第2章 晶体生长.ppt

第二章 晶体生长 * * 目的：把多晶块转变成一个大单晶，并给予正确的定向和适量的N型或P型掺杂，叫做晶体生长。 一、多晶硅的制备 1 冶金级硅（98%） 2 三氯硅烷(SiHCl3)的制备 3 电子级多晶硅的制备 §1 硅晶体生长 二、单晶硅的直拉法(Czochralski法)生长 特点：工艺成熟，能较好地拉制低位错、大直径的硅单晶。缺点是难以避免来自石英坩埚和加热装置的杂质污染。 三、直拉法中的掺杂分布 1 平衡分凝系数 2 晶棒中掺杂浓度与凝固率的关系 假设熔融液初始重量为M0，初始掺杂浓度为C0，某时刻已生长晶体M，留在熔融液中的掺杂数量为S。 和 分别是晶棒和固-液分界面处的掺杂浓度 熔融液中的掺杂浓度表示为： 晶体增长dM，熔融液中减少的掺杂量为： 结合上两式有： 利用初始条件积分得： M/M0 Cs/C0 4 有效分凝系数 是熔融液中的平均掺杂浓度 意义：平衡分凝系数对确定的掺杂物质是定值，但有效分凝系数可通过提高生长参数 使其值趋近于1，有效分凝系数越接近1表示掺杂越均匀。 提高生长参数的方法： 提高拉晶速率，降低旋转速率 向熔融液中添加高纯度多晶硅 四、硅的区熔法生长 主要用来生长低氧含量的晶体，但不能生长大直径的单晶，并且晶体有较高的位错密度。 §2 砷化镓晶体生长 一、多晶材料制备 1 砷化镓的相图 2 相图的应用 例：考虑一初始砷含量为10%（重量，下同）的砷镓熔融液，温度从液相温度冷却到Tb温度时，将有百分之几的重量凝固为砷化镓？已知Tb温度时熔融液砷含量为6%。 解： 设Tb时固体和液体重量为Ms和Ml，砷的重量百分比分别为Cs和Cl砷和镓的相对原子质量分别为74.92和69.72，因此固体砷化镓中砷的重量百分比Cs=51.8%, ，因此有： 即 合成砷化镓通常在真空密闭的石英管系统中进行，此管有2个温度区。高纯度的砷放置在石墨舟中加热到610-620 ℃；而高纯度的镓放置在另一个石墨舟中，加热到稍高于砷化镓熔点（1240-1260 ℃）的温度。此情形下，会形成过多的砷蒸汽压，一来会使砷蒸汽压输送到镓的熔融态进而转变成砷化镓。二来可以防止在炉管形成的砷化镓再次分解。当熔融态冷却时，就可以产生高纯度的多晶砷化镓。 3 多晶砷化镓的合成 二 砷化镓晶体生长技术 籽晶 晶体 砷化镓 熔化物 氧化硼层 液体掩盖直拉法 Bridgman法 §3 晶体缺陷 一、点缺陷 替位 填隙 空位 弗兰克尔 二、线缺陷，亦称位错 刃形位错 螺旋位错 三、面缺陷 孪晶 晶粒间界 四、体缺陷： 杂质或掺杂原子的析出现象。这些缺陷的产生是由在主晶格中的固溶度引起的。 §4 晶片成形 一、晶体定向——使用密勒指数 Z X Y (100) Z X Y (110) Z X Y (111)