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第2章硅衬底的制备

半导体材料的发展与器件紧密相关。可以说，电子工业的发展和半导体器件对材料的需

求是促进半导体材料研究和开拓的强大动力,而材料质量的提高和新型半导体材料的出现，

又优化了半导体器件性能，产生新的器件，两者相互影响，相互促进。

硅是制造集成电路的主要半导体材料，也是半导体产业中最重要的材料,了解硅材料及

其制备过程将有助于理解硅芯片的制造过程。

本章学习目标：

1.了解半导体材料的特点，以及半导体材料的分类。

2.掌握常用的半导体材料硅和锗。

3了解常用的化合物半导体材料。

4.掌握非晶、晶体的概念，掌握多晶和单晶结构的区别。

5.掌握单晶硅的制备过程。

6.熟悉硅锭到晶圆片的制备过程。

2.1半导体材料

半导体材料是室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空

-57Ω.m之间。通常电阻率随温度升高

穴两种载流子实现导电，室温时电阻率一般在10～10

而增大；若掺入活性杂质或用光、射线辐照，可使其电阻率有几个数量级的变化。1906年

制成了碳化硅检波器。1947年发明晶体管以后，半导体材料作为一个独立的材料领域得到

了很大的发展，并成为电子工业和高技术领域中不可缺少的材料室温下导电性介于导电材料

和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空穴两种载流子实现导电，室温时电阻率一般在

-57Ω.m之间。通常电阻率随温度升高而增大；若掺入活性杂质或用光、射线辐照，

10～10

可使其电阻率有几个数量级的变化。1906年制成了碳化硅检波器。1947年发明晶体管以后，

半导体材料作为一个独立的材料领域得到了很大的发展，并成为电子工业和高技术领域中不

可缺少的材料。

半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体，

常温下其电阻率很高，是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后，由于杂质原

子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半

导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。不同类型半导体

间接触（构成PN结）或半导体与金属接触时，因电子（或空穴）浓度差而产生扩散，在接

触处形成势垒，因而这类接触具有单向导电性。利用PN结的单向导电性，可以制成具有不

同功能的半导体器件，如二极管、三极管、晶闸管等。此外，半导体材料的导电性对外界条

件（如热、光、电、磁等因素）的变化非常敏感，据此可以制造各种敏感元件，用于信息转

换。

半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错

密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束

缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载

流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部载流子由非平衡状态向平衡状态

过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格

完整性的程度，对于非晶态半导体材料，则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能反

映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，更重要的是能反映各种半导体材料之间甚

至同一种材料在不同情况下，其特性的量值差别。

2.1.1半导体材料的分类

1.元素半导体

元素半导体大约有十几种，处于IIIA族-VIIA族的金属与非金属的交界处，如Ge(锗)，

Si（硅），Se（硒），Te（碲）等。

2.化合物半导体

由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物并具有确定的禁带宽度和能带

结构等半导体性质的化合物称为化合物半导体材料。

（1）二元化合物半导体

IIIA族和VA族元素组成的IIIA-VA族化合物半导体。即Al（铝），Ga（镓），In（铟）

和P（磷），As（砷），Sb（锑）组成的9种IIIA-VA族化合物半导体，如AlP，AlAs，Alsb，

GaP，GaAs，GaSb，InP，InAs，InSb等。

IIB族和VIA族元家组成的IIB-VIA族化合物半导体，即Zn，Cd，Hg与O,Se,Te成的

12种IIB-VIA族化合物半导体