晶体生长基础Lecture 2 晶体生长方法简介.pptVIP

*PVT生长方法M-Lely法多晶SiC升华石墨坩埚2000～3000K20hPaArSiSiC2Si2C冷却籽晶*化学气相沉积（CVD）将金属的氢化物、卤化物或金属有机物蒸发成气相，输送至使其凝聚的较低温度带内通过化学反应，在一定的衬底上淀积，形成所需要的薄膜。*CVD系统*优点:可以较快速度获得大直径的单晶可采用“回熔”和“缩颈”工艺可观察到晶体生长情况，能有效控制晶体生长缺点:用坩埚作容器，导致不同程度的污染*液封提拉法(LEC)1962年梅茨等人首先发明使用透明、惰性的液体层浮于熔体表面起到密封作用的一种拉晶技术。1965年马林等人生长出GaAs、InAs等1968年巴斯等人生长出InP、GaP等成为制备含挥发性组元化合物半导体单晶主要技术一般会和其它生长方法相结合对于在高温下容易挥发的材料（InP、GaAs、GaSb）*LEC法生长GaAs单晶示意图熔点低，在生长温度成液态不与熔体和晶体反应蒸汽压低，不易挥发对熔体或晶体的溶解度低，不会通过密封液向环境传输对坩锅无腐蚀作用选择合适的密封液是关键*能生长高的蒸汽压的材料B2O3能阻止熔体和坩埚、保护气反应优点:缺点:B2O3被“沾污”、低于1000oC太粘稠*布里奇曼(Bridgman）法（下降法）1925年由Bridgman首先提出1936年Stockbarger提出相似的方法，又称为Bridgman-Stockbarger法PercyWilliamsBridgman(1882-1961)DonaldC.Stockbarger(1895-1952)*炉子采用管式结构，由加热区、梯度区、冷却区组成装有原料的坩埚，在具有一定的温度梯度的结晶炉内缓慢下降。熔体便会在坩埚内自下而上结晶为晶体。温度梯度大，生长速率快（应力大）垂直Bridgman法*基本过程1.原料和籽晶置于坩埚中3.生长:通过移动加热线圈或坩埚，从而使生长界面向前推进2.引晶:部分籽晶熔融*基本要求高温区温度尽可能高（高于熔点），但不能太高，防止熔体挥发低温区温度尽可能低（低于熔点），但不能太低，避免晶体破裂熔体结晶控制在温度梯度大的区域，在散热板附近高温区和低温区温度梯度小，避免在熔体上部结晶和下部产生较大应力。*晶核几何淘汰规律可以不需要籽晶，利用自发成核后的几何淘汰规律获得单晶体晶体具有各向异性，假定三个晶核，只有B的方向是同坩锅平行A和C核受到B的挤压而消失。*坩锅选择材质的选择较高的化学稳定性；足够高的纯度；具有较高的熔点；一定的导热能力：与晶体材料相匹配的膨胀系数形状与结构设计选晶法坩锅形状设计籽晶法（a）放置籽晶（b）回熔（c）生长*坩锅下降法装置实物照片和内部结构示意图*水平Bridgman法倾斜Bridgman法重力场与温度梯度和成分梯度垂直，热对流更为剧烈熔体的自由表面与梯度场垂直，熔体表面存在较大的温度梯度和浓度梯度晶体的传热、传质和对流条件是非轴对称的。因此，晶体生长界面也是非轴对称的，不易保证晶体性能的一致性*多坩埚晶体生长方法4inLi2B4O7批量生产无接触Bridgman法导热好碳管作为隔离制备CdZnTe*优点:操作简单，晶体的形状由容器的形状决定。原料密封在坩埚中，减少了挥发造成的影响，能较好地控制晶体的成分。可同时放入若干个坩埚进行生长，提高效率缺点:晶体与坩埚接触，易引入较大内应力和较多杂质不适宜生长在冷却时体积增大的晶体（具有负膨胀系数的材料）很难观察到晶体生长过程*应用:熔体中含挥发性成分的物质:III-V化合物(GaAs,lnP,GaSb)和II-VI化合物(CdTe).三元化合物(GaxIn1-xAs,GaxIn1-xSb等)*区熔（zonemelting，ZM）法原料棒局域熔化材料预制成型，感应线圈加热，熔区自下而上移动，或晶体向下移动，逐渐完成整个结晶过程也常用于材料提纯坩锅移动加热器移动*浮区法（floatzone,FZ）晶体和多晶原料棒之间的熔区靠熔体的表面张力维持无坩锅的生长技术熔点高、表面张力大、蒸汽压小*F1+F2=F3+F4F1：熔区重力；F2：转动离心力F3：表面张力；F4：高频感应形成的磁托力r熔体表面张力；g重力加速度熔区稳定条件表面张力越大，熔区越长，离心力（转速）越小，越容易建立稳定熔区方法：选择密度小，表面张力大的材料，降低转