半导体材料复习

wordSi砂子SiO2粗硅97%高纯多晶硅99.999999%单晶硅棒切片外延片第一章粗硅的制备：SiO2+复原剂Si97%SiO2+3C=SiC+2CO 1600-18002SiC+SiO2=3Si+2CO高纯硅的制备方法优点：产率大，质量高，本钱低步骤：粗硅 酸洗 (去杂质) 粉碎 入枯燥炉 通入热氮气 枯燥 入沸腾炉 通干HCl 三氯氢硅Si + 3HCl = SiHCl3 + H2反响温度280-300，H2：HCl=1:35, 硅粉与HCl在进入反响炉前要充分枯燥加氮气，并且硅粉粒度要控制在0.18-0.12mm之间。三氯氢硅的提纯：精馏：屡次局部汽化，屡次局部冷凝。三氯氢硅复原：SiHCl3 + 3H2 Si + 3HCl 反响温度：1100高纯硅的纯度通常用以规X处理后，其中残留的B、P含量来表示，称为基硼量、基磷量。2. 硅烷法吸附法n 主要优点：1. 除硼效果好2. 无腐蚀性3. 分解温度低，不使用复原剂，效率高，有利于提高纯度4. 下，金属的蒸气压低)5. 外延生长时，自掺杂低，便于生长薄外廷层。缺点： 对设备要求高，有一定的安全性问题约占30%Mg2Si + 4 NH4Cl = SiH4 + 4NH3 + 2MgCl2 +Q 反响温度： -30-33条件：液氨中。液氨作溶剂、催化剂Mg2Si：NH4Cl = 1：3 Mg2Si ：液氨 =1：10硅烷的提纯：低温精馏、吸附法(使用分子筛吸附杂质)分子筛是一类多孔材料，其比外表积大，有很多纳米级的孔，可用于吸附气体分子筛+活性炭。规格为： 3A， 4A，5A，13X (10埃)型，指其孔洞的大小。硅烷热分解 SiH4 = Si + 2 H2 条件：高温热分解的温度控制在800，热分解的产物之一氢气必须随时排除，保证反响用右进展。3.为什么不用四氯化硅复原法？硅的收率低，生成的其他东西不能良好使用。早些年使用，现在根本不用。第二章 区熔提纯提纯方法：1.纯固相：分凝 2.固液：精馏 3.固气：吸附分凝现象或偏析现象：将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中的浓度是不同的。区熔提纯：利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长一端缓慢地移动到另一端，重复屡次使杂质尽量集中在尾部或头部，进而达到使中部材料提纯的目的。平衡分凝系数k0=杂质在固相中的浓度 CS/杂质在液相中的浓度 CL平衡分凝系数描述了固液平衡体系中杂质的分配关系能使材料熔点下降的杂质，K01，提纯时杂质向头部集中有效分凝系数Keff,是平衡分凝系数K0，固液界面移动速度f，扩散层厚度，和扩散系数D 的函数。一次区熔与正常凝固的比拟：正常凝固比一次区熔提纯的效果好。熔区越宽，提纯效果越好。最后一个熔区属于正常凝固，不服从区熔规律。质量输运或质量迁移：区熔时，物质会从一端缓慢地移向另一端的现象。原因：物质熔化前后材料密度变化。熔化时体积缩小，输运的方向与区熔的方向一致，例如锗、硅；熔化时体积增大，输运的方向与区熔的方向相反。 解决：在水平区熔时，将锭料容器倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运效应。第三章 晶体生长晶体形成的热力学条件气-固相转变条件：温度不变，物质的分压大于其饱和蒸汽压。 压力不变，物质的温度低于其凝华点。固-液相转变的条件： 对熔体，压力不变，物质的温度低于其熔点不能看出的条件： 液-固相，对溶液，物质的浓度大于其溶解度。 总结：气固相变，过饱和蒸气压。液固相变过程时，过饱和度。固固相变过程时，过冷度。结晶过程是由形核与长大两个过程所组成均匀形核：当母相中各个区域出现新相晶核的几率一样，晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外来外表的影响，又称均质形核或自发形核。非均匀形核：假如新相优先在母相某些区域中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来外表形核。又称异质形核或非自发形核临界状态下的体系自由能形核功：在临界状态下，成核必须提供1/3的外表能，这局部由外部提供的能量，称形核功。Gmax=1/3 Gs P39层生长理论：在晶核的光滑外表上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格“座位的最优位置是具有三面凹入角的位置。能量最低，G*最低，最稳定螺旋生长理论：在晶体生长界面上螺旋位错露头点所出现的凹角与其延伸所形成的二面凹角可作为晶体生长的台阶源，促进光滑界面上的生长。位错是晶体中的一维缺陷，它是在晶体某一列或假如干列原子出现了错位现象，即原子离开其平衡位置，发生有规律的错动。单晶生长：锗单晶主要用直拉法，硅单晶常采用直拉法与悬浮区熔法直拉法：有坩埚，电阻加热，直径大，电阻低，掺杂易，杂质多区熔法：无坩埚，高频加热，直径小，电阻高，掺杂难，杂质低直拉法工艺：炉体、籽晶、硅多晶，掺杂剂，石英坩埚清洁处理装炉抽真空或通保护气体加热熔化润晶下种缩颈消除位错放肩等径生长拉光降温出炉性能测试悬浮区熔法用于与容器反响比拟严重的体系，例如硅。由于熔融的硅有较大的外表X力和小的密度，所以悬浮区熔法正是依靠其外表X力支持正在生长的单晶的熔区。片状单晶的制法主要有：枝蔓法和蹼状法，斯杰哈诺夫法，EFG法，横拉法。枝蔓法是在过冷熔体中生长树枝状晶体，选取枝蔓籽晶和过冷液体接触，可生长成平行的，具有孪晶结构的双晶薄片。蹼状法是以两枝枝蔓为骨架，在过冷熔体中迅速提拉，利用熔融硅较大的外表X力，带出一个液膜，凝固后可得蹼状晶体。斯杰哈诺夫法是将有狭缝的导模具放在熔体中，熔体通过毛细管现象由狭缝上升到模具的顶端，在此熔体局部下入晶种，按导模狭缝规定的形状连续地拉制晶体，其形状完全由毛细管狭缝决定。横拉法是利用坩埚内的熔硅的外表X力形成一个凸起的弯月面，用片状籽晶在水平方向与熔硅熔接，利用氩或氦等惰性气体强制冷却，造成与籽晶相接的熔体外表的过冷层来进展生长EFG法：在润湿角满足090的条件下，使得熔体在毛细管作用下能上升到模具的顶部，并能在顶部的模具截面上扩展到模具的边缘而形成一个薄膜熔体层，再用籽晶引出成片状的晶体。第四章直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制 (1)变速拉晶法。此法基于Cs=KCL这一根本原理，因为在拉晶时，假如杂质K20nm和势垒高度大于0.5eV时，那么多个阱中的电子行为如同单个阱中电子行为的总和，这种结构材料称为多量子阱超晶格的方法：MBE、MOVPE、CBE、ALE8 / 8