第五章-硅液相外延课件.pptVIP

精选ppt课件2021*第五章硅液相外延精选ppt课件2021*液相外延（LiquidPhaseEpitaxy，LPE）从过冷饱和溶液中析出固相物质并沉积在单晶衬底上生成单晶薄膜1963年，尼尔松发明，用于外延GaAs物理理论基础:假设溶质在液态溶剂内的溶解度随温度的降低而减少，那么当溶液饱和后再被冷却时，溶质会析出。若有衬底与饱和溶液接触，那么溶质在适当条件下可外延生长在衬底上。精选ppt课件2021*生长方式特点优点缺点稳态（温度梯度外延生长）利用衬底（低温）与源片（高温）之间溶液的温度差造成的温度梯度实现溶质的外延生长。可生长组分均匀的厚外延层。厚度不均匀瞬态每次开始操作前不让衬底与溶液接触。生长0.1~几?m的薄外延层。厚度比稳态法的要均匀得多瞬态LPE，溶液冷却方法:平衡法、分步冷却法（突冷法）、过冷法、两相法精选ppt课件2021*5.1液相外延生长的原理溶于熔体中的硅淀积在硅单晶衬底上，并形成单晶薄膜。实现淀积:在生长过程中溶于熔体中的硅是过饱和的。熔体，也称熔剂，不是水、酒精等液体，而是低熔点金属的熔体，在这里，硅外延用的熔体是锡，也可用镓、铝。硅在熔体中的溶解度随温度变化而变化。在以锡溶剂中，硅的溶解度随温度降低而减少。精选ppt课件2021*硅液相外延生长:通过降低熔体温度进行（过冷生长），（逐步过冷，冷却速率?℃/min）熔体饱和后降低温度，使熔体呈过饱和，然后维持恒定温度进行生长（等温生长）精选ppt课件2021*溶液生长晶体的过程，可分为以下步骤:熔硅原子从熔体内以扩散、对流和强迫对流方式进行输运。通过边界层的体扩散。晶体表面吸附。从表面扩散到台阶。台阶吸附。沿台阶扩散。在台阶的扭折处结合入晶体。质量输运过程(冷却速率相关)受表面动力学支配精选ppt课件2021*A质量输运控制表面动力学过程快于质量输运过程,生长速率将由质量输运控制。通常液相外延生长都是在这种条件下进行的。B表面动力学控制质量输运速率过程快于表面动力学过程,生长速率受表面动力学限制。精选ppt课件2021*一、过冷生长动力学（逐步冷却，冷却速率恒定）选择5种冷却速率:0.2℃/min,0.5℃/min,0.75℃/min,2.5℃/min,7℃/min0.2℃/min0.5℃/min0.75℃/min2.5℃/min7℃/min对应每一冷却速率，可得到一固定的生长速率。生长速率随冷却速率增加而增加。由什么限制？冷却速率↑，而生长速率不再增加？由什么限制？精选ppt课件2021*图5-1外延层厚度与(a)生长时间和(b)过冷度的关系●0.2℃/min,▲0.5℃/min,■0.75℃/min,○2.5℃/min,△7.0℃/min较高冷却速率,所有点都落在一条直线上。较低冷却速率生长,外延层厚度与过冷度成线性。（质量输运限制）所有冷却速率,外延层厚度与生长时间成正比。精选ppt课件2021*由质量输运限制的生长速率?（存在边界层,溶质线性梯度分布）（在低冷却速率的情况下）D:溶质有效分凝系数，?:过饱和度，?:平衡溶质浓度，?:晶体密度，?:边界层厚度。如果溶质溶解度随湿度线性变化（800-950℃），同时，冷却速率为常数C。可以这样认为:??=KC其中K是比例常数，与冷却速率大小有关，那么生长速率:精选ppt课件2021*薄膜厚度（Thickness）可以看出:膜厚最终取决于过冷度，与冷却速度无关。在较低的冷却速率下，表面动力学过程比质量输运过程快，生长速率受质量输运限制。生长速率为质量输运限制，冷却速率增大，C↑→?↑生长速率为表面动力学限制（大冷却速率），?与C无关。精选ppt课件2021*图5-2生长速率随冷却速率的变化关系冷却速率上升,生长速率趋于饱和。在过冷生长条件下获得外延层的形态:(表面质量)1）低冷却速率0.2℃/min,表面平整。2）冷却速率↗0.5