素后的半导体放置到同位素分析仪中，测试半导体中的现有第一同位素和现有第二同位素的比值B，具体计算步骤如式II；根据式I1和式II计算得到式II中的m，即半导体中原有的第一同位素的含量，并根据第一同位素在自然界中的质量占比计算得到半导体中的气体元素杂质的含量，该检测方法能够实现对半导体中的气体元素杂质含量的精准检测。技术研发人员：余海文,于晖,陈建全,刘宏广,介万奇受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9