第17讲 单晶硅的制备ppt课件.ppt

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1、第九章单晶硅的制备学习目标1、掌握结晶学基础2、了解区熔法3、掌握直拉法的基本设备及工艺4、理解杂质的污染5、了解磁拉法（MCz）、CCz法的基本原理与特点9.1结晶学基础（1）晶体的融化和凝固物质从固态变成液态的过程叫做熔化。物质从液态变成固态的过程叫做凝固。熔化和凝固过程需要的条件固态固液共存液态吸热吸热吸热升高升高不变晶体熔化图像如何确定熔点？t0即为熔点固态固液共存液态放热放热放热降低降低不变晶体凝固图像熔化和凝固图象怎样鉴别晶体非晶体？如何确定状态？“平台”以下表示固态，“平台”以上表示液态小结1熔化和

2、凝固物质从固态变成液态的过程叫做熔化物质从液态变成固态的过程叫做凝固2晶体熔化和凝固条件、特点熔化条件：凝固条件：达到熔点继续吸热达到凝固点继续放热特点：特点：熔化时吸热，温度保持不变凝固时放热，温度保持不变同种物质的熔点和凝固点相同冰的熔点是00C晶体(有熔点）非晶体（没有熔点）水晶冰金属（2）结晶过程的宏观特征过冷度实际结晶温度与其熔点的差值，用∆T表示。单晶半导体材料制备技术布里奇曼Bridgman法GaAs直拉生长Czochralski法GaAs单晶硅区熔生长单晶硅AscientistfromKcynia

3、Poland,JanCzochralski,wasmanyyearsaheadofhistime.In1916hedevelopedamethodforgrowingsinglecrystals,whichwasbasicallyforgottenuntilafterWorldWarII.TodaythesemiconductorindustrydependsontheCzochralskimethodformanufacturingbillionsofdollarsworthofsemiconductormat

4、erials.HewasaccusedofbeingaNazisympathizerbutwaslateracquittedanddiedinPolandin1953.Whatawackyworld,BillGatesistherichestmanonearthandmostpeopledon'tevenknowhowtopronounce"Czochralski!"JANCZOCHRALSKI,BERLINCA1907Czochralskiapparatus(left)andBridgman-Stockbarg

5、erfurnace(right).(USDept.ofEnergy)Bridgman法水平Bridgman法（horizontalBridgmanmethod），最早用于Ge单晶。属于正常凝固。原料（如Ge粉）放入石英舟，石英舟前端植入籽晶（单晶体），推入炉内使原料熔化，籽晶不熔。石英舟内Ge粉完全熔融并与籽晶良好润湿时，缓慢将其向外拉出。使其顺序冷凝成晶锭。在结晶过程中，原子排列受到籽晶中原子排列的引导而按同样的规则排列起来，并且会保持籽晶的晶向。只要石英舟的拉出速度足够低，同一晶向将保持到熔体全部冷凝为止。于

6、是，当全过程终结时，即可制成一根与石英舟具有相同截面形状的晶锭。也有固定石英舟而移动高温炉的做法，道理同前面一样，只是方向相反。Bridgman法除Ge外，GaAs以及其他许多半导体也都可以用这种方法来生长晶锭。不过，在制备像GaAs这样含有高蒸气压成分的晶体时，原料必须置于密封容器(如真空密封的石英管）中。否则，易挥发组分在高温下挥发散失后，无法生长出结构完美的理想晶体。此外，为了保持晶体生长过程中易挥发组分的化学配比，往往采用两段温区式的装置，即将易挥发组分的原料置于独立温区令其挥发并保持一定的过压状态，让与

7、之连通的另一温区中的熔体在其饱和蒸气压下缓慢凝结为晶体。Bridgman法AschematicdiagramofaBridgmantwo-zonefurnaceusedformeltgrowthsofsinglecrystalGaAs.在使用密封容器的时候，可以将炉子和容器都竖起来。这就是立式布里奇曼法。用立式布里奇曼法制备的晶锭，其截面形状与容器截面完全一样，因而比较容易获得圆柱形晶锭或其他截面形状的晶锭而水平布里奇曼法由于熔体受重力的影响，晶锭截面很难完全保持其容器截面的形状。Bridgman法Vertica

8、lBridgmanMethod布里奇曼法的主要缺点是熔体需要盛在石英舟或其他用高温稳定材料制成的容器内。这除了导致舟壁对生长材料的严重站污之外，舟材料与生长材料在热膨胀系数上的差异还会使晶锭存在很严重的生长应力，从而使原子排列严重偏离理想状态，产生高密度的晶格缺陷。相比较而言，由于在卧式布里奇曼法中熔体有较大的开放面，其应力和器壁站污问题比立式布里奇曼法小。Bridgma