硅基材料應(yīng)用作業(yè)20160411

硅基材料應(yīng)用作業(yè)20160411硅基材料應(yīng)用作業(yè)20160411硅基材料應(yīng)用作業(yè)20160411資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月硅基材料應(yīng)用作業(yè)20160411版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：硅基材料應(yīng)用作業(yè)彭禹繁82在半導(dǎo)體材料中把多晶轉(zhuǎn)變成一個(gè)大單晶，并給予正確的定向和適量的N型或P型摻雜，叫做晶體生長(zhǎng)。晶體生長(zhǎng)有三種不同的生長(zhǎng)方法，分別是直拉法、區(qū)熔法和液體掩蓋直拉法。請(qǐng)簡(jiǎn)述直拉法的過程。拉晶過程：1.熔硅：將坩堝內(nèi)多晶料全部熔化；2.引晶：將籽晶下降與液面接近，使籽晶預(yù)熱幾分鐘，俗稱“烤晶”，籽晶下降與液面接近，使籽晶預(yù)熱幾分鐘，俗稱“烤晶”，以除去表面揮發(fā)性雜質(zhì)同時(shí)可減少熱沖擊。當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí)，可將籽晶與熔體接觸，籽晶向上拉，控制溫度使熔體在籽晶上結(jié)晶。3.收頸：指在引晶后略為降低溫度，提高拉速，拉一段直徑比籽晶細(xì)的部分。其目的是排除接觸不良引起的多晶和盡量消除籽晶內(nèi)原有位錯(cuò)的延伸。頸一般要長(zhǎng)于20mm。4.放肩：縮頸工藝完成后，略降低溫度（15-40℃），讓晶體逐漸長(zhǎng)大到所需的直徑為止。這稱為“放肩”。5.等徑生長(zhǎng)：當(dāng)晶體直徑到達(dá)所需尺寸后，提高拉速，使晶體直徑不再增大，稱為收肩。收肩后保持晶體直徑不變，就是等徑生長(zhǎng)。此時(shí)要嚴(yán)格控制溫度和拉速。6.收晶：晶體生長(zhǎng)所需長(zhǎng)度后，拉速不變，升高熔體溫度或熔體溫度不變，加快拉速，使晶體脫離熔體液面。液體掩蓋直拉法：此方法主要用來生長(zhǎng)砷化鎵晶體，和標(biāo)準(zhǔn)的直拉法一樣，只是做了一些改進(jìn)。由于熔融物里砷的揮發(fā)性通常采用一層氧化硼漂浮在熔融物上來抑制砷的揮發(fā)。特點(diǎn)：直拉法的目的是實(shí)現(xiàn)均勻摻雜濃度的同時(shí)精確地復(fù)制籽晶結(jié)構(gòu)，得到合適的硅錠直徑并且限制雜質(zhì)引入到硅中。優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟，便于控制晶體外形和電學(xué)參數(shù)，能成功地拉制低位錯(cuò)、大直徑的硅單晶，尤其，能成功地拉制低位錯(cuò)、大直徑的硅單晶，尤其制備10-4Ω?cm特殊低阻單晶。缺點(diǎn)：難以避免來自石英坩堝和加熱裝置的雜質(zhì)污染，因而只能生產(chǎn)低阻單晶。另外，由于存在雜質(zhì)分凝效應(yīng)和蒸發(fā)效應(yīng)，以及攪拌不均勻所形成的界面雜質(zhì)積累層等，還會(huì)使拉制的硅單晶沿軸向的電阻率不一致，雜質(zhì)缺陷較多。另外，由于應(yīng)用了石英坩堝（SiO2），從而在硅單晶中引入了氧。氧含量的典型值為~2*1018cm-3以上。當(dāng)單晶生長(zhǎng)過程中經(jīng)300—600℃溫度范圍的退火時(shí)，氧將獲得電活性，其作用如同施主，從而使電阻率改變。如果硅的純度高，在高真空或大流量高純氬氣氛下拉晶,通過合理的熱場(chǎng)設(shè)計(jì)，以及控制好溫度下拉晶，通過合理的熱場(chǎng)設(shè)計(jì)，以及控制好溫度和拉晶時(shí)的工藝參數(shù)等因素，可控制氧含量。半導(dǎo)體材料中的原子是按一定規(guī)則連續(xù)排列的，雜質(zhì)原子若要擴(kuò)散到半導(dǎo)體中有方式有兩種，分別是“間隙式”擴(kuò)散以及“替位式”擴(kuò)散。請(qǐng)簡(jiǎn)述這兩種方式的特點(diǎn)。雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)：半導(dǎo)體中的原子是按一定規(guī)則連續(xù)排列的。雜質(zhì)原子擴(kuò)散到半導(dǎo)體中的方式有兩種：半徑較小且不易與硅鍵合的雜質(zhì)原子從半導(dǎo)體晶格的間隙中擠進(jìn)去，即所謂“間隙式”擴(kuò)散；半徑較大的雜質(zhì)原子代替半導(dǎo)體原子而占據(jù)格點(diǎn)的位置，再依靠周圍空的格點(diǎn)（即空位）來進(jìn)行擴(kuò)散，即所謂“替位式”擴(kuò)散。對(duì)于硅晶體，Au、Ag、Cu、Fe、Ni 等半徑較小的雜質(zhì)原子按間隙式擴(kuò)散，而P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等半徑較大的雜質(zhì)原子則按替位式擴(kuò)散。間隙式擴(kuò)散的速度比替位式擴(kuò)散的速度快得多。間隙式擴(kuò)散：間隙式擴(kuò)散指間隙式雜質(zhì)從一個(gè)間隙位置運(yùn)動(dòng)到相鄰的間隙位置。間隙雜質(zhì)在間隙位置上的勢(shì)能是相對(duì)極小的，間隙雜質(zhì)要運(yùn)動(dòng)到相鄰的間隙位置上，必須要越過一個(gè)高度為Wi=~的勢(shì)壘。間隙雜質(zhì)一般情況下只能在勢(shì)能極小值位置附近作熱振動(dòng)，振動(dòng)頻率v0為1013~1014s-1，平均振動(dòng)能量約為kT（室溫下為，1200℃高溫下為）。由于Wi比kT大得多，因此，間隙雜質(zhì)只能依靠熱漲落以獲得大于Wi的能量后才能跳到近鄰的間隙位置上。間隙雜質(zhì)在間隙位置上的勢(shì)能是相對(duì)極小的，間隙雜質(zhì)要運(yùn)動(dòng)到相鄰的間隙位置上,必須要越過一個(gè)高度Wi為~eV的勢(shì)壘。按照玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)，發(fā)生這種情況的幾率正比exp(Wi/kT)，則單位時(shí)間內(nèi)間隙雜質(zhì)越過勢(shì)壘跳到相鄰間隙去的幾率，可見，跳躍率隨溫度指數(shù)式地增加。室溫下，硅中間隙雜質(zhì)約以每分鐘一次的速度跳躍。在典型的擴(kuò)散溫度(700℃~1200℃)下，其跳躍速度就很高了。替位式擴(kuò)散：占據(jù)晶格位置的外來原子稱為替位雜質(zhì)。替位雜質(zhì)從一個(gè)晶格位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)晶格位置上稱替位式擴(kuò)散。只有當(dāng)替位雜質(zhì)的近鄰晶格上出現(xiàn)空位，替位雜質(zhì)才能比較容易地運(yùn)動(dòng)到近鄰空位上。在晶格位置上的替位雜質(zhì)，相對(duì)勢(shì)能最低，而間隙位置處的勢(shì)能最高。替位雜質(zhì)要從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到近鄰格點(diǎn)上，也需要越過一個(gè)勢(shì)壘，勢(shì)壘高度為Ws。勢(shì)壘高低位置與間隙雜質(zhì)的正好相反。在晶格位置上的替位雜質(zhì)，相對(duì)勢(shì)能最低，而間隙位置處的勢(shì)能最高。替位雜質(zhì)要從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到近鄰格點(diǎn)上，需要越過一個(gè)高度為Ws的勢(shì)壘。依靠熱漲落跳過該勢(shì)壘。替位雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與間隙雜質(zhì)相比，更為困難。首先要在近鄰出現(xiàn)空位（形成一個(gè)空位所需能量為Wv），同時(shí)還要依靠熱漲落獲得大于勢(shì)壘高