期末復(fù)習(xí)半導(dǎo)體材料(福大).ppt

半導(dǎo)體材料,2,期末復(fù)習(xí),3,考試題型,填空30分，每空一分 名詞解釋30分，每題4分 簡(jiǎn)答與計(jì)算題40分，6個(gè)題目 AB卷,4,考試內(nèi)容,課上重點(diǎn)內(nèi)容 作業(yè),5,半導(dǎo)體材料概述,從電學(xué)性質(zhì)上講（主要指電阻率） 絕緣體10121022 .cm 半導(dǎo)體10-61012 .cm 良導(dǎo)體10-6.cm 正溫度系數(shù)（對(duì)電導(dǎo)率而言） 負(fù)溫度系數(shù)（對(duì)電阻率而言） 導(dǎo)體？,6,半導(dǎo)體材料的分類（按化學(xué)組成分類）,無(wú)機(jī)物半導(dǎo)體 元素半導(dǎo)體：（Ge, Si） 化合物半導(dǎo)體 三、五族GaAs 二、六族 有機(jī)物半導(dǎo)體,7,能帶理論（區(qū)別三者導(dǎo)電性）,金屬中，由于組成金屬的原子中的價(jià)電子占據(jù)的能帶是部分占滿的，所以金屬是良好的導(dǎo)體。 半導(dǎo)體由于禁帶寬度比較小，在溫度升高或有光照時(shí)，價(jià)帶頂部的電子會(huì)得到能量激發(fā)到導(dǎo)帶中去，這樣在導(dǎo)帶中就有自由電子，在價(jià)帶中就相應(yīng)的缺少電子，等效為帶有正電子的空穴，電子和空穴同時(shí)參與導(dǎo)電，使得半導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電性能。 一般對(duì)于絕緣體，禁帶寬度較大，在溫度升高或有光照時(shí)，能夠得到能量而躍遷到導(dǎo)帶的電子很少，因此絕緣體的導(dǎo)電性能很差。,8,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)類型,金剛石結(jié)構(gòu)（Si/Ge):同種元素的兩套面心立方格子沿對(duì)角線平移1/4套構(gòu)而成 閃鋅礦（三、五族化合物如GaAs)：兩種元素的兩套面心立方格子沿對(duì)角線平移1/4套構(gòu)而成 纖鋅礦,9,對(duì)禁帶寬度的影響,對(duì)于元素半導(dǎo)體： 同一周期，左-右，禁帶寬度增大 同一族，原子序數(shù)的增大，禁帶寬度減小,10,一.鍺、硅的化學(xué)制備,硅鍺的物理化學(xué)性質(zhì)比較 高純硅的制備方法 各種方法的具體步驟以及制備過(guò)程中材料的提純 高純鍺的制備方法及步驟,11,二、區(qū)熔提純,分凝現(xiàn)象，平衡分凝系數(shù)，有效分凝系數(shù)，正常凝固， 平衡分凝系數(shù)與雜質(zhì)集中的關(guān)系P20圖21 BPS公式及各個(gè)物理量的含義；分析如何提高分凝效果，如何變成對(duì)數(shù)形式 影響區(qū)熔提純的因素 區(qū)熔的分類，硅和鍺各采用什么方法,硅鍺的區(qū)熔提純,區(qū)熔是1952年 蒲凡 提出的一種物理提純的方法。它是制備超純半導(dǎo)體材料，高純金屬的重要方法。,區(qū)熔提純的目的,區(qū)熔提純的目的： 得到半導(dǎo)體級(jí)純度（9到10個(gè)9）的硅，為進(jìn)一步晶體生長(zhǎng)作準(zhǔn)備,2-1分凝現(xiàn)象與分凝系數(shù),211 分凝現(xiàn)象（偏析現(xiàn)象） 含量少的雜質(zhì)在晶體和熔體中的濃度不同 分凝系數(shù):,用來(lái)衡量雜質(zhì)在固相和液相中濃度的不同,一 平衡分凝系數(shù)K0,平衡分凝系數(shù)（適用于假定固相和液相達(dá)到平衡時(shí)的情況） K0=Cs/ Cl,212平衡分凝系數(shù)和有效分凝系數(shù),Cs:雜質(zhì)在固相晶體中的濃度 Cl:雜質(zhì)在液相熔體中的濃度,(1) T=TL-Tm 0(TL體系平衡熔點(diǎn)；Tm純組分熔點(diǎn)), CSCL, K0 1 提純時(shí)雜質(zhì)向尾部集中 (2)T=TL-Tm 0, CS CL, K0 1 提純時(shí)雜質(zhì)向頭部集中 (3)T=0, CS=CL, K0 = 1 分布狀態(tài)不變,不能用于去除雜質(zhì),二 有效分凝系數(shù),上面討論的是固液兩相平衡時(shí)的雜質(zhì)分配關(guān)系.但是實(shí)際上,結(jié)晶不可能在接近平衡狀態(tài)下進(jìn)行,而是以一定的速度進(jìn)行.,(1)當(dāng)K0 1時(shí) CSCL,即雜質(zhì)在固體中的濃度小,從而使結(jié)晶時(shí),固體中的一部分雜質(zhì)被結(jié)晶面排斥出來(lái)而積累在熔體中.當(dāng)結(jié)晶的速度雜質(zhì)由界面擴(kuò)散到熔體內(nèi)的速度時(shí),雜質(zhì)就會(huì)在熔體附近的薄層中堆積起來(lái),形成濃度梯度而加快雜質(zhì)向熔體的擴(kuò)散,當(dāng)界面排出的雜質(zhì)量=因擴(kuò)散對(duì)流而離開(kāi)界面的向熔體內(nèi)部流動(dòng)的雜質(zhì)量,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡.界面薄層中的濃度梯度不再變化,形成穩(wěn)定分布.這個(gè)雜質(zhì)濃度較高的薄層叫雜質(zhì)富集層 界面附近靠近固體端,雜質(zhì)濃度高, 靠近熔體端,雜質(zhì)濃度低.,(2) K0 1 CS CL,固體中的雜質(zhì)濃度大,因此固相界面會(huì)吸收一些界面附近的熔體中的雜質(zhì),使得界面處熔體薄層中雜質(zhì)呈缺少狀態(tài),這一薄層稱為貧乏層. 為了描述界面處薄層中的雜質(zhì)濃度與固相中的雜質(zhì)濃度關(guān)系,引出有效分凝系數(shù) Keff=CS/CL0 Cs:固相雜質(zhì)濃度 CL0:界面附近熔體內(nèi)部的雜質(zhì)濃度 界面不移動(dòng)或者移動(dòng)速度=0, Keff K0 有 一定速度時(shí), CS = KeffCL0,2-1-3BPS公式(描述Keff與 K0關(guān)系 ) 1. 結(jié)晶過(guò)程無(wú)限緩慢時(shí)，二者無(wú)限接近 2. 結(jié)晶過(guò)程有一定的速率時(shí)，二者不再相等，有效分凝系數(shù)與平衡分凝系數(shù)符合 BPS(Burton,Prim,Slichter)關(guān)系,1.f 遠(yuǎn)大于D/時(shí), fD/ +,exp(-fD/ ) 0, Keff 1,即 固液中雜質(zhì)濃度差不多.分凝效果不明顯。 2. f 遠(yuǎn)小于D/時(shí), fD/ 0,exp(-fD/ ) 1, Keff K0,分凝效果明顯,平衡分凝系數(shù),固液交界面移動(dòng)速度 即熔區(qū)移動(dòng)速度,擴(kuò)散層厚度,擴(kuò)散系數(shù),Keff介于ko與1之間， 電磁攪拌或高頻電磁場(chǎng)的攪動(dòng)作用，使擴(kuò)散加速， 變薄，使keff與Ko接近，分凝的效果也越顯著 凝固速 度 f 越慢，keff與Ko接近，分凝的效果也越顯著,2-2 區(qū)熔原理,2-2-1正常凝固 材料錠條全部熔化后,使其從一端向另一端逐漸凝固,這樣的凝固方式叫正常凝固.,正常凝固過(guò)程中存在分凝現(xiàn)象,所以錠條中雜質(zhì)分布不均勻.,(1) K0 1 提純時(shí)雜質(zhì)向尾部集中 (2) K0 1 提純時(shí)雜質(zhì)向頭部集中 (3) K0 = 1 分布狀態(tài)不變,不能用于去除雜質(zhì),正常凝固固相雜質(zhì)濃度CS沿錠長(zhǎng)的分布公式,Cs=KC0(1-g)k-1,C0:材料凝固前的雜質(zhì)濃度,K,分凝系數(shù).不同雜質(zhì)的不同K值可以通過(guò)查表得出,雜質(zhì)分布規(guī)律:圖2-6,K1時(shí) 分布曲線接近水平,即雜質(zhì)濃度沿錠長(zhǎng)變化不大. K與1相差較大時(shí)(小于0.1或大于3) 雜質(zhì)濃度隨錠長(zhǎng)變化較快,雜質(zhì)向錠的一端集中,提純效果好. (正常凝固有一定的提純作用) 雜質(zhì)濃度過(guò)大, 半導(dǎo)體材料與雜質(zhì)形成合金狀態(tài),分布公式不成立,分布不再服從正常凝固定律。 .,正常凝固法的缺點(diǎn) K小于1的雜質(zhì)在錠尾，K大于1的雜質(zhì)在錠頭，多次提純，每次頭尾去除，造成材料的浪費(fèi)且效率低.,區(qū)熔提純: 它是把材料的一小部分熔化, 并使熔區(qū)從錠條的一端移到另一端.,解決辦法：,2-2-2一次區(qū)熔提純,一次區(qū)熔提純時(shí)，錠中的雜質(zhì)分布情況， CS=C01-(1-K) e-Kx/l C0:錠條的原始雜質(zhì)濃度 X:已區(qū)熔部分長(zhǎng)度 K:分凝系數(shù) L:熔區(qū)長(zhǎng)度,一次區(qū)熔提純與正常凝固的效果比較,單就一次提純的效果而言，正常凝固的效果好(怎么看?) l越大，Cs越小, 即熔區(qū)越寬，一次區(qū)熔提純的效果越好 對(duì)于最后一個(gè)熔區(qū),屬于正常凝固,不服從一次區(qū)熔規(guī)律,2-2-3多次區(qū)熔與極限分布,一次區(qū)熔后,材料的純度仍然達(dá)不到半導(dǎo)體器件的純度要求,所以要進(jìn)行多次區(qū)熔,使得各種雜質(zhì)盡可能的趕到錠條的兩頭.,極限分布,經(jīng)過(guò)多次區(qū)熔提純后,雜質(zhì)分布狀態(tài)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定且不再改變的狀態(tài),這種極限狀態(tài)叫極限分布,也叫最終分布.,CS(x)=AeBx K=Bl/(eBl-1) A=C0BL/(eBL-1) CS(x):極限分布時(shí)在x處固相中雜質(zhì)濃度 K:分凝系數(shù), l:熔區(qū)長(zhǎng)度 X:錠的任何位置 C0:初始雜質(zhì)濃度 L:材料的錠長(zhǎng)度 若知道KB A CS(x),達(dá)到極限分布時(shí)雜質(zhì)在錠中分布的關(guān)系式,多次區(qū)熔規(guī)律: (圖2-10,2-11),K越小, 兩頭雜質(zhì)濃度越小,即Cs(x)越小 l越小 Cs(x)越小,K越小,l越小,區(qū)熔提純效果越好!,影響雜質(zhì)濃度極限分布的主要因素是雜質(zhì)的分凝系數(shù)和熔區(qū)長(zhǎng)度,2-2-4影響區(qū)熔提純的因素,1.熔區(qū)長(zhǎng)度 (1)一次區(qū)熔時(shí) Cs=C01-(1-K)e-kx/l l 大,Cs 小提純效果好 l越大越好 (2)極限分布時(shí)(K一定) l 大,B 小A 大Cs(x) 大提純效果差 l越小越好,一次區(qū)熔的效果，l 越大越好 極限分布時(shí)，l越小，A越小，B越大，錠頭雜質(zhì)濃度 越低，純度越高 應(yīng)用：前幾次用寬熔區(qū)，后幾次用窄熔區(qū)。,2.熔區(qū)的移動(dòng)速度 BPS公式?,f越小，keff越接近k0，提純效果好, 區(qū)熔次數(shù)少, 但是過(guò)低 的f使得生產(chǎn)效率低 過(guò)快的f使得提純效果差, 區(qū)熔次數(shù)增多,f與區(qū)熔次數(shù)產(chǎn)生矛盾? 如何解決,對(duì)策：用盡量少的區(qū)熔次數(shù)和盡量快的區(qū)熔速度來(lái)區(qū)熔,即 使n/(f/D)最小 實(shí)際操作中的對(duì)策: 實(shí)際區(qū)熔速度的操作規(guī)劃是選f/D近似于1,3.區(qū)熔次數(shù)的選擇,區(qū)熔次數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 n=(11.5)L/l n:區(qū)熔次數(shù) L:錠長(zhǎng) l:熔區(qū)長(zhǎng)度 20次左右最好,4.質(zhì)量輸運(yùn)(質(zhì)量遷移),現(xiàn)象：一頭增粗，一頭變細(xì) 原因：熔體與固體的密度不同， 對(duì)策：在水平區(qū)熔時(shí)，將錠料傾斜一個(gè)角度，(經(jīng)驗(yàn)表明，3-5度）以重力作用消除輸運(yùn)效應(yīng)。,2-3鍺、硅的區(qū)熔提純,區(qū)熔法晶體生長(zhǎng) crystal growth by zone melting method 利用多晶錠分區(qū)熔化和結(jié)晶來(lái)生長(zhǎng)單晶體的方法。將棒狀多晶錠熔化一窄區(qū),其余部分保持固態(tài),然后使這一熔區(qū)沿錠的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，使整個(gè)晶錠的其余部分依次熔化后又結(jié)晶。,在頭部放置一小塊單晶即籽晶(seed crystal)，并在籽晶和原料晶錠相連區(qū)域建立熔區(qū)，移動(dòng)晶錠或加熱器使熔區(qū)朝晶錠長(zhǎng)度方向不斷移動(dòng)，使單晶不斷長(zhǎng)大。 分類: 水平區(qū)熔 懸浮區(qū)熔,鍺的水平區(qū)熔法,Ge中所含的雜質(zhì) K大于1，B K小于1，Ni, Fe, Cu, Mn, As 提純裝置(34頁(yè)) 提純步驟 根據(jù)提純要求確定熔區(qū)長(zhǎng)度、區(qū)熔速度和次數(shù) 清洗石墨舟、石英管、鍺錠 將舟裝入石英管、通氫氣或抽真空，排氣 熔區(qū)的產(chǎn)生：電阻加熱爐，高頻線圈(附加電磁攪拌作用) 區(qū)熔若干次,硅的懸浮區(qū)熔提純,采用懸浮區(qū)熔的原因： 高溫下硅很活潑,易反應(yīng)， 懸浮區(qū)熔可使之不與任何材料接觸； 利用熔硅表面張力大 而密度小的特點(diǎn)，可使熔區(qū)懸浮,1.什么是分凝現(xiàn)象？平衡分凝系數(shù)？有效分凝系數(shù)？ 2.寫(xiě)出BPS公式及各個(gè)物理量的含義，并討論影響分凝系數(shù)的因素。 3.分別寫(xiě)出正常凝固過(guò)程、一次區(qū)熔過(guò)程錠條中 雜質(zhì)濃度Cs公式,并說(shuō)明各個(gè)物理量的含義。 4.說(shuō)明為什么實(shí)際區(qū)熔時(shí)，最初幾次要選擇大熔 區(qū)后幾次用小熔區(qū)的工藝條件。,問(wèn)題,答案：,1.分凝現(xiàn)象：含有雜質(zhì)的晶態(tài)物質(zhì)熔化后再結(jié)晶時(shí)，雜質(zhì)再結(jié)晶的固體和未結(jié)晶的液體中濃度不同，這種現(xiàn)象叫分凝現(xiàn)象。 平衡分凝系數(shù)： 固液兩相達(dá)到平衡時(shí)，固相中的雜質(zhì)濃度和液相中的雜質(zhì)濃度是不同的，把它們的比值稱為平衡分凝系數(shù)，用K0表示。 K0Cs/CL 有效分凝系數(shù)：為了描述界面處薄層中雜質(zhì)濃度偏離固相對(duì)固相中雜質(zhì)濃度的影響，通常把固相雜質(zhì)濃度Cs與熔體內(nèi)部的雜質(zhì)濃度CL0的比值定義為有效分凝系數(shù)Keff KeffCs/ CL0,2.f 遠(yuǎn)大于D/時(shí), fD/ +,exp(-fD/ ) 0, Keff 1,即 固液中雜質(zhì)濃度差不多.分凝效果不明顯。 f 遠(yuǎn)小于D/時(shí), fD/ 0,exp(-fD/ ) 1, Keff K0,分凝效果明顯,平衡分凝系數(shù),固液交界面移動(dòng)速度 即熔區(qū)移動(dòng)速度,擴(kuò)散層厚度,擴(kuò)散系數(shù),3. 正常凝固過(guò)程： Cs=KC0(1-g)k-1 C0:材料凝固前的雜質(zhì)濃度 K,分凝系數(shù).不同雜質(zhì)的不同K值可以通過(guò)查表得出 一次區(qū)熔過(guò)程： CS=C01-(1-K) e-K x/l C0:錠條的原始雜質(zhì)濃度 X:已區(qū)熔部分長(zhǎng)度 K:分凝系數(shù) L:熔區(qū)長(zhǎng)度,4.（1）一次區(qū)熔時(shí) Cs=C01-(1-K)e-kx/l l 大,Cs 小提純效果好 l越大越好 (2)極限分布時(shí)(K一定) l 大, Cs(x) 大提純效果差 l越小越好 所以對(duì)于實(shí)際區(qū)熔，前幾次應(yīng)該用大熔區(qū)，越到后面越接近極限分布，應(yīng)該用小熔區(qū),48,影響區(qū)熔的因素,熔區(qū)長(zhǎng)度 一次區(qū)熔的效果，l越大越好 極限分布時(shí)，l越小，錠頭雜質(zhì)濃度越低，純度越高 應(yīng)用：前幾次用寬熔區(qū)，后幾次用窄熔區(qū)。 熔區(qū)的移動(dòng)速度 電磁攪拌或高頻電磁場(chǎng)的攪動(dòng)作用，使擴(kuò)散加速， 變薄，使keff與Ko接近，分凝的效果也越顯著 凝固速 度 f 越慢，keff與Ko接近，分凝的效果也越顯著 區(qū)熔次數(shù)的選擇 區(qū)熔次數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 n=(1-1.5)L/l 質(zhì)量輸運(yùn) 通過(guò)使錠料傾斜一個(gè)角度，用重力作用消除質(zhì)量輸運(yùn)效應(yīng),49,問(wèn)題,1.什么是分凝現(xiàn)象？平衡分凝系數(shù)？有效分凝系數(shù)？ 2.寫(xiě)出BPS公式及各個(gè)物理量的含義，并討論影響分凝系數(shù)的因素。 3.分別寫(xiě)出正常凝固過(guò)程、一次區(qū)熔過(guò)程錠條中雜質(zhì)濃度Cs公式,并說(shuō)明各個(gè)物理量的含義。 4.說(shuō)明為什么實(shí)際區(qū)熔時(shí)，最初幾次要選擇大熔區(qū)后幾次用小熔區(qū)的工藝條件。,50,五 硅外延生長(zhǎng),名詞解釋 同質(zhì)外延,異質(zhì)外延,直接外延,間接外延 外延不同的分類方法以及每種分類所包括的種類 硅氣相外延原料 硅氣相外延分類 用SiCL4外延硅的原理以及影響硅外延生長(zhǎng)的因素,51,問(wèn)題,什么是同質(zhì)外延,異質(zhì)外延,直接外延,間接外延? 什么是自摻雜?外摻雜?抑制自摻雜的途徑有哪些? 什么是SOI技術(shù) SOI材料的生長(zhǎng)方法有哪些?每種方法是如何實(shí)現(xiàn)的?,名詞解釋 1.精餾提純：精餾提純是利用混合液中各組分的沸點(diǎn)不同(揮發(fā)性的差異)來(lái)達(dá)到分離各組分的目的。它是在精餾塔中，上升的氣相與下降的液相接觸，通過(guò)熱交換進(jìn)行部分汽化和部分冷凝實(shí)現(xiàn)質(zhì)量交換的過(guò)程，經(jīng)過(guò)多次交換來(lái)達(dá)到幾乎完全分離各組分的提純方法。 2.分凝現(xiàn)象：將含有雜質(zhì)的晶態(tài)物質(zhì)熔化后再結(jié)晶時(shí)，雜質(zhì)在結(jié)晶的固體和末結(jié)晶的液體中濃度是不同的，這種現(xiàn)象叫分凝現(xiàn)象(亦叫偏析現(xiàn)象)。 3.區(qū)熔提純：區(qū)熔提純就是利用分凝現(xiàn)象將物料局部熔化形成狹窄的熔區(qū)，并令其沿錠長(zhǎng)從一端緩慢地移動(dòng)到另一端，重復(fù)多次使雜質(zhì)盡量被集中在尾部或頭部，進(jìn)而達(dá)到使中部材料被提純的技術(shù)。 4.極限分布：經(jīng)過(guò)多次區(qū)熔提純后，雜質(zhì)分布狀態(tài)將達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定且不再改變的狀態(tài)，把這種極限狀態(tài)叫做極限分布或最終分布。,6.直拉法：又稱喬赫拉爾斯基(Czochralski)法，簡(jiǎn)稱CZ法。它是生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶的主要方法。該法是在直拉單晶爐內(nèi)，向盛有熔硅(鍺)坩堝中，引入籽晶作為非均勻晶核，然后控制熱場(chǎng)，將籽晶旋轉(zhuǎn)并緩慢向上提拉，單晶便在籽晶下按籽晶的方向長(zhǎng)大 7.外延生長(zhǎng)：外延生長(zhǎng)就是在一定條件下，在經(jīng)過(guò)切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底上，生長(zhǎng)一層合乎要求的單晶層的方法。 8.外延層：由于所生長(zhǎng)的單晶層是襯底晶格的延伸，所以所生長(zhǎng)的材料層叫做外延層。 9.外延層的分類： 同質(zhì)外延:如果外延層與襯底是同種材料，則稱為同質(zhì)外延;異質(zhì)外延:如果襯底材料和外延層是不同種材料,則稱為異質(zhì)外延; 10.直接外延: 直接外延是用加熱、電子轟擊或外加電場(chǎng)等方法使生長(zhǎng)的材料原子獲得足夠能量，直接遷移沉積在襯底表面上完成外延生長(zhǎng)的方法，如真空淀積、濺射、升華等。,11.間接外延: 間接外延法是利用化學(xué)反應(yīng)在襯底表面上沉積生長(zhǎng)外延層，廣義上稱為化學(xué)氣相淀積(chemical vapor deposition, CVD) 。 但CVD 所生長(zhǎng)的薄膜不一定是單晶;因此嚴(yán)格地講只有生長(zhǎng)的薄膜是單晶的CVD才是外延生長(zhǎng)。,12.半導(dǎo)體超晶格：半導(dǎo)體超晶格是由兩種不同材料交替生長(zhǎng)而成的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體。 13.量子阱：當(dāng)窄禁帶材料、寬禁帶材料這兩種薄層材料的厚度和周期長(zhǎng)度小于電子平均自由程時(shí)，整個(gè)電子系統(tǒng)進(jìn)入了量子領(lǐng)域，產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)。這時(shí)夾在兩個(gè)壘層間的阱就是量子阱。,簡(jiǎn)答題、論述題 1.熔區(qū)長(zhǎng)度的確定？P30 （1）二次區(qū)熔雜質(zhì)分布公式，它所描述的是區(qū)熔開(kāi)始時(shí)的情況，這時(shí)雜質(zhì)集中現(xiàn)象不太明顯，雜質(zhì)分布曲線不太陡，雜質(zhì)倒流現(xiàn)象幾乎可以忽略。此時(shí)，K1的雜質(zhì)被固相排出到熔區(qū)中，由于熔區(qū)長(zhǎng)度l大，在大熔區(qū)中均勻后雜質(zhì)濃度CL變化不大，Cs也不太增加，所以提純效果好。 （2）當(dāng)體系處于接近極限分布狀態(tài)時(shí)；熔區(qū)l大，會(huì)造成雜質(zhì)倒流嚴(yán)重。因?yàn)榇藭r(shí)雜質(zhì)分布己經(jīng)很陡，熔區(qū)長(zhǎng)度l大，必然會(huì)造成大范圍的雜質(zhì)倒流使CL大，Cs也大。這是不利于提高純度的。 通過(guò)上面分析，得到了在實(shí)際區(qū)熔時(shí)，最初幾次應(yīng)該用大熔區(qū)，后幾次用小熔區(qū)的工藝條件。 2.晶體生長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程： 它主要包括：20 世紀(jì)20 年代柯塞爾(Kossel) 等人提出的完整晶體生長(zhǎng)微觀理論模型；40 年代弗蘭克(Frank)發(fā)展了的缺陷晶體生長(zhǎng)理論；50年代后伯頓(Burton)等人在晶體生長(zhǎng)及其界面的平衡結(jié)構(gòu)理論以及杰克遜(Jackson)平衡界面理論等方面的研究，使晶體生長(zhǎng)從生長(zhǎng)技術(shù)研究進(jìn)入了微觀理論定性與半定量的研究階段。,3.硅外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型是什么？有何異同？p109 主要有兩種，即氣-固表面復(fù)相化學(xué)反應(yīng)模型和氣相均質(zhì)反應(yīng)模型 區(qū)別： 復(fù)相化學(xué)反應(yīng)模型認(rèn)為硅外延生長(zhǎng)過(guò)程包括下列步驟: 反應(yīng)物氣體混合向反應(yīng)區(qū)輸運(yùn)。 反應(yīng)物穿過(guò)邊界層向襯底表面遷移。 反應(yīng)物分子被吸附在高溫襯底表面上。 在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成生長(zhǎng)晶體的原子和氣體副產(chǎn)物，原子在晶體表面移動(dòng)到達(dá)襯底晶面的扭折處，進(jìn)入晶格格點(diǎn)位置形成晶格點(diǎn)陣，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。 副產(chǎn)物氣體從表面脫附并穿過(guò)邊界層向主氣流中擴(kuò)散。 氣體副產(chǎn)物和末反應(yīng)的反應(yīng)物，離開(kāi)反應(yīng)區(qū)被排出系統(tǒng)。 均質(zhì)反應(yīng)模型認(rèn)為，外延生長(zhǎng)反應(yīng)不是在固-氣界面上，而是在距襯底表面兒微米的空間中發(fā)生的。反應(yīng)生成的原子或原子團(tuán)再轉(zhuǎn)移到襯底表面上完成晶體生長(zhǎng)。在反應(yīng)物濃度很大，溫度較高時(shí)有可能在氣相中成核并長(zhǎng)大。例如，高濃度SiH4高溫?zé)岱纸鈺r(shí)就能觀察到這種現(xiàn)象。 相同： 不論是復(fù)相反應(yīng)還是均質(zhì)反應(yīng)，都認(rèn)為反應(yīng)物或反應(yīng)生成物總要通過(guò)體系中的邊界層而達(dá)到襯底表面的，且在理論上和實(shí)驗(yàn)上都證明了邊界層的存在。,4.GaP是間接躍遷型材料，為什么發(fā)光效率高？ 因?yàn)槟承╇s質(zhì)在GaP中可形成發(fā)光的輻射復(fù)合中心，使GaP中的間接躍遷向直接躍遷轉(zhuǎn)化的緣故。 例如GaP中摻入氮時(shí)，氮原子取代磷原子的位置而呈電中性。但氮原子的電子親合力比磷原子大，因此氮原子可俘獲一個(gè)電子而帶負(fù)電，由于庫(kù)侖力的作用，帶負(fù)電的氮原子又吸引一個(gè)空穴而形成束縛激子狀態(tài)。 產(chǎn)生這種束縛是方阱束縛，是一種短程力，即阱內(nèi)有力，阱外無(wú)力，作用只限于辨寬，因此束縛使陷阱內(nèi)電子局限在一個(gè)局部的范圍。 根據(jù)量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系pxh，當(dāng)電子的x十分小時(shí)，它的動(dòng)量變動(dòng)范圍就很大，即k擴(kuò)展了，也就是在k=0處也會(huì)有一定數(shù)目的電子，這些電子便可不借聲子的幫助而直接躍遷，從而大大提高了發(fā)光效率。目前在GaP中能形成電子陷阱束縛激子的雜質(zhì)有N(綠光)，Bi(橙光)，Zn-O(紅光)，Cd-O(紅光)等。,計(jì)算題 1. 例1 欲拉制g=1/2處，=1cm 的N型鍺單晶50g，所用的鍺為本征純度的，問(wèn)需摻入雜質(zhì)砷多少? 己知:KAs=0.04，AAs=74.9gmol-1，=4000cm2/Vs ， N0=6.02x1023mol-1 應(yīng)用 和 可求出C0和m, C0 2 x 1016 cm-3 m 0.025 mg 計(jì)算結(jié)果表明，摻雜的量很小，這樣少的雜質(zhì)用天平稱量時(shí)將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因此除拉制重?fù)诫s單晶外，一般都是把雜質(zhì)和鍺(硅)先做成合金，稱為母合金，然后再摻入，這樣就可以準(zhǔn)確地控制摻雜量。常用的母合金有P-Si，B-Si，