单晶硅的制备.pptxVIP

单晶硅的制备;学习目标;9.1结晶学基础;;;熔化和凝固图象; 如何确定状态？;小结;晶体(有熔点）;（2）结晶过程的宏观特征;单晶半导体材料制备技术;A scientist from Kcynia Poland, Jan Czochralski, was many years ahead of his time. In 1916 he developed a method for growing single crystals, which was basically forgotten until after World War II. Today the semiconductor industry depends on the Czochralski method for manufacturing billions of dollars worth of semiconductor materials. He was accused of being a Nazi sympathizer but was later acquitted and died in Poland in 1953. What a wacky world, Bill Gates is the richest man on earth and most people dont even know how to pronounce Czochralski! ;Czochralski apparatus (left) and Bridgman-Stockbarger furnace (right). (US Dept. of Energy) ;Bridgman法;第15页/共126页;在结晶过程中，原子排列受到籽晶中原子排列的引导而按同样的规则排列起来，并且会保持籽晶的晶向。只要石英舟的拉出速度足够低，同一晶向将保持到熔体全部冷凝为止。于是，当全过程终结时，即可制成一根与石英舟具有相同截面形状的晶锭。 也有固定石英舟而移动高温炉的做法，道理同前面一样，只是方向相反。;除Ge外，GaAs以及其他许多半导体也都可以用这种方法来生长晶锭。不过，在制备像GaAs这样含有高蒸气压成分的晶体时，原料必须置于密封容器(如真空密封的石英管）中。否则，易挥发组分在高温下挥发散失后，无法生长出结构完美的理想晶体。 此外，为了保持晶体生长过程中易挥发组分的化学配比，往往采用两段温区式的装置，即将易挥发组分的原料置于独立温区令其挥发并保持一定的过压状态，让与之连通的另一温区中的熔体在其饱和蒸气压下缓慢凝结为晶体。 ;A schematic diagram of a Bridgman two-zone furnace used for melt growths of single crystal GaAs. ;第19页/共126页;在使用密封容器的时候，可以将炉子和容器都竖起来。这就是立式布里奇曼法。 用立式布里奇曼法制备的晶锭，其截面形状与容器截面完全一样，因而比较容易获得圆柱形晶锭或其他截面形状的晶锭 而水平布里奇曼法由于熔体受重力的影响，晶锭截面很难完全保持其容器截面的形状。 ;Vertical Bridgman Method ;布里奇曼法的主要缺点是熔体需要盛在石英舟或其他用高温稳定材料制成的容器内。这除了导致舟壁对生长材料的严重站污之外，舟材料与生长材料在热膨胀系数上的差异还会使晶锭存在很严重的生长应力，从而使原子排列严重偏离理想状态，产生高密度的晶格缺陷。 相比较而言，由于在卧式布里奇曼法中熔体有较大的开放面，其应力和器壁站污问题比立式布里奇曼法小。 ;硒化镉、碲化镉和硫化锌等II-VI族化合物最初就是用立式布里奇曼法制成的。 砷化镓和磷化镓等在凝固时体积要膨胀的III-V族化合物材料不适合采用立式布里奇曼法，但可以用水平布里奇曼法生长。 ;悬浮区熔生长工艺;第25页/共126页;悬浮区熔生长工艺;区熔单晶;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;区熔单晶生长的几个问题： 熔区内热对流 （a）集肤效应，表面温度高， （b）多晶硅棒转速很慢时，与单晶旋转向 （c）与单晶旋转反向 （d）表面张力引起的流动 （e）射频线圈引起的电磁力在熔区形成的对流 （f）生长速率较快时的固液界面;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺;悬浮区熔生长工艺; 直拉生长工艺 ;第45页/共126页;第46页/共126页;第47页/共126页;第48页/共12