化合物半導(dǎo)體(六)課件

化合物半導(dǎo)體（六）化合物半導(dǎo)體（六）化合物半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)體材料的氣相生長(zhǎng)熔體生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)體材料的氣相生長(zhǎng)體材料的氣相生長(zhǎng)(體材料的物理傳輸生長(zhǎng))II-VI族化合物半導(dǎo)體的一種物理氣相生長(zhǎng)方法體材料的氣相生長(zhǎng)(體材料的物理傳輸生長(zhǎng))II-VI族化合物半這種過(guò)程常在高真空下進(jìn)行，其主要理由是：1）在高真空時(shí)，在較低的溫度下，待生長(zhǎng)材料即可表現(xiàn)出可現(xiàn)的蒸汽壓；2）減少沾污對(duì)于II-VI族化合物半導(dǎo)體，在物理與化學(xué)性質(zhì)與石英相容的情況下，以石英管作反應(yīng)器是十分合適的。這種過(guò)程常在高真空下進(jìn)行，其主要理由是：一種氣相生長(zhǎng)CdS單晶的工藝一種氣相生長(zhǎng)CdS單晶的工藝結(jié)晶端加放籽晶的示意圖結(jié)晶端加放籽晶的示意圖一種生長(zhǎng)HgI2水平源溫振蕩法的裝置和溫場(chǎng)示意圖（GaP、CuS）一種生長(zhǎng)HgI2水平源溫振蕩法的裝置和溫場(chǎng)示意圖（GaP、C氣相生長(zhǎng)體材料的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）可采取的溫度范圍十分廣闊，對(duì)于那些熔點(diǎn)極高的材料，以熔體法生長(zhǎng)必然遇到一些相當(dāng)復(fù)雜的甚至無(wú)法解決的技術(shù)問(wèn)題，而用氣相法就可在相對(duì)低的在技術(shù)上切實(shí)可行的溫度來(lái)生長(zhǎng)這種材料的晶體。2）對(duì)于那些熔點(diǎn)時(shí)離解壓很高的材料，有的可以用復(fù)雜昂貴的高壓晶體生長(zhǎng)設(shè)備來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)，但也有的目前技術(shù)水平尚不能解決的，而用氣相長(zhǎng)晶體則可在相當(dāng)?shù)偷膲毫ο逻M(jìn)行晶體生長(zhǎng)，相對(duì)說(shuō)來(lái)這就安全得多。3）鑒于氣相生長(zhǎng)溫度較低，真空技術(shù)成熟加之氣相生長(zhǎng)十分有利于排除那些與材料蒸汽壓相差較大的雜質(zhì)，因此氣相長(zhǎng)晶在排除沾污減少雜質(zhì)方面有其獨(dú)特之處的。氣相生長(zhǎng)體材料的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）降低生長(zhǎng)溫度和壓力，盡管生長(zhǎng)設(shè)備簡(jiǎn)單，安全，可隨之而來(lái)的是氣相中分子密度很低，因此生長(zhǎng)速度極慢，依生產(chǎn)率高低的角度來(lái)看氣相生長(zhǎng)，不能不說(shuō)這是個(gè)缺點(diǎn)。2）氣相生長(zhǎng)時(shí)每摩爾釋放的潛熱較大，加之溫度較低，這樣氣相生長(zhǎng)的成核過(guò)程是較難控制的，十分容易出現(xiàn)均勻自發(fā)成核的情況，為此用氣相長(zhǎng)晶法，特別是不用籽晶時(shí)，要獲得單晶是十分困難的。3）通常氣相生長(zhǎng)的體材料中缺陷較多，位錯(cuò)密度高缺點(diǎn)：適應(yīng)性作為體材料的晶體生長(zhǎng)，只有對(duì)哪些不易從液相生長(zhǎng)才材料，才求助于氣相生長(zhǎng)。如CdS、ZnSe等，兩個(gè)純組元熔點(diǎn)較低，而化合物的熔點(diǎn)很高；SiC，化合物熔點(diǎn)非常高；HgI2盡管熔點(diǎn)不高，理解壓也不大，照說(shuō)用熔體生長(zhǎng)方法是十分理想的，然而該材料在127℃有一個(gè)前后結(jié)構(gòu)變化相當(dāng)大的相變點(diǎn)，為此就排斥了采用熔體法的可能性，轉(zhuǎn)而求助于氣相生長(zhǎng)。特點(diǎn)：由于氣相中分子密度較低，導(dǎo)致其生長(zhǎng)速度較之從準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量比的熔體生長(zhǎng)速度低得多；效率低；缺陷多；安全；純度高；適應(yīng)性作為體材料的晶體生長(zhǎng)，只有對(duì)哪些不易從液相生長(zhǎng)才材料，熔體生長(zhǎng)Bridgman法晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理熔體生長(zhǎng)Bridgman法晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理Bridgman法晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理圖1Bridgman法晶體生長(zhǎng)的基本原理(a)基本結(jié)構(gòu)；(b)溫度分布。Tm為晶體的熔點(diǎn)Bridgman法晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基本原理圖1Bridgm化合物半導(dǎo)體(六)ppt課件化合物半導(dǎo)體(六)ppt課件圖2其他方式的Bridgman法晶體生長(zhǎng)(a)水平Bridgman法；(b)傾斜Bridgman法圖2其他方式的Bridgman法晶體生長(zhǎng)(a)水平Bri圖4Bridgman法晶體生長(zhǎng)設(shè)備執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)圖4Bridgman法晶體生長(zhǎng)設(shè)備執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)根據(jù)以上原理可以看出，該方法涉及的核心技術(shù)問(wèn)題包括3個(gè)方面，即坩堝的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)、溫度場(chǎng)的形成與控制以及坩堝與溫度場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與控制。以下對(duì)這3個(gè)問(wèn)題分別進(jìn)行分析。根據(jù)以上原理可以看出，該方法涉及的核心技術(shù)問(wèn)題包括3個(gè)方面，1．坩堝的選材與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于給定的晶體材料，所選坩堝材料應(yīng)該滿(mǎn)足以下物理化學(xué)性質(zhì)：(1)有較高的化學(xué)穩(wěn)定性。(2)具有足夠高的純度（雜質(zhì)、粘連）。(3)具有較高的熔點(diǎn)和高溫強(qiáng)度（強(qiáng)度，分解、氧化等）。(4)具有一定的導(dǎo)熱能力（加熱、冷卻）。(5)具有可加工性（加工成不同的形狀、焊封）。(6)具有與晶體材料匹配的熱膨脹特性（壓應(yīng)力）。1．坩堝的選材與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于給定的晶體材料，所選坩堝坩堝的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的（合適的坩堝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于獲得理想的溫度場(chǎng)，有效控制晶體生長(zhǎng)應(yīng)力）。鍍膜等處理可以改善坩堝性質(zhì)，是一項(xiàng)重要技術(shù)。圖5選晶法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的幾種坩堝尖端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)坩堝的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的（合適的坩堝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于圖6籽晶法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的單晶形成原理(a)放置籽晶；(b)回熔；(c)生長(zhǎng)籽晶法是在晶體生長(zhǎng)前，在坩堝的尖端預(yù)先放置加工成一定形狀和取向，并與所生長(zhǎng)的晶體結(jié)構(gòu)相同、成分相近的小尺寸單晶體(籽晶)實(shí)現(xiàn)單晶生長(zhǎng)。圖6籽晶法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的單晶形成原理(a)放置籽2．溫度場(chǎng)的控制方法維持一個(gè)穩(wěn)定的穩(wěn)定梯度是晶體生長(zhǎng)過(guò)程中溫度控制的關(guān)鍵。溫度梯度的控制通常是通過(guò)控制加熱器區(qū)的溫度、冷卻區(qū)的溫度及梯度區(qū)的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從維持平面結(jié)晶界面的角度考慮，溫度梯度應(yīng)該較大，但過(guò)大的溫度梯度可能導(dǎo)致晶體中出現(xiàn)較大的應(yīng)力。2．溫度場(chǎng)的控制方法維持一個(gè)穩(wěn)定的穩(wěn)定梯度是晶體生長(zhǎng)過(guò)程中溫

圖7Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的溫度場(chǎng)(a)爐膛結(jié)構(gòu)；(b)非理想的溫度分布；(c)較理想的溫度分布圖7Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的溫度場(chǎng)3．生長(zhǎng)速率的控制方法在Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)速率的控制是通過(guò)控制爐體和坩堝的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于圖1所示的垂直Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程，可以通過(guò)控制爐體均勻上行或坩堝均勻下行的速率實(shí)現(xiàn)，還可以同時(shí)控制爐體和坩堝同向或反向運(yùn)動(dòng)，控制其相對(duì)速率，坩堝與爐體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度稱(chēng)為抽拉速率，記為Vd。3．生長(zhǎng)速率的控制方法晶體的實(shí)際生長(zhǎng)速率R，即結(jié)晶界面的移動(dòng)速率，是由抽拉速率Vd決定的，但二者通常并不相等。R和Vd的關(guān)系是由晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)條件決定的。Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，抽拉速率的控制是由一個(gè)高精度的機(jī)電控制系統(tǒng)完成的。該系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，而且由于晶體生長(zhǎng)的低速要求，需要實(shí)現(xiàn)大比率的減速。較傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)是采用大減速比的減速機(jī)構(gòu)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。目前隨著機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展，采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠即可獲得很低的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)低的抽拉速率。對(duì)于大多數(shù)晶體材料，所要求的典型抽拉速率在每小時(shí)1mm乃至0.1mm的數(shù)量級(jí)。晶體的實(shí)際生長(zhǎng)速率R，即結(jié)晶界面的移動(dòng)速率，是由抽拉速率Vd4．其他技術(shù)問(wèn)題除了上述技術(shù)問(wèn)題外，某些特殊的晶體材料還對(duì)生長(zhǎng)條件提出更加苛刻的要求。如半導(dǎo)體等高純材料，為了防止氣體的污染、氧化以及材料本身的揮發(fā)等問(wèn)題，需要進(jìn)行環(huán)境氣氛和壓力的控制。進(jìn)行氣氛和壓力控制通常有兩個(gè)方式：其一是向坩堝裝入原料后將其密封，如對(duì)石英坩堝采用火焰加熱，將開(kāi)口處焊合，從而使原料在熔化和生長(zhǎng)過(guò)程中與大氣隔離，在坩堝內(nèi)部的小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣氛和壓力的控制。在此條件下，坩堝內(nèi)部的蒸汽壓力是由氣液平衡條件決定的，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度和原料的成分可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣相成分和壓力的控制。其二是將整個(gè)生長(zhǎng)爐放入真空室中，通過(guò)抽真空或充入特定成分和壓力的氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)其氣氛的成分和壓力的控制。該方法的控制更為靈活，不僅可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓，而且可以實(shí)現(xiàn)高壓。但該方法對(duì)設(shè)備以及氣體的純度等要求高，增加了控制的難度和晶體生長(zhǎng)成本。4．其他技術(shù)問(wèn)題Bridgnan法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳熱特性圖8Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的換熱熱流Bridgnan法晶體生長(zhǎng)過(guò)程的傳熱特性圖8BridgmBridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程包含著極其復(fù)雜的傳熱過(guò)程，其典型的傳熱熱流如圖8所示。在加熱區(qū)熱量通過(guò)加熱元件向坩堝表面?zhèn)鳠幔鋫鳠岱绞桨怏w的導(dǎo)熱、氣體對(duì)流換熱和輻射換熱。對(duì)于大部分高熔點(diǎn)材料的晶體生長(zhǎng)過(guò)程，輻射換熱占主導(dǎo)地位。在冷卻區(qū)，坩堝也通過(guò)氣體中的對(duì)流、導(dǎo)熱以及輻射向爐膛散熱。坩堝內(nèi)的熔體中存在一個(gè)對(duì)流和導(dǎo)熱共存的綜合換熱過(guò)程。在已完成生長(zhǎng)的晶體內(nèi)部存在一個(gè)多維的導(dǎo)熱過(guò)程。在結(jié)晶界面上，結(jié)晶潛熱的釋放是一個(gè)有源的界面換熱過(guò)程。同時(shí)，需要進(jìn)一步考慮的換熱影響因素包括坩堝壁中的導(dǎo)熱、坩堝對(duì)熱輻射的透射和吸收行為，以及坩堝內(nèi)壁和外壁的界面換熱特性等因素。Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程包含著極其復(fù)雜的傳熱過(guò)程，其圖9一維平面結(jié)晶界面附近的熱平衡條件假定在結(jié)晶界面附近獲得了一維溫度場(chǎng)，界面為理想的平面界面，則結(jié)晶界面附近的熱平衡關(guān)系如圖9所示。結(jié)晶界面的熱流平衡條件如下：

q2-q1=q3式中，q1為液相向結(jié)晶界面導(dǎo)熱熱流密度；q2為由結(jié)晶界面向固相導(dǎo)熱的熱流密度；g3為單位面積結(jié)晶界面上的結(jié)晶潛熱的釋放速率?？梢酝茖?dǎo)出q1=-LGTLq2=-SGTSq3

=-HMsR圖9一維平面結(jié)晶界面附近的熱平衡條件假定在結(jié)晶界面附近獲在以結(jié)晶界面為原點(diǎn)、指向液相的一維坐標(biāo)系中可以看出，除了L、S、s和HM等材料的物理性質(zhì)參數(shù)外，晶體生長(zhǎng)速率是由溫度梯度GTL和GTS控制的。然而在實(shí)際Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，GTL和GTS并不是可以直接控制的參數(shù)，而是由傳熱過(guò)程和坩堝抽拉速率決定的。在以結(jié)晶界面為原點(diǎn)、指向液相的一維坐標(biāo)系中可以看出，除了LBridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程動(dòng)態(tài)平衡條件分析Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程動(dòng)態(tài)平衡條件分析可以借助圖所示的步進(jìn)生長(zhǎng)的原理理解晶體生長(zhǎng)的過(guò)程。假定在某一時(shí)刻，在晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)(爐膛及坩堝)中建立起了溫度場(chǎng)的平衡，此時(shí)將坩堝瞬時(shí)下拉一個(gè)距離z并在下一次抽拉前維持一個(gè)時(shí)間間隔，則原來(lái)的溫度平衡條件被破壞，溫度較高的坩堝被下拉到溫度更低的環(huán)境中，則坩堝向環(huán)境散熱，使得結(jié)晶界面溫度低于結(jié)晶溫度，形成一個(gè)過(guò)冷度T。這一過(guò)冷度導(dǎo)致結(jié)晶界面生長(zhǎng)，并同時(shí)向新的溫度場(chǎng)平衡條件逼近。然后，再次下拉坩堝，重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)z和均趨近于無(wú)窮小量時(shí)則可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的晶體生長(zhǎng)。在上述過(guò)程中，僅當(dāng)生長(zhǎng)速率很低時(shí)才有可能獲得瞬時(shí)接近平衡的生長(zhǎng)條件，而在實(shí)際生長(zhǎng)過(guò)程中，絕對(duì)的低速是難以實(shí)現(xiàn)的，難以達(dá)到接近平衡的溫度分布。因此，實(shí)際生長(zhǎng)速率和坩堝下拉速率并不同步。導(dǎo)致實(shí)際生長(zhǎng)速率和坩堝下拉速率不同的因素還包括溶質(zhì)的分凝。可以借助圖所示的步進(jìn)生長(zhǎng)的原理理解晶體生長(zhǎng)的過(guò)程。假定在某一Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)晶界面控制原理Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程結(jié)晶界面控制原理宏觀結(jié)晶界面形貌對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在對(duì)單晶生長(zhǎng)的穩(wěn)定性、成分偏析以及熱應(yīng)力的影響上。凹陷的結(jié)晶界面對(duì)于維持單晶生長(zhǎng)是不利的，一旦在坩堝壁附近形成新的結(jié)晶核心，則很容易沿垂直于熱流方向生長(zhǎng)，形成多晶；而平面界面則能較好地維持單晶生長(zhǎng)；凸出的界面對(duì)于獲得單晶最為有利，即使發(fā)生新的晶核形成，也會(huì)被很快淘汰。平面結(jié)晶界面利于獲得一維的穩(wěn)定擴(kuò)散場(chǎng)，形成一維的溶質(zhì)分凝條件，因此可以獲得徑向無(wú)偏析的晶體。而凹面和凸面生長(zhǎng)的晶體均會(huì)形成徑向的擴(kuò)散分量，導(dǎo)致徑向成分偏析。其中對(duì)于凸面的生長(zhǎng)過(guò)程，分凝系數(shù)k＜l的元素將在晶錠表面富集，而在中心線附近貧化；分凝系數(shù)k＞l的元素則相反，在晶錠中心富集，在表面貧化。凹陷界面生長(zhǎng)條件下的情況恰恰相反，k＜l的元素在中心富集，而k＞l的元素在表面富集。由于大多數(shù)低含量的雜質(zhì)元素的分凝系數(shù)均小于l，在凹面生長(zhǎng)過(guò)程中將在晶體內(nèi)部富集，對(duì)晶體性能造成很大的危害。宏觀結(jié)晶界面形貌對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在對(duì)單晶生長(zhǎng)的穩(wěn)從應(yīng)力的角度考慮，非平面生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)應(yīng)于復(fù)雜的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)，容易造成較大的應(yīng)力。特別是凹陷界面，不僅應(yīng)力復(fù)雜，而且晶體強(qiáng)度低，容易在應(yīng)力下引起變形，造成位錯(cuò)等缺陷。根據(jù)以上分析，平面結(jié)晶界面是最為理想的晶體生長(zhǎng)界面，其次是凸面界面，而凹陷的結(jié)晶界面是最不利于晶體生長(zhǎng)的界面形貌。從應(yīng)力的角度考慮，非平面生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)應(yīng)于復(fù)雜的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)結(jié)晶界面的宏觀形貌主要取決于界面附近的熱流條件。從熱平衡的角度考慮，結(jié)晶界面總是和熱流方向垂直的，只要沿?zé)崃鞣较虼_定出結(jié)晶溫度所在的位置，或者根據(jù)溫度結(jié)晶界面的宏觀形貌主要取決于界面附近的熱流條件。從熱平衡的角高壓Bridgman法晶體生長(zhǎng)一種高壓Bridgman法晶體生長(zhǎng)設(shè)備的工作原理圖高壓Bridgman法晶體生長(zhǎng)一種高壓Bridgman法晶體化合物半導(dǎo)體(六)ppt課件在Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中采用Cd源控制Cd蒸汽分壓，抑制Cd揮發(fā)的原理示意圖在Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中采用Cd源控制Cd蒸汽分壓其他定向結(jié)晶的晶體生長(zhǎng)方法垂直溫度梯度法區(qū)熔-移動(dòng)加熱器法溶劑法浮區(qū)法其他定向結(jié)晶的晶體生長(zhǎng)方法垂直溫度梯度法垂直溫度梯度法垂直溫度梯度法(verticalgradientfreeze，VGF)是由美國(guó)學(xué)者Sonnenberg等開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)。該方法與Bridgman法的共同之處是，結(jié)晶也是在一維的梯度溫度場(chǎng)中進(jìn)行的。熔體在坩堝中自下而上的冷卻，實(shí)現(xiàn)晶體的定向生長(zhǎng)。但與傳統(tǒng)Bridgman法的區(qū)別在于，在Bridgman法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，生長(zhǎng)爐內(nèi)的溫度場(chǎng)是恒定的，采用機(jī)械的方法使坩堝與爐膛相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定向冷卻。而在VGF法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，坩堝和爐膛的相對(duì)位置固定不變，是靜止的。通過(guò)控制爐膛中的溫度場(chǎng)變化，進(jìn)行順序降溫，對(duì)熔體定向冷卻，實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶，其基本原理如圖所示。垂直溫度梯度法垂直溫度梯度法(verticalgradie

垂直溫度梯度法晶體生長(zhǎng)原理示意圖(a)晶體生長(zhǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；(b)溫度場(chǎng)的變化過(guò)程示意圖。自下向上的各曲線依次為晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度場(chǎng)的變化垂直溫度梯度法晶體生長(zhǎng)原理示意圖與Bridgman法相比，VGF法的主要優(yōu)點(diǎn)在于：(1)由于省去了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，消除了機(jī)械傳動(dòng)誤差和機(jī)械振動(dòng)對(duì)熔體和結(jié)晶界面的影響。(2)VGF法晶體生長(zhǎng)設(shè)備中不存在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的密封問(wèn)題，因此，更容易實(shí)現(xiàn)高壓條件下的晶體生長(zhǎng)。近年來(lái)，基于VGF法發(fā)展的高壓法晶體生長(zhǎng)技術(shù)已成功地應(yīng)用于高電阻探測(cè)器級(jí)CZT晶體的生長(zhǎng)，顯示出顯著的優(yōu)越性(3)VGF法生長(zhǎng)設(shè)備由于控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，為采用電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理控制技術(shù)預(yù)留了更多的空間，便于在采用這些控制措施時(shí)進(jìn)行設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(4)VGF法生長(zhǎng)過(guò)程中可以對(duì)生長(zhǎng)系統(tǒng)進(jìn)行密封，因此更容易采用氣氛控制、溶劑覆蓋等控制技術(shù)。與Bridgman法相比，VGF法的主要優(yōu)點(diǎn)在于：(1)由于

應(yīng)用于ZnTe晶體生長(zhǎng)的高壓VGF法生長(zhǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖應(yīng)用于ZnTe晶體生長(zhǎng)的高壓VGF法生長(zhǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖區(qū)熔-移動(dòng)加熱器法

區(qū)熔法(zonemelting，ZM)采用集中熱源對(duì)預(yù)制成型的長(zhǎng)晶原料棒(通常為圓柱體)局部加熱熔化，并使熱源與原料棒相對(duì)運(yùn)動(dòng)，熔區(qū)沿著預(yù)制棒移動(dòng)，使原料棒在熔區(qū)的一端連續(xù)熔化，在另一端再次結(jié)晶，獲得具有一定成分與性能的晶體。如果區(qū)熔過(guò)程控制得當(dāng)，則可獲得高質(zhì)量的單晶體。區(qū)熔法最早是用于原材料提純的技術(shù)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于多種材料的晶體生長(zhǎng)，并且演化出多種方法。固定預(yù)制捧，使加熱器移動(dòng)的區(qū)熔過(guò)程稱(chēng)為移動(dòng)加熱器法(travelingheatermethod，THM)；采用低熔點(diǎn)的溶劑使預(yù)制原料捧局部溶解的方法則稱(chēng)為溶劑法(solventmethod)；無(wú)坩堝，利用熔體的表面張力維持熔化區(qū)形狀，實(shí)現(xiàn)區(qū)熔法生長(zhǎng)的方法稱(chēng)為浮區(qū)法(floatingzonemethod，F(xiàn)Z)。區(qū)熔-移動(dòng)加熱器法區(qū)熔法(zonemelting，ZM)區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)原理示意圖(以Cd1-xMnxTe為例)(a)坩堝下降；(b)加熱器上升；(c)溫度場(chǎng)分布區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)原理示意圖(以Cd1-xMnxTe為例)化合物半導(dǎo)體(六)ppt課件

水平區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)原理及其對(duì)應(yīng)的溫度分布水平區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)原理及其對(duì)應(yīng)的溫度分布以MnTe和HgTe為原料，采用區(qū)熔法生長(zhǎng)HgMnTe晶體的原理圖以MnTe和HgTe為原料，采用區(qū)熔法生長(zhǎng)HgMnTe晶體的溶劑法

溶劑法是區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)方法的一種發(fā)展。與傳統(tǒng)區(qū)熔法的區(qū)別在于，其熔化區(qū)采用與晶體非同成分的溶液。以Te溶液法生長(zhǎng)CdTe晶體為例，在CdTe籽晶和原料棒之間放置低熔點(diǎn)的富Te的原料，該富Te原料在加熱過(guò)程中首先被熔化，形成液相。在后續(xù)的生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)控制合理的溫度場(chǎng)使原料棒不斷發(fā)生溶解，而在結(jié)晶界面不斷形成新的晶體。從嚴(yán)格意義上講，溶劑法實(shí)際上是一種溶液生長(zhǎng)方法。在溶劑法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，溶劑的成分決定著熔區(qū)的溫度。由Cd-Te相圖可以看出，隨著溶劑中Cd含量的增大，溶劑的熔點(diǎn)升高，相應(yīng)的必須提高熔區(qū)的溫度。溶劑法溶劑法是區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)方法的一種發(fā)展。與傳統(tǒng)區(qū)熔法的Te溶劑法生長(zhǎng)CdTe的基本原理(a)區(qū)熔法溫度場(chǎng)；(b)設(shè)備結(jié)構(gòu)；(c)溶劑法溫度場(chǎng)Te溶劑法生長(zhǎng)CdTe的基本原理水平區(qū)熔法生長(zhǎng)InGaSb的原理圖水平區(qū)熔法生長(zhǎng)InGaSb的原理圖可以看出，溶劑法適合于化合物晶體的生長(zhǎng)，其核心問(wèn)題之一是溶劑的選擇。理想的溶劑不但有較低的熔點(diǎn)，對(duì)晶體材料有一定的溶解度，而且不固溶于晶體。通常選用的溶劑均為化合物中的組成元素之一。如采用富Te的溶液(Te溶劑)生長(zhǎng)Te化物，如CdTe、CdZnTe、HgMnTe、HgCdTe。Higuchi等采用LiVO3-Li3VO4溶液進(jìn)行Li3VO4生長(zhǎng)。Kodama等以非同成分的InGaAs溶劑進(jìn)行InGaAs晶體的生長(zhǎng)。Nakajima等以非同成分的富Si溶液為溶劑，進(jìn)行GeSi單晶的生長(zhǎng)。Okano等以富Ga的溶液為溶劑進(jìn)行了GaSb的單晶生長(zhǎng)?？梢钥闯?，溶劑法適合于化合物晶體的生長(zhǎng)，其核心問(wèn)題之一是溶劑浮區(qū)法

浮區(qū)法，也是一種區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)方法。與傳統(tǒng)區(qū)熔法的區(qū)別在于浮區(qū)法不用坩堝，熱源直接