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半导体材料各章总结
第一章硅、锗的化学制备
㈠ 比较三氯氢硅氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点?
答:1.SiHCl3氢还原法:
优点: 产量大、质量高、成本低,由于SiHCl3中有一个Si-H键,活泼易分解,沸点低,
容易制备、提纯和还原。
缺点:B、P杂质较难去除(基硼、基磷量),这是影响硅电学性能的主要杂质。
2.硅烷法:
优点: 杂质含量小;无设备腐蚀;不使用还原剂;便于生长外延层。
缺点: 制备过程的安全性要求高。
㈡ 制得的高纯多晶硅的纯度:残留的B、P含量表示(基硼、基磷量)。
㈢*精馏提纯:利用混合液中各组分的沸点不同来达到分离各组分的目的。
第二章、区熔提纯
1. 以二元相图为例说明什么是分凝现象?平衡分凝系数?有效分凝系数?
答:如图是一个二元相图,在一个系统中,当系统的温度为T0时,系统中有固相和液相。
由图中可知,固相中杂志含量CsCL (液相中杂志成分)。
1、这种含有杂志的晶态物质熔化后再结晶时,杂志在结晶的固体和未结晶的液体中
浓度不同的现象叫做*分凝现象。
2、在一定温度下,平衡状态时,杂质在固液两相中浓度的比值K0=CS/CL叫作平衡分凝
系数。
3、为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中的杂质浓度的影响,把固相杂质浓
度CS与熔体内部的杂质浓度CL0的比值定义为*有效分凝系数。Keff=CS/CL0
2. 推导BPS公式,说明各个物理量的含义并讨论影响分凝系数的因素。
答:*BPS公式推导:书P21~P23
式中:K0为平衡分凝系数;Keff为有效分凝系数;f为固液相面的的移动速度;δ为扩
散层厚度;D为扩散系数。
影响分凝系数的因素:
①当f 远大于D/ δ时, fD/ δ→+∞,exp(-fD/ δ) →0,Keff→1,即固液中杂质
浓度差不多.分凝效果不明显。
②当f 远小于D/ δ时, fD/ δ→0,exp(-fD/ δ) →1,Keff→K0,分凝效果明显。
③扩散层厚度和扩散系数,D/ δ越小,分凝结果越差。
3. *分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度Cs公式,说明各个物理量的含义。
答:正常凝固过程:
一次区熔过程:
式中:K为Cs与熔体中平均杂质浓度的比值;C0为原样品中杂质的平均浓度;l为区熔
过程中的熔区长度。
4. 说明为什么*实际区熔是,最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。
(*在Ge、Si的区熔过程中,怎样选择区熔长度,为什么?)
答:①因为实际区熔过程中,最初几次杂质分布曲线不太陡,杂质倒流现象几乎可以忽略,
K1的杂质被固相排出到熔区中,熔区长度l较大时,大熔区中均匀杂质浓度CL变化
不大,CS也不太增加,所以提纯效果好。
②后几次区熔提纯时,由于体系接近极限分布状态,熔区l大,会造成杂质严重倒流,
使CL变大,CS也变大不利于提高纯度。
5. 根据相图讨论:
图一是能使材料熔点下降的杂质,K01,区熔提纯时杂质向尾部集中;
图二使材料熔点上升的杂质,K01,区熔提纯时杂质向头部集中;
图三K0≈1,区熔时基本上不改变原有分布状态。
6. *由于存在分凝现象,正常凝固后锭条中杂质分布不均匀:
①对于K1的杂质,浓度越接近尾部越大,向尾部集中;
②对于K1的杂质,浓度越接近头部越大,向头部集中;
③对于K≈1的杂质,基本保持原有的均匀分布方式。
7. *经过多次区熔提纯后,杂质分布状态达到一个相对稳定且不再改变的状态,这种极限状态
叫极限分布,也叫最终分布。
8. 在熔化界面,锭料的熔化带入新的杂质,并从熔化界面向凝固界面运动,与分凝出来的杂
质运动方向相反,称为*杂质倒流。
9. 影响杂质浓度极限分布的主要因素是杂质的分凝系数和熔区长度。
10. 对不同K值(K1)的杂质,K值越小,极限分布时头部杂质浓度越小;熔区长度越小,极
限分布时CS越小。
11. 从极限分布角度来看,区熔长度l→小好。
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